本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域，尤其涉及一種基于AMI量測(cè)特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

狀態(tài)估計(jì)是能量管理系統(tǒng)的核心功能。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，狀態(tài)估計(jì)可分為在線和離線兩種模式。配電網(wǎng)在線狀態(tài)估計(jì)的時(shí)間間隔取決于電力公司，一般為10到60分鐘，主要用于配電網(wǎng)調(diào)度和能量管理，支持實(shí)時(shí)決策和應(yīng)用。其特點(diǎn)是使用盡量準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)當(dāng)前的情景；離線狀態(tài)估計(jì)是根據(jù)所有得到的量測(cè)，分析電網(wǎng)過去某一個(gè)時(shí)間段的情景，主要用于電網(wǎng)分析，竊電分析等。

在配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)領(lǐng)域，已有大量學(xué)者開展了廣泛的研究。依據(jù)狀態(tài)估計(jì)模型的不同，大致可分為以節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流、支路功率為狀態(tài)變量的狀態(tài)估計(jì)算法等。

由于用戶側(cè)的低壓配電網(wǎng)缺少量測(cè)數(shù)據(jù)，在配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)中，通常僅對(duì)中壓配電網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。2009年以來，國家電網(wǎng)公司以“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”為建設(shè)目標(biāo)，推動(dòng)智能電能表應(yīng)用和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)。截至2013年10月底，已累計(jì)安裝應(yīng)用智能電能表1.73億只，用電信息采集系統(tǒng)覆蓋1.73億戶。智能電表的推廣，為低壓配電網(wǎng)提供大量冗余量測(cè)。這些信息豐富了配電網(wǎng)的量測(cè)類型，能夠有效解決長(zhǎng)期以來因量測(cè)裝置配置不足、通信通道不完善而造成的大量饋線及其分支不可觀測(cè)的問題。將AMI所采集的數(shù)據(jù)合理的應(yīng)用到配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)中能夠更準(zhǔn)確、全面地估計(jì)出多種量測(cè)和狀態(tài)信息，從而為更高級(jí)別的應(yīng)用提供完整的、可靠的、高精度的分析數(shù)據(jù)。

然而，與SCADA量測(cè)相比，AMI數(shù)據(jù)有其獨(dú)特的量測(cè)特性：

1)配電SCADA量測(cè)的量測(cè)間隔一般在20s之內(nèi)，最多幾分鐘；AMI量測(cè)的間隔可以預(yù)先設(shè)定，一般為15min，30min或一個(gè)小時(shí)。

2)智能電表有兩種讀取方式。國外多采用凍結(jié)方式，即預(yù)先設(shè)定凍結(jié)時(shí)刻，再讀回。各表數(shù)據(jù)均有時(shí)標(biāo)，但是讀回時(shí)間不確定。同一時(shí)刻的各表的讀入數(shù)據(jù)時(shí)間延遲在20s之內(nèi)，甚至更低。在我國，只凍結(jié)每天零點(diǎn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，其余時(shí)間均采取招讀方式，即通過計(jì)量中心發(fā)送指令對(duì)電表輪番讀取，讀完一只表，再讀取另一只。一個(gè)臺(tái)區(qū)下的電表讀取一遍的時(shí)間根據(jù)用戶的數(shù)量可達(dá)到10min-15min。

3)SCADA量測(cè)的準(zhǔn)確度等級(jí)一般為2左右；用于AMI量測(cè)的智能電表等級(jí)一般為0.5級(jí)甚至更高。

在實(shí)際中，AMI的量測(cè)存在數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不一致或時(shí)間延遲、與SCADA數(shù)據(jù)的量測(cè)周期不一致等問題。這些問題是限制AMI數(shù)據(jù)應(yīng)用于配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的關(guān)鍵問題。

本發(fā)明考慮國內(nèi)狀態(tài)估計(jì)的應(yīng)用實(shí)際和AMI的讀取方式，重點(diǎn)分析采用招讀AMI數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)估計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目前，已有學(xué)者圍繞AMI量測(cè)數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用展開了研究。但是已有研究未能全面考慮AMI的量測(cè)特性。本發(fā)明從配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的需求和AMI量測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際特性出發(fā)，針對(duì)應(yīng)用招讀AMI數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)估計(jì)應(yīng)用場(chǎng)景，提出了狀態(tài)估計(jì)中AMI量測(cè)數(shù)據(jù)延遲和與SCADA數(shù)據(jù)量測(cè)周期不一致等問題的解決方法，實(shí)現(xiàn)了綜合利用SCADA和AMI量測(cè)數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)。結(jié)合國內(nèi)AMI量測(cè)讀取現(xiàn)狀，分析AMI延遲數(shù)據(jù)處理前后配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的誤差情況；分析狀態(tài)估計(jì)周期的調(diào)整對(duì)結(jié)果誤差的影響；分析量測(cè)噪聲對(duì)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的影響。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種基于AMI量測(cè)特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一、配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)場(chǎng)景為應(yīng)用招讀AMI數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)估計(jì)，根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)模型、參數(shù)，利用典型日負(fù)荷曲線及潮流真值模擬系統(tǒng)中的SCADA量測(cè)和AMI量測(cè)，其中，SCADA量測(cè)的最大噪聲為2％，AMI量測(cè)的最大噪聲為0.5％，設(shè)定SCADA量測(cè)的時(shí)間間隔為1min，AMI量測(cè)的時(shí)間間隔為15min；

步驟二、對(duì)AMI量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲處理；

在應(yīng)用招讀AMI數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)估計(jì)場(chǎng)景下，系統(tǒng)已采集到各時(shí)間點(diǎn)前后的電能量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于有功功率，將智能電表的電能值計(jì)算得到的平均有功功率代替瞬時(shí)有功功率，

式(1)中，對(duì)每個(gè)智能電表，t₀、t₁為其相鄰量測(cè)讀取時(shí)刻；P為t₀至t₁每個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)有功功率；W為t₀、t₁兩個(gè)時(shí)刻電表電能量測(cè)的差值；為t₀至t₁的平均有功功率；

對(duì)平均有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，忽略網(wǎng)損不計(jì)，把低壓側(cè)同一臺(tái)區(qū)各用戶的AMI平均有功功率自下而上地疊加起來，得到臺(tái)變的疊加平均有功功率；同時(shí)，臺(tái)變處還安裝有實(shí)時(shí)的SCADA量測(cè)，對(duì)于同一時(shí)刻的同一點(diǎn)，得到一個(gè)實(shí)時(shí)SCADA量測(cè)P_S和一個(gè)疊加有功功率P_A；用實(shí)時(shí)量測(cè)P_S修正疊加有功功率P_A，即對(duì)臺(tái)變的疊加有功功率乘以一個(gè)修正系數(shù)相應(yīng)的，分配到每個(gè)用戶的平均有功功率也乘以該修正系數(shù)；

用戶的功率因數(shù)取值為0.95-0.98，且在t₀至t₁時(shí)間段內(nèi)用戶的功率因數(shù)不變，根據(jù)用戶平均有功功率和功率因數(shù)計(jì)算用戶的平均無功功率

步驟三、確定SCADA量測(cè)和AMI量測(cè)數(shù)據(jù)配合的情況下配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的周期，即用每個(gè)時(shí)刻的SCADA量測(cè)預(yù)測(cè)同時(shí)刻的AMI量測(cè)值；

SCADA量測(cè)的周期為T_s，AMI量測(cè)的周期為T_A，T_A大于T_s；

(1)在T₀時(shí)刻，獲得用戶的AMI電能量測(cè)數(shù)據(jù)，通過步驟二的方法計(jì)算得到各用戶的平均有功功率和平均無功功率

(2)在T₀至T₀+T_A時(shí)間段內(nèi)，對(duì)于第n個(gè)SCADA量測(cè)時(shí)刻T₀+nT_s，獲得SCADA有功量測(cè)值，根據(jù)T₀時(shí)刻不同用戶間平均有功功率占該時(shí)刻SCADA有功量測(cè)P_S的百分比，將T₀+nT_s時(shí)刻SCADA有功量測(cè)值分配給各用戶，求得T₀+nT_s時(shí)刻的各用戶的AMI有功功率預(yù)測(cè)值；再通過用戶的功率因數(shù)，計(jì)算得到T₀+nT_s時(shí)刻的各用戶的AMI無功功率預(yù)測(cè)值；

步驟四、對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以步驟二和步驟三處理后的SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)和AMI量測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入，對(duì)配電網(wǎng)近狀態(tài)估計(jì)，確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

在實(shí)際中，AMI的量測(cè)存在數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不一致或時(shí)間延遲、與SCADA數(shù)據(jù)的量測(cè)周期不一致等問題。這些問題是限制AMI數(shù)據(jù)應(yīng)用于配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的關(guān)鍵問題。與其他學(xué)者圍繞AMI數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)領(lǐng)域的研究相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：全面考慮AMI的量測(cè)特性，主要包括AMI量測(cè)延遲和與SCADA量測(cè)的配合問題，提出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和確定狀態(tài)估計(jì)周期的方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖；

圖2是本發(fā)明提供的AMI數(shù)據(jù)延遲處理前后時(shí)刻1的狀態(tài)估計(jì)電壓幅值相對(duì)誤差；

圖3是本發(fā)明提供的AMI數(shù)據(jù)延遲處理前后時(shí)刻1的狀態(tài)估計(jì)電壓相角絕對(duì)誤差；

圖4是本發(fā)明提供的n1點(diǎn)電壓估計(jì)值與m7點(diǎn)SCADA實(shí)際電壓量測(cè)值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。

本發(fā)明一種基于AMI量測(cè)特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一、配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)場(chǎng)景為應(yīng)用招讀AMI數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)估計(jì)，根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)模型、參數(shù)，根據(jù)不同量測(cè)的特性，利用典型日負(fù)荷曲線及潮流真值模擬系統(tǒng)中的SCADA量測(cè)和AMI量測(cè)，其中，SCADA量測(cè)的最大噪聲為2％，AMI量測(cè)的最大噪聲為0.5％，設(shè)定SCADA量測(cè)的時(shí)間間隔為1min，AMI量測(cè)的時(shí)間間隔為15min。

步驟二、對(duì)AMI量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲處理；在應(yīng)用招讀AMI數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)估計(jì)場(chǎng)景下，系統(tǒng)已采集到各時(shí)間點(diǎn)前后的電能量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于有功功率，將智能電表的電能值計(jì)算得到的平均有功功率代替瞬時(shí)有功功率，

式(1)中，對(duì)每個(gè)智能電表，t₀、t₁為其相鄰量測(cè)讀取時(shí)刻；P為t₀至t₁每個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)有功功率；W為t₀、t₁兩個(gè)時(shí)刻電表電能量測(cè)的差值；為t₀至t₁的平均有功功率。

對(duì)平均有功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，忽略網(wǎng)損不計(jì)，把低壓側(cè)同一臺(tái)區(qū)各用戶的AMI平均有功功率自下而上地疊加起來，得到臺(tái)變的疊加平均有功功率；同時(shí)，臺(tái)變處還安裝有實(shí)時(shí)的SCADA量測(cè)，對(duì)于同一時(shí)刻的同一點(diǎn)，得到一個(gè)實(shí)時(shí)SCADA量測(cè)P_S和一個(gè)疊加有功功率P_A；用實(shí)時(shí)量測(cè)P_S修正疊加有功功率P_A，即對(duì)臺(tái)變的疊加有功功率乘以一個(gè)修正系數(shù)相應(yīng)的，分配到每個(gè)用戶的平均有功功率也乘以該修正系數(shù)。

根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用戶的功率因數(shù)取值為0.95-0.98，認(rèn)為在t₀至t₁時(shí)間段內(nèi)用戶的功率因數(shù)不變，本發(fā)明用求得的用戶平均有功功率和功率因數(shù)計(jì)算用戶的平均無功功率

步驟三、確定SCADA量測(cè)和AMI量測(cè)數(shù)據(jù)配合的情況下配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的周期，即用每個(gè)時(shí)刻的SCADA量測(cè)預(yù)測(cè)同時(shí)刻的AMI量測(cè)值；SCADA量測(cè)的周期為T_s，AMI量測(cè)的周期為T_A，實(shí)際中T_A大于T_s。

(1)在T₀時(shí)刻，獲得用戶的AMI電能量測(cè)數(shù)據(jù)，通過步驟二的方法計(jì)算得到各用戶的平均有功功率和平均無功功率

(2)在T₀至T₀+T_A時(shí)間段內(nèi)，對(duì)于第n個(gè)SCADA量測(cè)時(shí)刻T₀+nT_s，獲得SCADA有功量測(cè)值，根據(jù)T₀時(shí)刻不同用戶間平均有功功率占該時(shí)刻SCADA有功量測(cè)P_S的百分比，將T₀+nT_s時(shí)刻SCADA有功量測(cè)值分配給各用戶，求得T₀+nT_s時(shí)刻的各用戶的AMI有功功率預(yù)測(cè)值；再通過用戶的功率因數(shù)，計(jì)算得到T₀+nT_s時(shí)刻的各用戶的AMI無功功率預(yù)測(cè)值；

步驟四、對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括：以步驟二和步驟三處理后的SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)和AMI量測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入，對(duì)配電網(wǎng)近狀態(tài)估計(jì)，確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

研究材料：

以IEEE13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為分析算例，如圖1所示。m2至m7為中壓配電網(wǎng)，各節(jié)點(diǎn)設(shè)置SCADA量測(cè)，n1至n6為用戶側(cè)，各節(jié)點(diǎn)設(shè)置AMI量測(cè)。

算例包含1～15min共15個(gè)時(shí)刻的各點(diǎn)準(zhǔn)確量測(cè)數(shù)據(jù)和潮流真值。對(duì)各量測(cè)添加服從高斯分布的隨機(jī)噪聲以模擬量測(cè)的誤差，其中SCADA量測(cè)的最大噪聲為2％，AMI量測(cè)的最大噪聲為0.5％。設(shè)定SCADA量測(cè)的時(shí)間間隔為1min，AMI量測(cè)的時(shí)間間隔為15min。為模擬時(shí)間延遲的影響，在時(shí)刻1下令招讀得到的不同節(jié)點(diǎn)的AMI數(shù)據(jù)均在不同的時(shí)標(biāo)下。各節(jié)點(diǎn)AMI數(shù)據(jù)的到達(dá)時(shí)刻均相差1分鐘。

用步驟二中的方法對(duì)時(shí)刻1的AMI延遲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再對(duì)中低壓混合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。圖2、圖3顯示了延遲處理前后狀態(tài)估計(jì)與潮流真值的誤差情況。結(jié)果表明，由于AMI量測(cè)存延遲，直接使用延遲數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)會(huì)使?fàn)顟B(tài)估計(jì)的誤差大大增加；用本發(fā)明所提出的延遲處理方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，狀態(tài)估計(jì)的誤差降低到可以接受的范圍內(nèi)。

用步驟三中的方法確定狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算周期，即用15個(gè)時(shí)刻的SCADA量測(cè)估算出15個(gè)時(shí)刻的AMI量測(cè)。以n1節(jié)點(diǎn)為例，不同時(shí)刻下，其電壓估計(jì)值與m7點(diǎn)的SCADA實(shí)際電壓量測(cè)的對(duì)比如圖4所示。其中，虛線部分為15min后的電壓變化示意曲線。在15個(gè)時(shí)刻內(nèi)分別對(duì)算例進(jìn)行配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)，不同時(shí)刻下節(jié)點(diǎn)的電壓幅值與潮流真值的相對(duì)誤差百分?jǐn)?shù)，以及電壓相角與潮流真值的絕對(duì)誤差情況如表1、表2所示。

表1 不同時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)估計(jì)電壓幅值相對(duì)誤差百分?jǐn)?shù)

表2 不同時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)估計(jì)電壓相角絕對(duì)誤差百分?jǐn)?shù)

從表1、表2中可以看出，采用上述方法估計(jì)AMI量測(cè)值，進(jìn)而進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，可以得到多個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)結(jié)果，可以更為細(xì)致地描述系統(tǒng)狀態(tài)的變化情況。由于n1～n6節(jié)點(diǎn)采用AMI量測(cè)，其功率值均為估計(jì)值，所以誤差比m2～m7節(jié)點(diǎn)大，但是仍在可以接受的范圍內(nèi)。需要說明的是，本發(fā)明敘述了一種簡(jiǎn)便借助AMI數(shù)據(jù)進(jìn)行偽量測(cè)建模的方法，若提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度，本發(fā)明方法的計(jì)算結(jié)果將更加精確，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)將得到更充分準(zhǔn)確的描述。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，隨機(jī)模擬100組符合上述量測(cè)精度的數(shù)據(jù)。每組數(shù)據(jù)包括算例中13個(gè)節(jié)點(diǎn)在15分鐘內(nèi)的各類型量測(cè)，且不同節(jié)點(diǎn)的量測(cè)噪聲不同。由于數(shù)據(jù)較多，本發(fā)明以電壓幅值相對(duì)誤差較大的n1節(jié)點(diǎn)為例，描述噪聲狀況對(duì)狀態(tài)估計(jì)精度的影響。表3反映了在100種量測(cè)噪聲場(chǎng)景下的n1節(jié)點(diǎn)電壓幅值相對(duì)誤差的百分?jǐn)?shù)的變化情況。從整體來看，噪聲變化帶來的電壓幅值相對(duì)誤差的波動(dòng)范圍在0.10％到0.20％之間。

表3 100組量測(cè)噪聲組合下的n1點(diǎn)電壓幅值相對(duì)誤差

由表3可知，時(shí)刻3到時(shí)刻6的電壓幅值誤差普遍較小。在這段時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷變化緩慢，用步驟三種的AMI量測(cè)預(yù)測(cè)方法帶來的誤差較小，對(duì)狀態(tài)估計(jì)的精度影響也較小。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。