[发明专利]基于矩阵重构的电力系统电网谐波状态的估计方法

说明书

一种基于矩阵重构算法的电力系统网络谐波状态估计方法。本发明基于量测矩阵的稀疏性，提出了矩阵重构算法，将状态估计过程分区分块进行，简化了最小二乘的运算过程。本发明充分发挥了其广域低成本的特点，优化了运算过程，保证了估计精度，得到了全网络的谐波电压状态，为进一步完成配网谐波源检测与定位奠定了基础。

技术领域

本发明涉及电力系统，具体是一种基于矩阵重构的电力系统电网谐波状态的估计方法。

背景技术

近年来，随着我国经济社会的进步和城市化水平的发展，能源、电力的行业水平不断提高。电力发展在电源结构、电网发展、综合调节、节能减排等方面都有着新的目标。电力发展“十三五”规划指出，到2020年，我国进一步优化电源结构，使非化石能源发电装机比2015年增加2.5亿千瓦左右，占比约39％，提高4个百分点。为达成这一目标，需积极发展水电、风电，大力发展新能源，优化调整开发布局。但新能源的存在会产生新的问题，分布式电源通过电力电子装置接入配电网时，往往会引起电压波动和闪变，产生谐波畸变，引起一系列的问题[2]。除此之外，随着售电改革与电力经济转型，广泛分布的工业接入点的电能质量问题也日益受到关注。上述问题中，谐波是电能质量的重要评价指标，谐波的存在可能会增加设备损耗，加速设备老化，产生过电压与过电流，影响各类二次装置的正常运行，严重时可能会造成用电事故等。因此研究电力系统中的谐波分布情况显得尤为重要。在电力系统中，配电网络直接与分布式电源或用户相连，与工业生产以及日常生活关系紧密，因此对配电网络中的谐波状态进行估计以及对谐波污染情况进行分析将是研究的重点。

发明内容

为了克服上述传统电网谐波状态估计算法的短处，本发明提出一种基于矩阵重构的电力系统电网谐波状态的估计方法，该方法可以推广应用于最小二乘的各种拓展算法中。

在描述本发明技术解决方案之前，对矩阵重构算法介绍如下：

矩阵重构算法是解决电力系统状态估计问题的基本解法，其运算简单，适用性高，其基本算法及其拓展被广泛运用于电力系统状态估计的各个层面。

假设被估计量为θ，信号模型可以表示为s_k(k＝1,2,3,…),受扰动的信号可表示为x_k＝s_k(θ)，进行N次观测，估计量设为矩阵重构算法的目的是最大限度地消除因为观测误差或者信号模型造成的不准确，方法是使误差的平方和最小，即下式取最小值。

在谐波状态估计中，选取谐波电压定义为状态量假设系统有n个节点，那么为n维被估计矢量。

量测信息中的各次电压、电流相量及其构成的变换形式定义为量测量假设进行了k次量测，为k维矢量，那么此时谐波状态估计的数学模型为：

式中，H为网络拓扑和线路参数决定的量测矩阵，为已知量，其由网络节点数、支路数以及连接情况和发电机、变压器、支路以及母线与负荷参数构成，阶数为k×n；ε为量测误差相量,维数为k。算式中的谐波次数已省略。基于本文同步量测系统的谐波状态估计中没有涉及谐波功率，因此量测方程始终是线性的。根据矩阵重构原理可构造下列目标函数：

J(X)＝(Z-HX)^T(Z-HX) (3)

当上式取得最小值时，满足：

得到的状态估计值为:

配网同步量测终端获取到的是实时的线路电流与电压波形，通过一定的数学处理，能够提取到如下的两个量测变量：