CN110265999B - 一种高度网状的二次配电网负载估计方法 - Google Patents

一种高度网状的二次配电网负载估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高度网状的二次配电网负载估计方法，高度网状的二次配电网负载估计方法的具体步骤为：获取二次变压器电压、电流、功率的实时信息以及用户的月用电账单、每个建筑类型的典型负载曲线和室外的温度；根据获取的二次配电网的拓扑结构进行相应的约减；利用变压器量测值、用户的月用电账单和建筑的典型负载曲线对二次配电网进行负载预测；引入有效温度的概念提高预测精度，并将该预测值作为节点的伪测量值；利用二次配电网的真实量测值和伪测量数据对节点进行状态估计；将状态估计得到的节点电压和相角进行电力***潮流分析，得到网络的有功功率与无功功率。本发明的该方法能通过网络约减，负载预测进而采用状态估计得到各节点负荷。

Description

一种高度网状的二次配电网负载估计方法
技术领域
本发明涉及电力***管理与运行技术领域，特别是涉及一种高度网状的二次配电网负载估计方法。
背景技术
随着我国国民经济的发展和科学技术的飞速进步，现代电力***二次配电网不断地采取各种方法和措施以准确地估计二次配电网的各种参数，但高度网状的二次配电网由于其具有不可观测性等问题，成为电力***运行的安全隐患并带来巨大的经济损失。
现有的电力***负载估计中，需要数据采集与监视(SCADA)***提供大量的历史数据，根据历史数据建立相应的估计模型并做出估计之后，再做出相应的决策并及时制定必要的调度计划，以保持电网运行的安全稳定、减少发电机不必要的旋转储备容量、合理安排机组检修计划、保障社会的正常生产和生活，提高经济效益和社会效益，因此，在二次配电网不可观测的情况下，准确地估计出负载变化是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的提供一种高度网状的二次配电网负载估计方法。
一种高度网状的二次配电网负载估计方法，所述高度网状的二次配电网负载估计方法的具体步骤为：
1)获取二次变压器电压、电流、功率的实时信息以及用户的月用电账单、每个建筑类型的典型负载曲线和室外的温度；
2)根据获取的二次配电网的拓扑结构进行相应的约减；
3)利用变压器量测值、用户的月用电账单和建筑的典型负载曲线对二次配电网进行负载预测；
4)引入有效温度提高预测精度，并将该预测值作为节点的伪测量值；
5)利用二次配电网的真实量测值和伪测量数据对节点进行状态估计；
6)将状态估计得到的节点电压和相角进行电力***潮流分析，得到网络的有功功率与无功功率。
优选的，所述步骤2)中包括合并两条母线之间的两条相互平行的传输线；使用Kron约减法消除没有测量装置和负载的连接母线；从二次配电网中移除点状网络。
优选的，所述步骤3)包括采用多项式函数对变压器实测功率值和室外温度进行拟合，得到功率-温度曲线；将功率-温度曲线按照日期划分为工作日、周六、周日与假期四种类型；标准化功率-温度曲线，使用标准化公式
Figure GDA0003616766050000021
式中TBase为基准温度，PNorm表示标准化后的功率值，P表示功率,T表示温度，t表示时间；采用功率-温度曲线和月用电量可以预测每个节点的负荷。
优选的，所述步骤4)对原有的功率-温度曲线进行修正，引入有效温度，还包括将二次变压器的实际测量值映射在功率-温度曲线图中；若变压器的功率实际测量值为PA，则有效温度为PA在功率-温度曲线相对应的温度输出为TA；采用有效温度，功率-温度曲线和月用电账单，对节点负载进行预测，并将其作为该节点的伪测量值。
优选的，所述步骤5)包括根据状态估计原理，列出目标函数Min J(x)＝[zi-hi(x)]TW-1[zi-hi(x)]，式中J(x)为目标函数，zi为第i个测量装置的量测值hi为相应的估计值，W为加权矩阵；加权矩阵W是对角矩阵，真实量测值所对应的系数
Figure GDA0003616766050000022
伪量测值所对应的系数
Figure GDA0003616766050000023
式中μi代表测量数据的平均值，％error代表相应的最大相对误差；对节点电压与相角初始值xk进行赋值，并设置迭代的阈值ε；计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)；计算Δx＝(HT WH)-1HT[z-h(x)]，式中z是各节点量测值；更新相角估计值xk+1＝xk+Δx；若更新值Δx小于设定的阈值ε则停止迭代，否则转至计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)循环执行。
有益效果在于：采用本发明的该方法能通过网络约减，负载预测进而采用状态估计得到各节点负荷，并且其负载估计是将天气因素考虑在内的，通过引入有效温度的概念，从标准的负载曲线推导出而来，因此能够更好地估计负载情况，使得该方法的负载估计正确性高，再者，该方法不同于其他负载预测方法，仅利用获得的实时数据就可以进行有效的预测，无需大量的历史数据，同时，相比于其他负载估计方法，加权最小二乘估计的方法使每一个建筑对误差的贡献率相同，避免了一些大\小负载影响负载估计的准确性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的真实值与估计值的绝对与相对误差的示意图。
具体实施方式
现代二次配电网的调度自动化与计算机管理水平正逐渐提高，准确而全面地获取二次配电网的实时测量数据成为二次配电网管理***各种功能模块实现的基础和前提。
一种高度网状的二次配电网负载估计方法，高度网状的二次配电网负载估计方法的具体步骤为：
1)获取二次变压器电压、电流、功率的实时信息以及用户的月用电账单、每个建筑类型的典型负载曲线和室外的温度；
2)根据获取的二次配电网的拓扑结构进行相应的约减；
3)利用变压器量测值、用户的月用电账单和建筑的典型负载曲线对二次配电网进行负载预测；
4)引入有效温度提高预测精度，并将该预测值作为节点的伪测量值；
5)利用二次配电网的真实量测值和伪测量数据对节点进行状态估计；
6)将状态估计得到的节点电压和相角进行电力***潮流分析，得到网络的有功功率与无功功率。
进一步的，步骤2)中包括合并两条母线之间的两条相互平行的传输线；使用Kron约减法消除没有测量装置和负载的连接母线；从二次配电网中移除点状网络。
进一步的，步骤3)包括采用多项式函数对变压器实测功率值和室外温度进行拟合，得到功率-温度曲线；将功率-温度曲线按照日期划分为工作日、周六、周日与假期四种类型；标准化功率-温度曲线，使用标准化公式
Figure GDA0003616766050000041
式中TBase为基准温度，PNorm表示标准化后的功率值，P表示功率,T表示温度，t表示时间；采用功率-温度曲线和月用电量可以预测每个节点的负荷。
进一步的，步骤4)通过步骤2)对原有的功率-温度曲线进行修正，引入有效温度，还包括将二次变压器的实际测量值映射在功率-温度曲线图中；若变压器的功率实际测量值为PA，则有效温度为PA在功率-温度曲线相对应的温度输出为TA；采用有效温度，功率-温度曲线和月用电账单，对节点负载进行预测，并将其作为该节点的伪测量值。
进一步的，步骤5)包括根据状态估计原理，列出目标函数Min J(x)＝[zi-hi(x)]TW-1[zi-hi(x)]，式中J(x)为目标函数，zi为第i个测量装置的量测值，hi为相应的估计值，W为加权矩阵；加权矩阵W是对角矩阵，真实量测值所对应的系数
Figure GDA0003616766050000042
伪量测值所对应的系数
Figure GDA0003616766050000043
式中μi代表测量数据的平均值，％error代表相应的最大相对误差；对节点电压与相角初始值xk进行赋值，并设置迭代的阈值ε；计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)；计算Δx＝(HT WH)-1HT[z-h(x)]，式中z是各节点量测值；更新相角估计值xk+1＝xk+Δx；若更新值Δx小于设定的阈值ε则停止迭代，否则转至计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)循环执行。
实施例
通过获取二次变压器电压、电流、功率的实时信息以及用户的月用电账单、每个建筑类型的典型负载曲线和室外的温度；根据获取的二次配电网的拓扑结构进行相应的约减；利用变压器量测值、用户的月用电账单和建筑的典型负载曲线对二次配电网进行负载预测，其包括收集并分析二次配电网中变压器的实际功率值和室外的温度的相关性、将功率分为4种情况即工作日、周六、周日和假日，上述四种情况都可以用三阶多项式进行拟合、将功率-温度曲线归一化，所用公式为：
Figure GDA0003616766050000051
式中，PNorm表示标准化后的功率值，P表示功率，TBase设为基准温度，T表示温度，t表示时间、再将上述四种类型的数据分别利用三阶多项式函数对温度与标准化后的功率数据进行拟合、将温度带入功率-温度曲线，得到该节点的功率值；引入有效温度的概念提高预测精度，并将该预测值作为节点的伪测量值；利用二次配电网的真实量测值和伪测量数据对节点进行状态估计，其包括根据状态估计的原理，列出目标函数：Min J(x)＝[zi-hi(x)]TW-1[zi-hi(x)]式中，J(x)为目标函数，zi为第i个测量装置的测量值，hi为相应的估计值，W为加权矩阵、加权矩阵W是对角矩阵，真实测量值所对应的系数：
Figure GDA0003616766050000052
伪测量值所对应的系数：
Figure GDA0003616766050000053
式中，μi代表测量数据的平均值，％error代表相应的最大相对误差、对网络估计的电压与相角初始值xk赋初值，并设置迭代的阈值ε、计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)、二次配电网迭代的在每一次更新Δx：Δx＝(HT WH)-1HT[z-h(x)]式中，z是二次配电网的量测值，h(xk)是二次配电网的估计值，H(xk)是二次配电网的估计值得雅克比矩阵，W是加权矩阵、对相角估计值更新xk+1＝xk+Δx，若迭代的更新值Δx小于设定的阈值ε则停止迭代，否则算法转至计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)循环执行。
本发明高度网状的二次配电网负载估计方法工作时，首先通过获取变压器的电压、电流、功率的实时信息，用户的月用电账单、每个建筑类型的典型负载曲线和室外的温度，再根据合并两条母线之间的两条相互平行的传输线、使用Kron约减法消除没有测量装置和负载的连接母线、从二次配电网中移除点状网络完成获取的二次配电网拓扑结构进行相应的约减的工作，再利用变压器获取的实测值、用户的月用电账单和建筑的典型负载曲线对二次配电网进行负载预测，且该项还包括采用多项式函数对变压器实测功率值和室外温度进行拟合，得到功率-温度曲线、将功率-温度曲线按照日期划分为工作日、周六、周日与假期四种类型、标准化功率-温度曲线，使用标准化公式
Figure GDA0003616766050000061
式中TBase为基准温度，PNorm表示标准化后的功率值，P表示功率,T表示温度，t表示时间、并采用功率-温度曲线和月用电量可以预测每个节点的负荷，然后，引入有效温度的概念提高负荷预测精度，将该预测值作为节点的伪测量值，且需要引入对原有的功率-温度曲线进行修正，并引入有效温度的概念，且将二次变压器的实际测量值映射在功率-温度曲线图中、若变压器的功率实际测量值为PA，则有效温度为PA在功率-温度曲线相对应的温度输出为TA，采用有效温度，功率-温度曲线和月用账单，对节点负载进行预测，并将其作为该节点的伪测量值，对原有的功率-温度曲线进行修正，并根据状态估计原理，列出目标函数Min J(x)＝[zi-hi(x)]TW-1[zi-hi(x)]，式中J(x)为目标函数，zi为第i个测量装置的量测值，hi为相应的估计值，W为加权矩阵、加权矩阵W是对角矩阵，真实量测值所对应的系数
Figure GDA0003616766050000071
伪量测值所对应的系数
Figure GDA0003616766050000072
式中μi代表测量数据的平均值，％error代表相应的最大相对误差、对节点电压与相角初始值xk进行赋值，并设置迭代的阈值ε、计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)、计算Δx＝(HT WH)-1HT[z-h(x)]，式中z是各节点量测值、更新相角估计值xk+1＝xk+Δx、若更新值Δx小于设定的阈值ε则停止迭代，否则转至计算各节点估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)循环执行，利用二次配电网的量测值和伪量测值对负载数据进行状态估计，最后，将得到的节点电压和相角估计值进行电力***潮流分析，得到网络的有功功率与无功功率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高度网状的二次配电网负载估计方法，其特征在于：所述高度网状的二次配电网负载估计方法的具体步骤为：
1)获取二次变压器电压、电流、功率的实时信息以及用户的月用电账单、每个建筑类型的典型负载曲线和室外的温度；
2)根据获取的二次配电网的拓扑结构进行相应的约减；
3)利用变压器量测值、用户的月用电账单和建筑的典型负载曲线对二次配电网进行负载预测；
4)引入有效温度提高预测精度，并将预测值作为节点的伪测量值；
5)利用二次配电网的真实量测值和伪测量数据对节点进行状态估计；
6)将状态估计得到的节点电压和相角进行电力***潮流分析，得到网络的有功功率与无功功率。
2.根据权利要求1所述的一种高度网状的二次配电网负载估计方法，其特征在于：所述步骤2)中包括合并两条母线之间的两条相互平行的传输线；使用Kron约减法消除没有测量装置和负载的连接母线；从二次配电网中移除点状网络。
3.根据权利要求1所述的一种高度网状的二次配电网负载估计方法，其特征在于：所述步骤3)包括采用多项式函数对变压器实测功率值和室外温度进行拟合，得到功率-温度曲线；将功率-温度曲线按照日期划分为工作日、周六、周日与假期四种类型；标准化功率-温度曲线，使用标准化公式
Figure FDA0003616766040000011
式中TBase为基准温度，PNorm表示标准化后的功率值，P表示功率,T表示温度，t表示时间；采用功率-温度曲线和月用电量可以预测每个节点的负荷。
4.根据权利要求1所述的一种高度网状的二次配电网负载估计方法，其特征在于：所述步骤4)对原有的功率-温度曲线进行修正，引入有效温度，还包括将二次变压器的实际测量值映射在功率-温度曲线图中；若变压器的功率实际测量值为PA，则有效温度为PA在功率-温度曲线相对应的温度输出为TA；采用有效温度，功率-温度曲线和月用电账单，对节点负载进行预测，并将其作为该节点的伪测量值。
5.根据权利要求1所述的一种高度网状的二次配电网负载估计方法，其特征在于：所述步骤5)包括根据状态估计原理，列出目标函数Min J(x)＝[zi-hi(x)]TW-1[zi-hi(x)]，式中J(x)为目标函数，zi为第i个测量装置的量测值，hi为相应的估计值，W为加权矩阵；加权矩阵W是对角矩阵，真实量测值所对应的系数
Figure FDA0003616766040000021
伪量测值所对应的系数
Figure FDA0003616766040000022
式中μi代表测量数据的平均值，％error代表相应的最大相对误差；对节点电压与相角初始值xk进行赋值，并设置迭代的阈值ε；计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)；计算Δx＝(HT WH)-1HT[z-h(x)]，式中z是各节点量测值；更新相角估计值xk+1＝xk+Δx；若更新值Δx小于设定的阈值ε则停止迭代，否则转至计算二次配电网的估计值h(xk)和对应的雅克比矩阵H(xk)循环执行。
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