【摘要】本文將量測變換方法運用在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的狀態(tài)估計中，并按狀態(tài)量的不同，分別以電壓和支路功率兩種狀態(tài)量結合量測變換法來實現(xiàn)狀態(tài)估計算法，并對兩種算法進行比較分析，得出基于支路功率的配電狀態(tài)估計算法。此算法具有運算效率高特點，能夠更好的滿足在線狀態(tài)估計的實時性要求。

【關鍵詞】狀態(tài)估計；量測變換；偽量測數(shù)據(jù)庫

1.引言

隨著配電網(wǎng)的快速發(fā)展，配電自動化系統(tǒng)中的高級應用軟件也在不斷的成熟與完善。其中的狀態(tài)估計模塊，利用SCADA的斷路器狀態(tài)和量測數(shù)據(jù)并補充母線負荷預報的偽量測數(shù)據(jù)，檢測與辨識不良數(shù)據(jù)，估計出全配電網(wǎng)的實時網(wǎng)絡狀態(tài)，向其他應用軟件提供可靠而全面的實時運行方式。

2.量測配置規(guī)則

由于配電網(wǎng)的特點決定了在配電網(wǎng)中量測配置的不足，對狀態(tài)估計來說，如何對有限的量測進行合理、有效的配置就變的極其重要。

在配電自動化中，不同功能優(yōu)先級用不同的精度來估計所有的量。在狀態(tài)估計計算中，可以用實時儀表量測數(shù)據(jù)來校正輻射形網(wǎng)絡中由這些儀表確定的區(qū)域內(nèi)各節(jié)點的預測負荷值。以及考慮到量測系統(tǒng)的費用，除了變電站饋線末端量測外，饋線上大部分量測量可以不是功率，而選擇電流。根據(jù)以上特點就有了量測配置的簡單規(guī)則：

（1）在所有的需要監(jiān)視的線路開關裝設監(jiān)測裝置。這些裝置可以監(jiān)視線路開關的狀態(tài)，為饋線切換和網(wǎng)絡重構功能提供數(shù)據(jù)。在饋線始端的量測必須是功率類型的；其他地方的可以是電流類型的。

（2）沿饋線段裝設附加儀表，而且，由這些儀表定義的區(qū)域內(nèi)總負荷在模值上相似，這些量測量可以是中流類型的，也可以是功率類型的（如果儀表費用仍保持最小）。如果有比平均負荷大得多的臨時負荷，那么在這些臨時負荷處裝設儀表通?？梢詭椭覀兏玫剡M行配電網(wǎng)的監(jiān)視與控制。

（3）把儀表裝設在用于饋線切換的常開聯(lián)絡開關處。變電站或調度中心的監(jiān)視、控制及電壓/無功控制設備需要每個聯(lián)絡開關兩端的電壓量測量。從經(jīng)濟上考慮，這些表計也可以是電流類型的。這些儀表雖然在聯(lián)絡開關斷開時并不對狀態(tài)估計的精度起作用，但是當饋線重構（開關閉合）或恢復時狀態(tài)估計會用到這些量測量。

以上所提出的規(guī)則可以較好地協(xié)調計算精度、復雜性與投資費用之間的關系。

3.量測變換方法簡述

給定量測矢量Z，加權最小二乘狀態(tài)估計即是以最優(yōu)性條件表達的非線性代各級一的求解問題：

式中為量測函數(shù)矢量；為狀態(tài)量；，為量測雅克比矩陣；是量測權系數(shù)對角陣，對角元是各量測量的權系統(tǒng)，一般取為；M為量測數(shù)；是量測誤差的均方差。

一般的量測函數(shù)為非線性函數(shù)，若在允許的精度范圍內(nèi)，采用量測變換方法，將實際的量測變換成與其等值的新的量測量，若新量測的量測函數(shù)為線性函數(shù)，則變換后的狀態(tài)估計問題的求解將變得十分容易，計算效率將會有突破性的提高。

4.量測變換在配電狀態(tài)估計中的應用

4.1 以電壓為狀態(tài)量的情況下量測變換技術的應用

量測變換在這類情況中有著廣泛的應用，有時甚至是必須的。倘若直接根據(jù)節(jié)點電壓電流方程來寫量測函數(shù)時，有的量測量就不能直接寫出量測函數(shù)，因為在配電網(wǎng)中常見的量測量為負荷功率量測、支路功率量測、支路電流幅值量測、節(jié)點電壓幅值量測，而在這類狀態(tài)估計算法中能直接寫出量測函數(shù)的只能是電流或電壓矢量。因此功能量測就必須通過量測變換轉化為相應的電流量測。

以電壓為狀態(tài)量，必須進行量測變換，一階收斂性，量測矩陣為常數(shù)陣，計算機運算時只經(jīng)1次分解即可用于反復迭代，在運算速度上較理想。同時能方便地處理功率量測，即在開始幾步中在不考慮這類量測的情況下進行運算，待產(chǎn)生較穩(wěn)定的相角信息后，再將幅值量測變作矢量代和參與運算。但是這種做法無法對后加入的量測量從理論上確定一合理的權重，從而影響其估計精度。

4.2 在以電流或功率狀態(tài)量情況下量測變換技術的應用

在這類情況下一般均會應用量測變換。這類算法并不采用潮流計算的平衡方程式做量測函數(shù)，而是充分利用配電網(wǎng)的樹狀結構，負荷電流（或功率）與支路電流（或功率）之間的線性關系選取其中合適的作為狀態(tài)量，即可寫出線性常系數(shù)的量測函數(shù)，使得雅可比矩陣為常數(shù)陣且其元素為0、1和-1，而且狀態(tài)量實部虛部解耦，三相解耦，使得矩陣階數(shù)大為降低，其行數(shù)和列數(shù)均只有解耦前的1/6，從而大大提高了運算速度。因此，希望所有的量都轉化為對應的電流量測。但電流幅值量測與狀態(tài)量之間存在非線性關系，因而在實際處理時往往在先不考慮它的情況下進行計算，待得到相應的相角信息后，將幅值量測作為一般電流矢量參與迭代運算。電壓幅值量測無法處理，只能用于檢驗狀態(tài)估計結果?？梢姡谵D化了狀態(tài)量后運用量測變換技術雖然提高了運算速度，但卻有可能造成某些量測不能處理或對量測量有特殊要求。比如將功率量測轉化為電流量測時要求有功無功量測成對出現(xiàn)，不能滿足時需補充功率偽量測。

以支路電流為狀態(tài)量，需將各量測量經(jīng)量測變換轉為電流量測，量測矩陣為常數(shù)陣，電流實部虛部解耦，二相解耦，所以量測矩陣的行數(shù)和列數(shù)分別為上種算法的1/6，大大地提高了運算速度。因此在運算速度上有明顯優(yōu)勢。此外，它能有效地處理功率量測，但要求功率量測成對地出現(xiàn)，否則要補充偽量測。偽量測值一般來自于負荷預測值，它的引入主要是為了滿足系統(tǒng)的可觀性。從這個意義上講，若系統(tǒng)可觀，舍棄單個的有功或無功量測也是可以接受的，但這也意味著可用信息的浪費。在工程應用中往往以估計誤差的協(xié)方差陣來衡量狀態(tài)量的估計值與其真值間的差異。如果量測量的誤差很大，從而使相關估計量的估計誤差很大，造成估計不精確。偽量測值在精度上與實測值是不可同日而語的，其誤差遠遠大于實測值，所以偽量測的存在會影響狀態(tài)估計結果的精度。有效信息的不能利用會造成估計精度的降低。

5.結論

以電壓和電流（或功率）兩種不同的狀態(tài)量在量測變換算法中的比較，得出基于支路功率的配電狀態(tài)估計算法，雖然在處理量測量的能力差一些，但其運算效率高，能夠更好的滿足在線狀態(tài)估計的實時性要求。此外，通過對這類算法的某些改進，是可以提高其處理量測量的能力的。

參考文獻

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