CN109245108A - 分布式状态估计方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种分布式状态估计方法及***，所述方法包括：分区层中各子区计算节点并行开展多个子区的状态估计计算，计算得到第一灵敏度矩阵和第二灵敏度矩阵；协调层中各联络线区域计算节点构建估计计算区域，完成联络线状态估计，得到联络线量测估计值；在并行完成子区和联络线估计区域的状态估计计算后，分区层中各子区计算节点接收联络线量测估计值，并计算边界联络线估计值的不匹配量以形成子区量测变化向量；根据第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵、子区量测变化向量，对各子区的状态量以及功率量测估计值进行协调修正计算；根据设定的收敛阈值，判断联络线估计值的不匹配量是否满足收敛判据，若是，得到协调计算结果。

Description

分布式状态估计方法及***

技术领域

本发明涉及状态估计领域，具体而言，涉及一种分布式状态估计方法及***。

背景技术

随着新能源发电的快速发展，要求电网进一步提高消纳新能源发电的能力，加之区域电网间调控运行的耦合性和整体性日益提升，进行互联电网多区域控制中心全局监控与分析的需求日益迫切。

对于具有多控制区域的大规模互联电网，其网络规模和量测数据量庞大，传统的集中式状态估计(centralized state estimation,CSE)方法应用于大规模互联电网全局状态估计时，容易陷入“维数灾难”的困境，计算速度较慢，难以满足电网调控运行实时性要求。

发明内容

为克服现有技术中存在的技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种分布式状态估计方法及***。

第一方面，本发明实施例提供一种分布式状态估计方法，应用于互联电网***，所述互联电网***包括协调层和分区层两层结构，所述协调层中包括多个联络线区域，所述分区层中包括多个独立的对等子区，所述方法包括：

在所述分区层中，各子区计算节点并行开展多个子区的状态估计计算，计算中得到第一灵敏度矩阵和第二灵敏度矩阵；其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵，所述第二灵敏度矩阵为功率量测估计值对所述状态量的灵敏度矩阵；

在所述协调层中，各联络线区域计算节点构建估计计算区域，完成联络线状态估计，得到联络线量测估计值；

在并行完成子区和联络线估计区域的状态估计计算后，分区层中各子区计算节点接收所述联络线量测估计值，并计算边界联络线估计值的不匹配量以形成子区量测变化向量；

根据所述第一灵敏度矩阵、所述第二灵敏度矩阵、所述子区量测变化向量，对各子区的状态量以及功率量测估计值进行协调修正计算；

根据设定的修正计算的收敛阈值，判断所述联络线估计值的不匹配量是否满足收敛判据，若是，得到协调计算结果。

可选地，协调层、分区层这两层结构之间独立、并行地进行联络线区域和子区状态估计，不会互相影响，在两层结构分别完成区域状态估计计算之后，根据两层结构得到的估计结果进行协调修正计算，以减小两层结构之间对应量测估计值的不匹配量。

在得到协调计算结果后，该协调计算结果可以被送至协调层的计算节点，再通过汇总、归一化处理，能够得到整体计算结果。

第二方面，本发明实施例还提供一种分布式状态估计***，所述***包括协调层和分区层两层结构；所述协调层中包括多个联络线区域，所述分区层中包括多个独立的对等子区；其中，各个对等子区之间非重叠关系，每一个所述联络线区域的两端节点分别位于不同的相邻子区；所述协调层以及所述分区层之间形成主从式并行计算模型。

与现有技术相比，本发明实施例的分布式状态估计方法及***，所述方法通过对协调层、分区层两层结构中的联络线区域和子区分别独立地进行状态估计计算，两层结构在分别进行状态估计计算时不会互相影响，在两层结构分别完成状态估计计算之后，根据两层结构得到的估计结果进行协调修正计算，以减小两层结构之间的不匹配量，实现两层结构之间的协调修正。这一方法能够实现对联络线估计区域进行状态估计的计算效率与计算精度的均衡，在结合联络线量测估计值、灵敏度矩阵完成各子区边界量的协调修正计算后，得到的协调计算结果可靠性高。由于两层结构之间是并行独立进行状态估计计算的，具有较高的计算速度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的分布式状态估计***的架构示意图。

图2为本发明实施例提供的一个实例中某互联***分区和联络线区域的扩展模型图。

图3为本发明实施例提供的分布式状态估计方法的流程图。

图4为本发明实施例提供的一个实例中的分布式状态估计方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

鉴于现有的***架构以及状态估计方法的计算速度慢，加之以往的估计算法中均未考虑子区协调参考值的获取方法以及节点电压幅值不匹配量的协调修正作用，因此，本发明提供了一套适用于主从式调控管理模式的完整的分布式状态估计架构体系，以实现并行独立计算，提高计算效率，有效提高互联电网的状态估计性能。

第一实施例

本实施例提供一种分布式状态估计***10，该***的分区分层结构请参阅图1。其中，该分布式状态估计***10中存在大量的计算节点，对于每一个计算节点的执行主体可以是服务器、个人计算机、移动设备等能够连接网络并具有运算处理能力的设备。

如图1所示，该分布式状态估计***10包括协调层和分区层两层结构，所述协调层以及所述分区层之间形成主从式并行计算模型。分区层自身可以进行状态估计计算、协调修正计算等任务，协调层自身可以进行状态估计计算，还可以对分区层进行任务调度，两层之间存在少量的数据交互。

该协调层中包括多个联络线区域，各联络线区域在经过区域扩展后可以得到相应的联络线估计区域(图1中的联络线估计区域1、联络线估计区域2……联络线估计区域M)，该分区层中包括多个独立的对等子区(图1中的子区1、子区2……子区N)。其中，各个对等子区之间互不重叠，每一个联络线区域的两端节点分别位于不同的相邻子区。

每一个联络线区域中有至少两个节点分别位于相邻的子区，相应地，每一个子区内有多个内部节点，同一个子区可以与多个联络线区域连接。

其中，一个联络线估计区域至少涵盖一个联络线区域，一个联络线区域至少包含一条联络线。一个联络线估计区域仅与两个子区进行数据交互，但是各个区域在进行估计计算时可以并行独立进行。

在一个实例中，如图2所示，该分布式状态估计***10包括相邻的子区i和子区j。子区i和子区j之间互不重叠，可以独立进行运算。子区i和子区j之间可以有多条联络线，每一条联络线可以对应一个联络线区域，该联络线两端的节点分别位于子区i和子区j中。例如，对于第m条联络线对应的联络线区域A中有两个节点a、b分别位于子区i和子区j中。

图2中，“a、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈、b、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、ref_i、ref_j”表示节点。

在一种实施方式中，子区i和子区j可以分别独立进行状态估计计算，得到相应的子区估计结果，还能计算得到相应的子区灵敏度矩阵。同时，充分利用子区估计计算时机，各联络线区域也能并行独立进行估计计算。

上述阶段中分区层中子区i和子区j的状态估计计算过程与协调层中联络线估计区域的状态估计计算过程不会相互影响，两层结构之间的状态估计计算可以并行执行。

关于图2中的缓冲区域、灵敏度区域，均可以理解为由联络线区域扩展得到的联络线估计区域，即该联络线估计区域可以仅覆盖从边界节点拓展的一个节点，也可以覆盖从边界节点扩展延伸的多个节点。即，联络线估计区域是可以动态扩展变化的。作为一种实施方式，在向联络线估计区域中添加节点时，可以综合网络拓扑的连接关系与灵敏度大小进行添加，具体的添加方法是依据广度搜索方法，当然还可以采用其他的方式来添加节点以改变联络线估计区域。

通过该分布式状态估计***10中划分的联络线区域以及扩展得到的联络线估计区域能够对协调层进行状态估计计算。

作为一种实施方式，在对协调层中的各联络线估计区域以及在对分区层中的各子区进行状态估计计算时，可以采用加权最小二乘估计法(Weighted Least Squares，WLS)实现状态估计计算。

该***中，协调层、分区层除了能够并行独立的进行状态估计计算，***还能够对协调层、分区层分别得到的估计结果进行协调修正计算。这是因为，两层结构对于同一个边界节点得到的估计值可能不同，例如联络线区域A得到的关于节点a的联络线估计结果和子区i得到的关于节点a的子区估计结果可能不同，因此需要对两个估计结果之差进行修正，即对估计值的不匹配量进行协调修正。在进行修正计算的时候，除了要考虑功率估计值的不匹配量以外，还可以对子区边界功率和联络线节点电压幅值进行协调修正，这可以改善仅考虑相应功率估计值的不匹配量情况下协调修正的计算精度。

通过上述***，能够分别对协调层、分区层这两层结构独立进行状态估计计算，两层结构在分别进行状态估计计算时互不影响，在两层结构分别完成状态估计之后，能够根据两层结构得到的估计结果进行协调修正，以减小两层结构之间的不匹配量。

进一步地，通过对该***得到的协调计算结果进行汇总归一能够有效得到全网估计计算结果。由于两层结构之间是并行独立进行状态估计计算的，具有较高的运算速度，且局部坏数据及不可观测因素不会影响到其它区域的估计结果，能够降低局部坏数据及不可观测性对于整体***估计结果的影响，提高电网调控运行实时性和准确性。

第二实施例

本实施例提供了一种分布式状态估计方法，具体可以称为，一种基于联络线解耦的分布式状态估计方法。该方法应用于互联电网***，关于该互联电网***的架构请进一步参阅第一实施例所述的分布式状态***10的架构。

请参阅图3，是本发明实施例提供的应用于图1和图2所示***的分布式状态估计方法的流程图。下面将对图3所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S310：在所述分区层中，各子区计算节点并行开展多个子区的状态估计计算，计算中得到第一灵敏度矩阵和第二灵敏度矩阵。其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵，所述第二灵敏度矩阵为功率量测估计值对所述状态量的灵敏度矩阵。

步骤S320：在所述协调层中，各联络线区域计算节点构建自身估计计算区域，完成联络线状态估计，得到联络线量测估计值。

具体地，各联络线区域计算节点，充分利用子区估计计算时机，综合拓扑连接关系等多种因素构建估计计算区域，完成联络线状态估计，得到联络线量测估计值。其中，该估计计算区域在本发明实施例中被称为联络线估计区域。

步骤S330：在并行完成子区和联络线估计区域的状态估计计算后，分区层中各子区计算节点接收所述联络线量测估计值，并计算边界联络线估计值的不匹配量以形成子区量测变化向量。

步骤S340：根据所述第一灵敏度矩阵、所述第二灵敏度矩阵、所述子区量测变化向量，对各子区的状态量以及功率量测估计值进行协调修正计算。

步骤S350：根据设定的协调修正计算的收敛阈值，判断所述联络线估计值的不匹配量是否满足收敛判据，若是，得到协调计算结果。其中，该协调计算结果包括协调修正计算后得到的状态量以及功率量测估计值(具体可以参阅式(8))。

其中，在步骤S310之前，可以遵循电网分层分区垂直调控管理与电网量测采集分区汇聚的特点，以电网控制区域划分为基础，将互联大电网划分为若干对等子区和联络线估计区域，构成主从式的并行计算模型和调控管理模式。

作为一种实施方式，在进行状态估计之前，可以采用节点撕裂法将互联电网***划分为协调层、分区层，以使该两层结构之间能够独立并行地进行状态估计计算。

其中，步骤S310、步骤S320分别作为分区层、协调层进行状态估计计算的步骤，步骤S310、步骤S320可同时执行。其中，在协调层形成联络线估计计算区域时可以有多种实现方式，关于本发明中联络线估计区域的具体选择方式不应理解为对本发明的限制。以图2为例，联络线估计区域可以直接采用端节点区域，也可以采用缓冲区域，还可以采用灵敏度区域，当然该联络线估计区域还可以是其他方式确定的估计计算区域。需要说明的是，在形成灵敏度区域时虽然会用到来自子区的第一灵敏度矩阵，但是由于该第一灵敏度矩阵是子区估计计算初始迭代阶段获得的常量灵敏度矩阵，并且依据此矩阵可快速形成协调层中的联络线估计区域，因此，协调层与分区层中的状态估计计算几乎可以并行完成。

本实施例中，关于步骤S310，各子区均可得到各自的第一灵敏度矩阵以及各自的第二灵敏度矩阵。各子区可以根据量测采集范围，读取各子区内部的相关模型数据，并行计算获得各个子区对应的第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵。

各子区计算节点并行开展多个子区的状态估计计算，能够得到多个子区的估计计算结果，其中，每一个子区均可以采用WLS估计法进行估计计算。

本实施例中，关于步骤S320，协调层中的各个联络线区域在选择了合适的估计区域后进行状态估计计算，不同的估计区域中包含的节点不同。本实施例中，该估计区域被称为联络线估计区域。

为了确定合适的联络线估计区域，本实施例还提供了一种基于联络线估计区域的状态估计计算方法。该方法中联络线估计区域的具体实现形式多样。

在一种实施方式中，联络线两端量测信息充足且较为准确时，可直接选取联络线两端节点构成的图2中的端节点区域作为联络线估计区域实现估计计算。

在另一种实施方式中，以联络线端节点为中心向外扩展，对联络线区域向外扩展得到联络线扩展区域，并将该联络线扩展区域作为联络线估计区域，动态构建不同范围的联络线估计区域实现估计计算。扩展方式主要包括两种：一种是通过各联络线节点外带一级近邻缓冲节点形成图2中的联络线缓冲区域；另一种方式是综合拓扑连接关系和状态量对量测量的灵敏度关系，确定联络线状态估计敏感节点，形成图2中连通的灵敏度区域。

需要说明的是，除了上述实施方式以外，本领域技术人员还可以采用其他方式来确定联络线估计区域，联络线估计区域的具体选择方式不应理解为对本发明的限制。

进一步的，在确定联络线估计区域后采用WLS完成联络线状态估计计算。

关于步骤S330，结合上述子区估计结果与联络线估计结果能够得到协调层、分区层这两层结构之间边界联络线估计值的不匹配量。这是因为协调层中的同一个联络线区域与两个相邻的子区关联，在整个***的估计计算过程中，对于各区域的边界联络线节点往往会得到不同的估计值，因此需要结合协调层的估计计算结果(即联络线量测估计值)以及分区层中的子区估计计算结果，得到二者之差(即边界联络线估计值的不匹配量)，并对该不匹配量进行协调修正。该不匹配量可以是功率估计值的不匹配量，也可以是电压估计值的不匹配量。进行协调修正的目的是为了尽量减小该不匹配量。

通过对多个边界联络线估计值的不匹配量进行组合可以得到子区量测变化向量，该子区量测变化向量可以作为后续协调修正计算过程中的参数。

关于步骤S340，是协调层、分区层这两层结构之间进行协调修正计算的步骤，作为一种实施方式，该步骤S340可以由分区层中的各子区计算节点执行。第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵可以作为整个估计计算过程中的常量元素，结合计算得到的子区量测变化向量能够对子区的估计结果进行修正，该修正计算过程包括对各子区状态量、功率量测估计值进行协调修正计算。

在进行协调修正计算的过程中，可以执行步骤S350，根据设定的收敛判据，判断是否得到满足收敛要求的估计计算结果，若是，说明迭代修正过程已经达标，可以直接得到最终协调修正计算结果；若否，则继续执行上述修正过程，以使结果收敛。作为一种实施方式，每执行一次迭代修正计算前，需进行收敛条件判断。

本实施例中，在得到协调计算结果后，所述方法还包括步骤S360。

步骤S360：各子区计算节点将得到的协调计算结果统一发送至联络线区域计算节点。再通过汇总、归一化处理，能够得到最终全网分布式状态估计的整体计算结果。

通过上述方法，对协调层、分区层分别采用WLS的状态估计计算过程并行独立执行，再结合分区层的协调修正过程，充分利用了分区层各子区独立进行状态估计的计算时机，并行开展协调层中各联络线估计区域的状态估计计算，达到联络线估计计算效率与计算精度的均衡。继而基于联络线的估计计算得到的联络线量测估计值与灵敏度矩阵(第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵)并行完成各子区的边界估计值不匹配量的协调修正。最终汇总归一后可以得到全网估计结果。整个方法实现了分布式状态估计的流式计算处理，并行独立地完成各子区和联络线区域的估计计算，并行化程度高、计算速度快，实现了复杂电网的降维计算和子区估计解耦，减少了局部坏数据污染，在局部子区量测不佳时，能够尽可能获得大范围的估计断面，具有较好的应用价值。并且能够降低局部坏数据及不可观测性对于全网***估计计算结果的影响，提高电网调控运行实时性和准确性。

请参阅图4，下面将结合一个完整实例详细说明本发明的实施步骤，以图2中相邻子区i、子区j和联络线区域A为例进行说明。本例中，采用节点撕裂法或支路切割法对电网区域进行划分得到联络线分区解耦模型，以使各对等子区均不重叠，联络线区域的端节点分别位于不同的相邻子区。其中，关于该模型对应的***架构请参阅图1、图2。然后根据分布式网络计算环境中不同计算节点的计算能力，分布部署并运行多个子区和联络线区域的状态估计与协调计算。

采用这一***架构实现状态估计计算，有三方面影响：第一，使得各子区的计算模型与其量测采集范围一致，独立性强，在外部子区或者全局估计不收敛的情况下，依然可以得到本子区的估计结果；第二，各子区的估计结果不受相邻子区的量测质量的干扰，能够减少子区间的残差污染；第三，各个子区间没有信息交互，协调层、分区层并行开展状态估计，并行化程度高，计算速度快。

请参阅图4，协调层、分区层的计算过程是可以并行执行的。

对于协调层，在确定***架构对应的网络拓扑连接关系后，进一步确定联络线估计区域，并采用WLS实现估计计算。在完成一次联络线估计计算后，将联络线估计计算结果中的联络线量测估计值分发至分区层中的子区，并进入休眠等待/重启激活阶段。在进行下一次联络线估计计算之前，接收子区的协调修正的计算结果并通过汇总归一处理得到全网整体估计结果。

对于分区层，再执行协调层的联络线估计计算时，可以并行开展各子区的WLS状态估计以及灵敏度矩阵计算，得到子区估计结果。在接收到协调层发送的联络线量测估计值后，完成各不匹配量的灵敏度矩阵协调修正计算，直至各不匹配量满足收敛判据，得到协调计算结果。该协调计算结果可以发送给协调层进行汇总归一处理以得到全网估计结果。

下面将分别介绍在子区进行估计计算过程中获得第一灵敏度、第二灵敏度的过程。以子区i为例，设子区i的m_i维初始量测向量为z_i0，2(n_i-1)维初始状态向量为x_i0。若量测向量发生微小变化量Δz_i，将导致状态向量也发生微小变化量Δx_i。

为了分析状态量与量测量间的灵敏度关系，首先在x_i0附近对非线性量测方程中m_i维非线性函数向量h_i(x_i)进行泰勒展开，忽略二次以上的非线性项。再将展开式代入WLS的目标函数J_i(x_i)中，令量测向量z_i＝z_i0+Δz_i，并展开配方后，可知若使J_i(x_i)达到最小值，部分项应为零，可得如下公式(1)。

其中，状态量对量测量的2(n_i-1)×m_i灵敏度矩阵为请参见式(2)。

再说明功率量测估计值和状态量之间的灵敏度关系，子区i的功率量测估计值与状态量之间关系请参见式(3)。

z_wi＝h_wi(x_i) (3)

令m_wi维功率量测向量z_wi＝z_wi0+Δz_wi，在x_i0附近对功率量测向量与状态量之间的非线性函数向量h_wi(x_i)进行泰勒展开，忽略非线性项后，可以得到Δz_wi＝H_wi(x_i0)Δx_i。则功率量测估计值对状态量的m_wi×2(n_i-1)灵敏度矩阵请参见式(4)。

其中，上述式(1)-式(4)中，表示第一灵敏度矩阵，表示第二灵敏度矩阵，z_i表示子区i的m_i维量测向量，x_i表示该子区i的2(n_i-1)维状态向量，表示H_i(x_i0)的转置矩阵，其中，h_i(x_i)表示m_i维的非线性函数向量，h_wi表示功率量测量与状态量之间的非线性函数向量。R_i表示m_i×m_i维量测误差方差阵，并且

在各子区进行子区估计计算的同时，各联络线区域计算节点可以读取区域内部相关(潮流)模型与量测数据，综合拓扑连接关系等多种因素构建估计计算区域，完成联络线状态估计。各对等子区与联络线估计区域的状态估计采用分布式并行计算，不存在任何信息交互。

其中，从协调层发送至分区层的联络线量测估计值作为子区协调修正计算的基准，会直接影响后续协调修正算法的计算准确性。因此有必要选择合适的联络线估计区域，排除不良数据的干扰，确定精准的联络线估计值。

在本例中，选取的联络线估计区域可以是联络线扩展区域，即从联络线区域端节点向外延伸得到的区域。本例中提供多种联络线估计区域的具体实现形式。从相邻子区获取估计所需的灵敏度矩阵(第一灵敏度矩阵)，进行联络线的状态估计。其中，联络线的状态估计与各子区的状态估计采用分布式并行计算，不存在任何信息交互。需要说明的是，各联络线获取第一灵敏度矩阵的过程不应理解为两层结构之间的估计计算交互。

本例中，提供了多种联络线估计区域的选取方式。第一种，在联络线两端量测信息充足且较为准确时，直接选取联络线两端节点构成的图2中的端节点区域实现估计计算，但这一实施方式在量测信息量不足时，可造成***不可观或者估计不准确，此时联络线估计计算区域需要向外扩展。第二种，是对联络线区域按照拓扑连接关系和广度搜索方式向外扩展。扩展方式主要包括两种实现形式：一种形式是通过各联络线节点外带一级近邻缓冲节点形成图2中的联络线缓冲区域，但此方法缺乏严谨的理论指导且估计质量未必最佳；另一种形式是综合拓扑连接关系和状态量对量测量的灵敏度关系，确定联络线状态估计敏感节点，形成图2中连通的灵敏度区域，这一过程中主要考虑估计计算精度与计算效率间的均衡。

依据上述联络线估计区域的多种实施方式，确定联络线估计区域并采用WLS完成联络线状态估计计算，可以得到联络线量测估计值，并发送至分区层各子区。

其中，联络线估计区域的确定过程，以及联络线估计区域的状态估计计算过程可以与各子区的估计计算过程基本维持并行独立，均可以采用WLS法进行估计计算。由于联络线估计区域的计算规模不大于子区计算规模，因此不会降低分布式状态估计的计算效率。

在子区、联络线区域分别完成估计计算后，各子区计算节点获取联络线估计计算后得到的联络线量测估计值，将其作为子区协调修正计算的基准进行修正。需要说明的是，在本发明实施例的方法中，各子区计算节点只需从协调层中获取一次联络线量测估计值即可，以此能够提升计算速率，不用重复获取联络线的估计计算结果。

当然，若是需要获得多次全网估计计算结果，可以多次获取联络线量测估计值，以得到不同时刻量测数据断面的估计结果。

下面将说明协调修正过程。假设相邻子区i、子区j之间具有l条联络线，选定联络线区域A中的第m条联络线，子区i包含该联络线首端节点a，子区j包含末端节点b，如图2所示。以子区i和联络线区域A的估计区域为例说明协调修正过程。在进行修正之前，需要获得基本参数：第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵、子区量测变化向量。

关于第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵的计算过程请参阅上文，在此不再赘述，下面将说明子区量测变化向量的计算过程。

子区i计算节点接收来自联络线区域A计算节点的联络线量测估计值，计算联络线区域A以及子区i边界联络线支路功率估计值不匹配量以及节点电压幅值估计值的不匹配量。

然后将子区i和所有相邻联络线之间的联络线支路功率估计值不匹配量、节点电压幅值估计值的不匹配量均作为子区量测变化量，并得到子区量测变化向量，计算过程如下：

其中，表示子区i的量测变化向量，分别表示第m条联络线的节点a端的支路有功功率估计值的不匹配量、支路无功功率估计值的不匹配量、节点电压幅值估计值的不匹配量，k表示进行协调修正计算的迭代次数，k＝0时代表协调修正计算的初值。

下面将解释说明各个不匹配量的计算过程。

第m条联络线a端支路功率、电压幅值分别被子区i和联络线区域A对应的联络线估计区域进行状态估计计算，子区i估计计算得到该联络线a端线路功率和电压幅值分别为(支路有功功率)、(支路无功功率)、(节点电压幅值)。而联络线区域A估计计算得到联络线a端线路功率和电压幅值分别为P_a,m,A(支路有功功率)、Q_a,m,A(支路无功功率)、U_a,m,A(节点电压幅值)，这些值作为修正目标值，其值固定。

协调层、分区层两层结构的对应联络线量测估计值相减后，可以得到联络线a端支路功率(包括有功功率和无功功率)和电压幅值估计值的不匹配量，请参见式(7)。

式(7)中，分别表示第m条联络线的节点a端的支路有功功率估计值的不匹配量、支路无功功率估计值的不匹配量、节点电压幅值估计值的不匹配量。

在得到第一灵敏度矩阵、第二灵敏度矩阵、子区量测变化向量后，按照下列式(8)进行迭代修正，可以得到子区i协调修正计算后的状态量和功率量测估计值。请参阅式(8)。

式(8)中，分别表示两次迭代计算前后的状态量，分别表示两次迭代计算前后的功率量测估计值，表示子区i的量测变化向量，表示子区i的状态变化向量。表示第一灵敏度矩阵，表示第二灵敏度矩阵。

其中，在每一次进行迭代修正前，根据设定的修正计算的收敛判据，判断联络线估计值的不匹配量是否收敛，具体包括：将估计值的不匹配量的绝对值小于收敛阈值，作为分区层中各子区协调修正计算的收敛判据，分别判断支路有功功率估计值的不匹配量、支路无功功率估计值的不匹配量、节点电压幅值估计值的不匹配量是否收敛，若满足，得到协调计算结果。

其中，收敛判据为请参阅式(9)。

式(9)中，ε表示收敛阈值。

当整个互联***中任何子区与联络线区域间的全部联络线支路功率估计值(包括有功功率和无功功率)、全部节点电压幅值估计值均满足收敛判据时，即可判断该***的分布式状态估计计算已达到收敛。在收敛之前，子区仅需要从协调层中获取一次联络线量测估计值作为协调计算参考值即可。

在该***的分布式状态估计计算已达到收敛后，各子区计算节点将协调计算结果统一发送至相应联络线区域计算节点，通过汇总、归一化处理，能够得到该***的分布式状态估计的整体计算结果。

其中，对于整个***的状态估计计算，需要给出基于统一参考节点的估计结果。例如，图2中的ref_i、ref_j分别可以作为子区i、子区j进行状态估计计算的参考节点。

在子区i、子区j进行协调修正计算后，所计算得到的第m条联络线的首端节点a、末端节点b的电压相角分别为θ_a,ref,i、θ_b,ref,j。联络线区域估计计算得到的关于联络线区域A中第m条联络线首端节点a、末端节点b的电压相角分别为θ_a,A、θ_b,A。

现以第m条联络线的电压相角为归一化基准，获得以子区i中ref_i为参考节点的联络线末端节点b的电压相角为：θ_b,ref,i＝θ_a,ref,i-(θ_a,A-θ_b,A)。

再以θ_b,ref,i、θ_b,ref,j为基础，若将子区j内全部节点相角均转化为相对子区i中参考节点的相角，则将某节点f的相角θ_f,ref,j加上子区j内联络线节点b的相角差，得到θ_f,ref,i＝θ_f,ref,j+(θ_b,ref,i-θ_b,ref,j)。

关于本实施例中所述***的其他细节，可以进一步参考前述实施例中的相关描述，在此不再赘述。

综上所述，通过本发明的方法，能够提供联络线分区解耦模型对互联***进行分布式状态估计计算，使得协调层、分区层能够并行独立完成各自的状态估计计算，提高计算效率。另一方面，根据协调层下发的联络线量测估计值以及计算得到的灵敏度矩阵，分区层的各子区能够并行实现边界联络线估计值不匹配量的协调修正计算，最终汇总归一后能够得到全网估计结果，具有较高的工程应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分布式状态估计方法，其特征在于，应用于互联电网***，所述互联电网***包括协调层和分区层两层结构，所述协调层中包括多个联络线区域，所述分区层中包括多个独立的子区，所述方法包括：

在所述分区层中，各子区计算节点并行开展多个子区的状态估计计算，计算得到第一灵敏度矩阵和第二灵敏度矩阵；其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵，所述第二灵敏度矩阵为功率量测估计值对所述状态量的灵敏度矩阵；

在所述协调层中，各联络线区域计算节点构建估计计算区域，完成联络线的状态估计计算，得到联络线量测估计值；

在并行完成子区和联络线估计区域的状态估计计算后，分区层中的各子区计算节点接收所述联络线量测估计值，并计算边界联络线估计值的不匹配量以形成子区量测变化向量；

根据所述第一灵敏度矩阵、所述第二灵敏度矩阵、所述子区量测变化向量，对各子区的状态量以及功率量测估计值进行协调修正计算；

根据设定的收敛阈值，判断所述联络线估计值的不匹配量是否满足收敛判据，若是，得到协调计算结果，该协调计算结果包括协调修正计算后得到的状态量以及功率量测估计值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在进行子区和联络线估计区域的状态估计计算之前，采用节点撕裂法将所述互联电网***划分为协调层、分区层两层结构。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态估计计算的计算方式采用加权最小二乘估计法。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分区层中各子区计算节点接收所述联络线量测估计值，并计算边界联络线估计值的不匹配量以形成子区量测变化向量，包括：

分区层中各子区计算节点接收来自联络线区域计算节点的所述联络线量测估计值，计算所述联络线区域和子区边界处的联络线支路功率估计值不匹配量以及节点电压幅值估计值的不匹配量；

将任一子区和相邻联络线区域之间的所有所述联络线支路功率估计值不匹配量、所述节点电压幅值估计值的不匹配量均作为子区量测变化量，并得到子区量测变化向量，计算过程如下：

其中，所述表示子区i的量测变化向量，所述分别表示第l条联络线的节点a端的支路有功功率估计值的不匹配量、支路无功功率估计值的不匹配量、节点电压幅值估计值的不匹配量，所述k表示进行协调修正计算的迭代次数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一灵敏度矩阵、所述第二灵敏度矩阵、所述子区量测变化向量，对各子区的状态量以及功率量测估计值进行协调修正计算，包括：

利用下列计算公式进行迭代修正：

其中，所述分别表示迭代计算前后两次的状态量，所述 分别表示迭代计算前后两次的功率量测估计值，所述表示子区i的量测变化向量，所述表示子区i的状态变化向量，所述表示第一灵敏度矩阵，所述表示第二灵敏度矩阵，所述k表示进行协调修正计算的迭代次数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述联络线估计值的不匹配量是否满足收敛判据，若是，得到协调计算结果，包括：

分别判断联络线支路有功功率估计值的不匹配量、支路无功功率估计值的不匹配量、节点电压幅值估计值的不匹配量是否满足收敛判据，若满足，则得到协调计算结果；

其中，所述收敛判据为：

其中，所述分别表示第m条联络线的节点a端支路有功功率估计值的不匹配量、无功功率估计值的不匹配量、电压幅值估计值的不匹配量，所述k表示进行协调修正计算的迭代次数，所述ε表示收敛阈值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各联络线区域计算节点构建估计计算区域的步骤，包括：

直接选取联络线两端节点构成端节点区域，并将该端节点区域作为联络线估计区域，以确定估计计算区域。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各联络线区域计算节点构建估计计算区域，还包括：

以联络线端节点为中心向外扩展，动态构建不同范围的联络线扩展区域，并将该联络线扩展区域作为联络线估计区域，以确定估计计算区域。

9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述第一灵敏度矩阵通过下面的计算得到：

所述第二灵敏度矩阵通过下面的计算得到：

其中，所述z_i表示子区i的m_i维量测向量，所述x_i表示该子区i的2(n_i-1)维状态向量，所述表示状态量x_i对量测量z_i的2(n_i-1)×m_i灵敏度矩阵，所述表示H_i(x_i0)的转置矩阵，其中，所述所述h_i(x_i)表示m_i维的非线性函数向量，所述R_i表示m_i×m_i维量测误差方差阵，并且

所述z_wi表示子区i的m_wi维功率量测量，所述表示功率量测估计值z_wi对状态量x_i的m_wi×2(n_i-1)灵敏度矩阵，其中，所述所述h_wi表示功率量测量与状态量之间的非线性函数向量。

10.一种分布式状态估计***，其特征在于，所述***包括协调层和分区层两层结构；所述协调层中包括多个联络线区域，所述分区层中包括多个独立的对等子区；其中，各个对等子区之间非重叠关系，每一个所述联络线区域的两端节点分别位于不同的相邻子区；所述协调层以及所述分区层之间形成主从式并行计算模型。