基于多量測斷面的參數(shù)辨識與估計方法研究

基于多量測斷面的參數(shù)辨識與估計方法研究

0拉格朗日乘子法網(wǎng)絡參數(shù)錯誤辨識如何保持網(wǎng)絡參數(shù)的準確性是電氣系統(tǒng)建模中應考慮的重要問題。JunZhu和AliAbur等人于2006年提出的拉格朗日乘子法網(wǎng)絡參數(shù)錯誤辨識方法是一類理論上較有效的電網(wǎng)支路參數(shù)辨識方法1不良使用網(wǎng)絡參數(shù)估計方法拉格朗日乘子法參數(shù)辨識的狀態(tài)估計模型可寫為式中:x為n維狀態(tài)變量;r=z-h(x,p則式(1)的拉格朗日函數(shù)為式中:μ、λ分別是零注入等式約束和參數(shù)錯誤對應的拉格朗日乘子的向量。用牛頓法求解式(2),可得到網(wǎng)絡參數(shù)對應的拉格朗日乘子uf06c。在計算出網(wǎng)絡參數(shù)對應的拉格朗日乘子之后,還需要對這些乘子進行正則化計算。參數(shù)i的正則化乘子λ式中:uf06c文獻[12-13]為了避免量測錯誤和參數(shù)錯誤之間的相互影響,采用反復進行狀態(tài)估計、參數(shù)辨識、參數(shù)估計的方法來同時排除不良遙測和不良網(wǎng)絡參數(shù)。拉格朗日乘子網(wǎng)絡參數(shù)辨識方法在理論上能夠取得較好的辨識效果,其問題在于:1)這類方法用拉格朗日乘子法來處理零注入約束,這種方法存在系數(shù)矩陣不正定以及計算速度下降等問題,且與現(xiàn)有狀態(tài)估計程序兼容性較差。2)拉格朗日乘子協(xié)方差矩陣Λ的計算涉及到高維滿陣的求解和乘法計算,對于大規(guī)模實際系統(tǒng),其計算量非常大。3)該方法需要通過反復的狀態(tài)估計和參數(shù)估計來同時辨識錯誤遙測與錯誤網(wǎng)絡參數(shù),對于實際的大規(guī)模系統(tǒng),其計算量過大。針對傳統(tǒng)拉格乘子法電網(wǎng)支路參數(shù)錯誤辨識的以上不足,進行了系統(tǒng)研究,并給出了實用化的改進方案:1)在零注入約束方面,提出了使用通常的大權重法處理零注入約束時的參數(shù)辨識實現(xiàn)模式。2)針對乘子協(xié)方差矩陣對角元計算量較大的問題,提出了基于稀疏逆矩陣的高效計算方法。3)提出了無需反復進行狀態(tài)估計和參數(shù)辨識計算、直接基于狀態(tài)估計結果進行參數(shù)辨識的方法。這種方法極大地提升了拉格朗日乘子法參數(shù)辨識的計算效率和實用性。本文的主要內容之一即是該項研究成果在廣州電網(wǎng)的實際應用情況分析。2基于網(wǎng)損率殘差的參數(shù)辨識方法第1節(jié)的研究為拉格朗日乘子法的實際應用創(chuàng)造了條件,但實際上,包括拉格朗日乘子法在內的所有基于狀態(tài)估計結果的參數(shù)辨識方法均很難辨識輻射狀支路和橋路上的不良參數(shù)。在廣州電網(wǎng)的實際應用中,我們采用了基于網(wǎng)損率殘差的參數(shù)辨識方法來辨識輻射狀支路和橋路上的不良參數(shù)。其步驟如下。1)根據(jù)電力系統(tǒng)量測值,計算每一條線路的網(wǎng)損量測值和容量的量測值。式中:上標meas表示量測值;下標k為第k號線路,其兩端節(jié)點分別為i,j;P2)根據(jù)電力系統(tǒng)量測系統(tǒng)量測值和當前網(wǎng)絡模型和參數(shù),進行狀態(tài)估計計算,得到電力系統(tǒng)狀態(tài)估計結果。3)根據(jù)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計結果,得到每條線路容量和無功網(wǎng)損的估計值。式中:上標se表示狀態(tài)估計值;P4)計算每條線路容量和無功網(wǎng)損的殘差。式中:上標rad表示殘差;P3多段測量的應用3.1拉格朗日乘子法傳統(tǒng)的拉格朗日乘子法電網(wǎng)支路參數(shù)辨識僅利用單個量測斷面。實際上,在單個量測斷面中,與某支路參數(shù)強相關的量測數(shù)十分有限,即存在樣本數(shù)不足的問題,無法很好地體現(xiàn)出隨機變量的統(tǒng)計規(guī)律,尤其是當量測殘差較大,或是存在不良遙測時,就更難以對錯誤的電網(wǎng)支路參數(shù)進行辨識。因此,為了解決樣本數(shù)不足的問題,需要使用多個量測斷面進行參數(shù)辨識。多斷面的拉格朗日乘子法優(yōu)化模型可表示為式中:T為量測斷面數(shù)量;w優(yōu)化模型式(7)的拉格朗日函數(shù)為一階最優(yōu)條件為式中:x由式(9)可知,多斷面電網(wǎng)支路參數(shù)辨識的拉格朗日乘子是各個量測斷面中拉格朗日乘子的總加。計算起來非常方便?；诙嗔繙y斷面的電網(wǎng)支路參數(shù)辨識具體步驟如下:1)初始化支路參數(shù)的多量測斷面正則化拉格朗日乘子,用正則化拉格朗日乘子向量作為該支路各參數(shù)的可疑程度指標,初始化量測斷面序號i=1。2)從電力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫服務器中讀入第i個量測斷面的相關數(shù)據(jù)。3)建立電力系統(tǒng)最小二乘狀態(tài)估計模型并進行求解,得到第i個量測斷面的狀態(tài)變量估計值。4)計算第i個量測斷面的正則化拉格朗日乘子向量。5)將第i個量測斷面的正則化拉格朗日乘子累加到多斷面的正則化拉格朗日乘子。6)若斷面數(shù)量已足夠多,則進行步驟7);若斷面數(shù)量仍不足,則令i=i+1,返回步驟2)。7)多斷面正則化拉格朗日乘子數(shù)值較大對應的支路參數(shù)將被確定為可疑支路參數(shù)。對于基于網(wǎng)損率殘差的參數(shù)辨識方法,難以推導出如上嚴格的關系式,但我們可以近似地將多個斷面網(wǎng)損率殘差的平均值作為多斷面的支路可疑程度指標。3.2多斷面參數(shù)估計與電網(wǎng)支路參數(shù)辨識問題類似,由于單量測斷面中存在量測冗余度不足的問題,需要采用多個量測斷面進行參數(shù)估計?；诙鄶嗝娴碾娋W(wǎng)支路參數(shù)估計公式并不具有電網(wǎng)支路參數(shù)辨識那樣簡單的形式,本項目近似地取多個斷面的參數(shù)估計平均值來作為多斷面的電網(wǎng)支路參數(shù)估計值。具體步驟如下:1)初始化量測斷面序號i=1。2)從電力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫服務器中讀入第i個量測斷面。3)通過增廣狀態(tài)估計法求解待估計參數(shù)在第i個量測斷面的估計值向量p4)若斷面數(shù)量已足夠多,則進行步驟5);若斷面數(shù)量仍不足,則令i=i+1,返回步驟2)。5)多斷面電網(wǎng)支路參數(shù)的估計值向量為4原估計結果的修正廣州電網(wǎng)是國內典型的特大型城市電網(wǎng),220~500kV電壓等級目前處于環(huán)網(wǎng)運行,110kV電網(wǎng)目前處于多T接輻射型、兩端上級電源供電方式,合環(huán)轉電操作較多,而電網(wǎng)支路參數(shù)對潮流合環(huán)計算影響非常大?；谝陨涎芯颗c廣州電網(wǎng)實際需求,本文開發(fā)了智能調度電網(wǎng)參數(shù)在線辨識系統(tǒng),并在廣州電網(wǎng)得到了實際應用。廣州電網(wǎng)采用準實時平臺中的基于IEC61970的數(shù)據(jù)交換接口將圖形與模型傳遞到安全III區(qū)的參數(shù)辨識服務器上,以讓更多用戶可以使用本文的成果。參數(shù)辨識結果如表1所示,表1中本文先辨識出電網(wǎng)支路中出最有可能錯誤的參數(shù)并進行排序顯示,然后再進行估計。北涌北石甲、乙線參數(shù)修正前后估計值(量測值)對照情況見表2。由表2可知,在原狀態(tài)估計中將北涌乙線兩端無功量測處理為壞數(shù)據(jù)。實際上由以上量測值可以看出,這2個無功量測并不是壞數(shù)據(jù)(首末端一致,母線出線功率一致等)。原估計結果存在不合理的地方。北石、北涌2條線參數(shù)可疑的原因為:首末端量測值是一致的,說明這些量測基本上是合理的,即量測反應的是真實狀態(tài),即狀態(tài)估計利用現(xiàn)有模型參數(shù)不準確導致估計值存在偏差。本文針對這種情況對其進行參數(shù)估計并修正檢查效果。由表2可知,參數(shù)修正后,量測殘差普遍縮小,狀態(tài)估計結果與量測值吻合地更好,因而參數(shù)辨識與估計結果是合理的,可作為實際參數(shù)修正的參考。林田線參數(shù)修正前后估計值對比情況見表3,其中,電流估計值的準確度有了明顯提高。本文還進行了合環(huán)潮流測試對參數(shù)辨識結果進行進一步驗證。瑞江大寶昌線合環(huán)潮流測試(量測值)對照情況見表4。瑞寶站和昌崗站之間110kV線路的合環(huán)試驗使用初始參數(shù)計算所得合環(huán)處電流僅為500A(有功功率為96MW),線路瑞江大寶昌線(RJDBC)合環(huán)后實測值遠大于預測值,將近630A,線路瑞江大寶昌線的載流量為640A,造成電流超過預想,對系統(tǒng)安全造成威脅。信息的不可靠將會造成電力系統(tǒng)安全故障2012年2月24日,廣州電網(wǎng)按計劃有一次合環(huán)操作,合環(huán)處為220kV昌崗站與220kV瑞寶站之間的110kV聯(lián)絡線瑞江大寶昌線,合環(huán)對象為220kV昌崗站中的110kV瑞江大寶昌線線路開關,如圖1所示。500kV廣南站中,220kV母線分列運行,環(huán)網(wǎng)通過500kV廣南站中500kV母線匯聚。由此可知,該環(huán)為一個地域與電壓等級跨度極大的復合電磁環(huán)網(wǎng),220kV番禺、亞村、烏洲站構成了另外一個相關的復合電磁環(huán)網(wǎng)。根據(jù)參數(shù)辨識軟件所得辨識結果,500kV廣南站至220kV瑞寶站的220kV廣瑞甲乙線電阻(0.8252W)存在參數(shù)問題,將其修改至估計值0.5939W;500kV廣南站至220kV迎賓站的220kV廣迎甲線電阻(0.0833W)存在參數(shù)問題,將其修改至估計值0.0161W;500kV廣南站至220kV番禺站的220kV廣番乙線電阻(0.2298W)存在參數(shù)問題,將其修改至估計值0.04687uf057。采用同樣的模型斷面,參數(shù)糾正前后的合環(huán)潮流相差100A。參數(shù)糾正前為500A,參數(shù)糾正后為600A,而當時實際合環(huán)潮流為603A。與參數(shù)糾正后潮流計算結果吻合,此案例證明參數(shù)辨識軟件辨識結果符合電網(wǎng)實際情況。瑞江大寶昌線的線路最大載流量為640A,參數(shù)辨識軟件辨識并糾正電網(wǎng)參數(shù)后,減少了電網(wǎng)風險。5在線辨識系統(tǒng)運行情況本文開發(fā)了智能調度電網(wǎng)參數(shù)在線辨識系統(tǒng),該系統(tǒng)的參數(shù)辨識部分在原有的拉格朗日乘子法基礎上作出了重大改進,使其計算性能能夠滿足在線應用的需求。智能調度電網(wǎng)參數(shù)在線辨識系統(tǒng)該利用多量測斷面進行計算,降低了隨機量測誤差對估計結果的影響,提升了估計精度。本文開發(fā)的智能調度電網(wǎng)參數(shù)在線辨識系統(tǒng)在廣州電網(wǎng)投