[发明专利]一种考虑支路功率伪量测的配电网状态估计方法

权利要求书

1.一种考虑支路功率伪量测的配电网状态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集配电台区的网架结构、线路长度、线路型号、台区出口电压幅值量测和用户历史负荷数据，并根据所采集的数据，利用前推回代法计算线路潮流，从而得到各支路历史有功功率与历史无功功率；

步骤1.1、根据所述配电台区的网架结构对线路节点进行编号，总节点数设为n，通过所述线路长度和线路型号计算各支路的电阻与电抗，由所述用户历史负荷数据确定各负荷节点的历史注入有功功率和历史注入无功功率，设负荷节点的数目为b，虚拟节点的数目为a，令初始时刻t＝1；

步骤1.2、在当前t时刻，给所述配电台区中所有节点的初始电压进行赋值，其中，第i节点的初始电压记为U_i,0^(t)，所述初始电压U_i,0^(t)的幅值为当前t时刻台区出口电压幅值，且相角为0；i∈[1,n]；

令迭代次数k＝1；令当前t时刻第k次迭代中各节点的电压{U_i,k^(t)|i∈[1,n]}为当前t时刻的初始电压{U_i,0^(t)|i∈[1,n]}；

步骤1.3、基于当前t时刻第k次迭代中各节点的电压{U_i,k^(t)|i∈[1,n]}和当前t时刻负荷节点的历史注入有功功率和历史注入无功功率，由所述配电台区的网架结构的末端逐步向始端进行计算，得到当前t时刻第k次迭代中各支路的有功功率和无功功率；

步骤1.4、基于所述当前t时刻第k次迭代中各支路的有功功率和无功功率，由所述配电台区的网架结构的始端逐段向末端进行计算，得到所述当前t时刻第k+1次迭代中各节点新的电压{U_i,k+1^(t)|i∈[1,n]}；

步骤1.5、判断第k次和第k+1次迭代过程中各节点电压幅值差是否满足收敛条件，若满足，则执行步骤1.6，否则，将k+1赋值给k后，转到步骤1.3；

步骤1.6、利用当前t时刻各节点新的电压{U_i,k+1^(t)|i∈[1,n]}和当前t时刻负荷节点的历史注入有功功率和历史注入无功功率计算当前t时刻各支路的有功功率和无功功率；

步骤1.7、判断t是否达到所设定的阈值，若达到，则执行步骤2，否则，将t+1赋值给t，转步骤1.2；

步骤2、选择人工神经网络模型和训练函数，将具有功率量测支路的有功功率值作为输入，建立未配置量测支路有功功率和负荷节点注入有功功率的伪量测模型，将具有功率量测支路的无功功率值作为输入，建立未配置量测支路无功功率和负荷节点注入无功功率的伪量测模型，并分别计算各伪量测历史时刻的平均绝对误差和平均相对误差；

步骤2.1、根据所述配电台区的实际配置情况，找出所述具有功率量测的支路，设所述具有功率量测的支路数目为m，选择BP神经网络作为伪量测模型，并利用Levenberg-Marquardt算法来训练所述伪量测模型的权值和阈值；

步骤2.2、将m条具有功率量测支路的历史有功功率值作为所述伪量测模型的输入，通过所述伪量测模型输出n-m-1条未配置量测支路的历史有功功率的伪量测值，并与n-m-1条未配置量测支路的历史有功功率值进行比较，以不断调整所述伪量测模型的权值，直至未配置量测支路的有功伪量测误差达到收敛标准为止，并输出最终的未配置量测支路有功伪量测误差；

根据所述最终的未配置量测支路有功伪量测误差，分别求出所述未配置量测支路历史时刻伪量测的有功平均绝对误差和有功平均相对误差，得到的未配置量测支路有功平均相对误差矩阵记为其中，表示第n-m-1条未配置量测支路有功平均相对误差；

步骤2.3、将m条具有功率量测支路的历史有功功率值作为所述伪量测模型的输入，通过所述伪量测模型输出b个负荷节点的历史注入有功功率的伪量测值，并与b个负荷节点的历史注入有功功率值进行比较，以不断调整所述伪量测模型的权值，直至负荷有功伪量测误差达到收敛标准为止，并输出最终的负荷有功伪量测误差；

根据所述最终的负荷有功伪量测误差，分别求出所述负荷节点历史时刻伪量测的有功平均绝对误差和有功平均相对误差，得到的负荷节点有功平均相对误差矩阵记为其中，表示第b个负荷节点有功平均相对误差；

步骤2.4、将m条具有功率量测支路的历史无功功率值作为所述伪量测模型的输入，通过所述伪量测模型输出n-m-1条未配置量测支路的历史无功功率的伪量测值，并与n-m-1条未配置量测支路的历史无功功率值进行比较，以不断调整所述伪量测模型的权值，直至未配置量测支路的无功伪量测误差达到收敛标准为止，并输出最终的未配置量测支路无功伪量测误差；

根据所述最终的未配置量测支路无功伪量测误差，分别求出所述未配置量测支路历史时刻伪量测的无功平均绝对误差和无功平均相对误差，得到的未配置量测支路无功平均相对误差矩阵记为其中，表示第n-m-1条未配置量测支路无功平均相对误差；

步骤2.5、将m条具有功率量测支路的历史无功功率值作为所述伪量测模型的输入，通过所述伪量测模型输出b个负荷节点的历史注入无功功率的伪量测值，并与b个负荷节点的历史注入无功功率值进行比较，以不断调整所述伪量测模型的权值，直至负荷无功伪量测误差达到收敛标准为止，并输出最终的负荷无功伪量测误差；

根据所述最终的负荷无功伪量测误差，分别求出所述负荷节点历史时刻伪量测的无功平均绝对误差和无功平均相对误差，得到的负荷节点无功平均相对误差矩阵记为其中，表示第b个负荷节点无功平均相对误差；

步骤3、依据各个平均相对误差确定输入状态估计的伪量测集合，依据各个平均绝对误差确定各伪量测权重；

步骤3.1、将未配置量测支路有功平均相对误差矩阵E_P、负荷节点有功平均相对误差矩阵Z_P、未配置量测支路无功平均相对误差矩阵E_Q和负荷节点无功平均相对误差矩阵Z_Q中的元素进行组合并按照数值大小进行升序排序，形成新的误差矩阵E，在所述误差矩阵E中，每个元素对应一个伪量测，定义变量并初始化j＝2×b；

步骤3.2、构建输入状态估计的伪量测集合F并初始化为空集；

将所述误差矩阵E中前j个元素对应的伪量测放于所述伪量测集合F中，将所述伪量测集合F中的伪量测、m条具有功率量测支路的有功功率量测和无功功率量测、台区出口侧电压幅值量测和全部虚拟节点量测作为所述配电台区的量测体系；

步骤3.3、对所述配电台区的量测体系进行基于数值法的可观性分析，判断在当前量测体系下的配电台区是否可观，若可观，则记录当前的伪量测集合F，并执行步骤3.4，否则，令j＝j+1，转步骤3.2；

步骤3.4、提取所述误差矩阵E中前j个元素对应伪量测的平均绝对误差，分别求j个平均绝对误差的平方的倒数并作为所述伪量测集合F中各伪量测对应的权重；

步骤4、根据实时量测值获得当前测量时刻的伪量测值，将所述实时量测值、所述伪量测值、所述虚拟节点的量测值和量测权重输入状态估计；

步骤4.1、计算所述m条具有量测配置支路的实时潮流真值，并叠加服从高斯分布的随机噪声，从而生成当前测量时刻的有功功率实时量测值和无功功率实时量测值，根据高斯分布的方差确定所述m条具有功率量测支路的有功功率和无功功率的权重，并设所述虚拟节点的量测权重为1；

步骤4.2、计算所述台区出口电压幅值量测的实时潮流真值，并叠加服从高斯分布的随机噪声，从而生成当前测量时刻的台区出口电压幅值实时量测值，根据高斯分布的方差确定所述台区出口电压幅值量测的权重；

步骤4.3、将当前测量时刻的有功功率实时量测值和无功功率实时量测值分别输入所述伪量测模型中，生成当前测量时刻所述n-m-1条未配置量测支路与所述负荷节点的有功功率伪量测和无功功率伪量测；

步骤4.4、从当前测量时刻所述n-m-1条未配置量测支路与所述负荷节点的有功功率伪量测和无功功率伪量测中提取所述伪量测集合F中各元素对应的伪量测值，构成当前测量时刻的输入状态估计的伪量测值集合F’；

步骤4.5、初始化状态估计，包括：以节点电压x为状态变量，并设定状态变量x的初始值、收敛精度和最大迭代次数，将所述虚拟节点的量测值、所述当前时刻的有功功率实时量测值和无功功率实时量测值、所述台区出口电压幅值实时量测值以及所述输入状态估计的伪量测值集合F’组成状态估计量测矩阵z；

步骤4.6、根据所述状态变量x，通过量测函数计算各实时量测值、虚拟节点的量测值和伪量测值的计算值矩阵h(x)和雅可比矩阵H(x)；

步骤4.7、由所述各实时量测值的权重、虚拟节点的量测权重和各伪量测对应的权重组成权重矩阵R，并利用式(1)计算状态修正量矩阵Δx：

Δx＝[H^T(x)RH(x)]^-1H^T(x)R[z-h(x)] (1)

步骤4.8、选出状态修正量矩阵Δx中的最大值Δx_max，并判断是否满足收敛条件，若满足，则结束计算，输出所述状态变量x，否则，将x+Δx赋值给x，转步骤4.5。