[发明专利]一种基于自动微分的电力系统谐波状态估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自动微分的电力系统谐波状态估计方法，属于电力系统监测、分析和控制技术领域。

背景技术

随着高压直流输电、柔性交流输电和客户电力技术的不断进入工程应用以及电弧炉、调速电动机等非线性负荷的大量增加，越来越多的谐波注入到电网中，使得电力系统谐波污染引起的电能质量问题越来越严重。为有效地治理谐波，必须首先确定电力系统谐波的分布与状态。但在感兴趣的所有节点上都安装电能质量监测装置是不可能的，为此，需根据有限节点上测量的各次谐波电压、电流和功率值，通过网络分析估算出未知节点的各次谐波电压、功率和各支路的谐波电流，以掌握整个系统的谐波状况，找出谐波源，为电力系统谐波分析和治理提供科学的依据，这就是电力系统谐波状态估计问题。

电力系统谐波状态估计技术是近年来逐步发展起来的一项有效的谐波监控与分析技术，采用谐波状态估计技术，可以在有限的谐波量测设备的前提下，实现整个电网系统级的谐波监控与分析功能。具体来说，它是利用安装在选定母线和线路上的谐波量测设备所提供的数据，根据一定的估计准则，推断整个电网的谐波电压与谐波电流状态，并分析找出系统中的谐波源。只有通过了解谐波源的位置、性质和谐波幅值大小，才能在系统中快速有效地装设电力滤波装置，或者利用系统自身的特点调整系统的运行方式，这样将显著地降低系统的谐波水平，减少谐波对电力设备和通信线路的干扰和危害，保证系统的经济安全运行。

加权最小二乘(WLS)谐波状态估计方法是电力系统谐波状态估计的最基本方法，该方法模型简单，收敛性能好，估计质量高，是目前应用最为广泛的方法之一。这种方法通过围绕着谐波状态估计值将谐波量测函数进行线性化而把WLS方法应用于非线性系统，该方法的不足就是手工推导微分公式和编写微分代码计算谐波雅克比矩阵的繁琐易错，效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电力系统谐波状态估计方法，在WLS谐波状态估计方法的基础上，通过采用自动微分(Automatic Diferentiation，AD)技术替代传统的手工推导微分公式和编写微分代码来计算谐波雅克比矩阵，从而能够大幅减少计算量和编写代码量，提高程序的开发效率，而且能避免截断误差。

具体而言，本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。

一种基于自动微分的电力系统谐波状态估计方法，包括以下步骤：

步骤1、获取电力系统的网络参数，包括：输电线路的支路号、首端节点和末端节点编号、串联电阻、串联电抗、并联电导、并联电纳、变压器变比和阻抗；

步骤2、初始化，包括：分配内存、声明活跃变量、优化节点次序；

步骤3、设置谐波次数n；

步骤4、计算n次谐波的电力系统网络参数，形成n次谐波的节点导纳矩阵；

步骤5、初始化n次谐波状态量x_(n)＝[e_(n)，f_(n)]^T，其修正量为Δx_(n)＝[Δe_(n)，Δf_(n)]^T；e_(n)、f_(n)分别为n次谐波状态量的实部和虚部；

步骤6、求解以下非线性n次谐波量测方程，得到n次谐波状态量估计值：

z_(n)＝h(x_(n))+v_(n)

式中，z_(n)为n次谐波的量测值矢量，包括：节点的注入谐波电流幅值量测值和有功功率量测值、支路的谐波电流幅值量测值和有功功率量测值、节点的谐波电压幅值量测值；h(x_(n))为谐波量测函数；x_(n)为系统n次谐波状态变量；v_(n)为n次谐波量测随机误差；求解过程具体包括以下步骤：

步骤6-1、将n次谐波雅克比矩阵中不变元素的位置和数值存到一个链表Link中；

步骤6-2、设置迭代计数器初始值：k＝1；