交直流混合配电网抗差状态估计方法及终端设备

技术领域

本发明属于电网技术领域，尤其涉及一种交直流混合配电网抗差状态估计方法及终端设备。

背景技术

随着分布式发电和直流负荷的应用，以及电力电子技术的快速发展，交直流混合配电网正成为配电网发展的新趋势。配电网状态估计是配电网分析和控制的基础。

现有技术中，交直流混合配电网状态估计的估计精度仍然不够高，不能满足实际应用需求，有待进一步的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种交直流混合配电网抗差状态估计方法及终端设备，以解决现有技术中如何进一步提升交直流混合配电网状态估计的估计精度的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种交直流混合配电网抗差状态估计方法，包括：

获取交直流混合配电网的参数；

根据交直流混合配电网的参数，建立考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型；

对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

本发明实施例的第二方面提供了一种交直流混合配电网抗差状态估计装置，包括：

参数获取模块，用于获取交直流混合配电网的参数；

模型建立模块，用于根据交直流混合配电网的参数，建立考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型；

模型求解模块，用于对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的交直流混合配电网抗差状态估计方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的交直流混合配电网抗差状态估计方法的步骤。

本发明实施例提供了一种交直流混合配电网抗差状态估计方法，包括：获取交直流混合配电网的参数；根据交直流混合配电网的参数，建立考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型；对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。本发明实施例考虑PET量测带宽，建立一种考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型并求解，利用PET量测带宽有效提高了状态估计的精度及准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种交直流混合配电网抗差状态估计方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的AC-DC转换器的简化模型示意图；

图3是本发明实施例提供的一种交直流混合配电网的拓扑图；

图4是本发明实施例提供的直流网络电压估计误差对比图；

图5是本发明实施例提供的a相电压幅值估计误差对比图；

图6是本发明实施例提供的a相电压相角估计误差对比图；

图7是本发明实施例提供的一种交直流混合配电网抗差状态估计装置的示意图；

图8是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种交直流混合配电网抗差状态估计方法，包括：

S101：获取交直流混合配电网的参数；

S102：根据交直流混合配电网的参数，建立考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型；

S103：对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

本发明实施例中考虑PET量测带宽，建立考虑量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型，利用PET量测带宽有效提高了状态估计的精度及准确率。

一些实施例中，S103可以包括：

S1031：采用牛顿迭代法对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

一些实施例中，S1031可以包括：

S10311：将初始迭代次数k设置为1，采用牛顿法平值启动状态估计；

S10312：根据交直流混合配电网的参数，确定交流端口伪量测和直流端口伪量测；

S10313：根据交流端口伪量测及直流端口伪量测确定量测估计值，根据量测估计值确定量测残差矩阵，并根据量测残差矩阵确定雅可比矩阵；

S10314：根据当前迭代次数、预设的迭代次数阈值、量测的交直流性质、量测类型及PET控制方式确定量测带宽；

S10315：根据交直流混合配电网的参数确定量测权重，并将量测权重、量测带宽及雅可比矩阵输入考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型，得到核函数值及目标函数值；

S10316：根据核函数值及目标函数值确定状态变量修正量，并根据状态变量修正量对状态变量进行修正，得到新的状态变量；

S10317：确定状态变量修正量是否满足预设的收敛条件；

S10318：若状态变量修正量不满足预设的收敛条件，则k＝k+1，并跳转至根据交直流混合配电网的参数，确定交流端口伪量测和直流端口伪量测的步骤循环执行，直至状态变量修正量满足预设的收敛条件，并将当前状态变量作为状态估计结果输出。

一些实施例中，收敛条件可以为：

max{|Δx

其中，Δx

一些实施例中，收敛精度ε可以为0.0001。

一些实施例中，述状态变量修正量Δx

H

其中，H为雅克比矩阵，r为残差向量，F为目标函数值对角矩阵，f为核函数对角矩阵。

一些实施例中，考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型的计算公式可以为：

其中，x为状态变量，包括高压对称交流网络的正序电压幅值和相角、低压不对称交流网络的三相电压幅值和相角、直流网络的电压幅值；n

由于同一测点的三相仪表精度差别不大，本发明实施例对于同一测点的a、b、c三相量测所采用的带宽是相同的，可以大大降低带宽的计算量；α＝ε，以避免

一些实施例中，量测z

第i个测点的φ相量测权重

其中，α为常数，d

一些实施例中，S10314的具体方法为：

1)直流网络量测带宽的确定

直流网络中的量测包括电压幅值、有功和电流，而状态变量只有电压幅值，不存在相角状态变量，通过电压幅值即可计算出这些量测量的估计值。由于状态变量数远少于量测数，因此量测带宽的确定通过转化为状态变量带宽的计算时，可提高带宽的计算效率，所以在确定直流网络的量测带宽时，只需要确定电压幅值状态量的带宽。

状态变量的带宽由近似最优带宽、初始带宽和修正带宽三部分组成，下面分别给出直流网络下的带宽表达式。

a)近似最优带宽

因此本发明采用经验公式来计算近似最优带宽，即

其中，

b)初始带宽

在迭代的最初几步(本发明选择为3步)，状态变量V

其中，

c)修正带宽

把与状态变量V

若该残差序列长度为偶数，则上中位数。这是因为当与该状态变量强相关的量测存在较多的坏数据，则取下中位数时很可能会使得较多的量测被大幅降权而导致相关状态变量不可观测的问题。

基于上述状态变量V

在迭代后期(m>3)量测z

2)不对称交流网络量测带宽的确定

低压不对称交流网络的量测考虑包括三相电压幅值、有功和无功、及电流，状态变量包括三相电压幅值和相角，由于本发明对同一测点的a、b、c三相量测所采用的带宽是相同的，因此按量测带宽的确定转化为状态变量带宽的计算时，只需确定一相的电压幅值和相角状态量的带宽。将该相的电压幅值和相角状态量分别用V

电压幅值状态量的带宽仍然按式10进行计算，不同之处在于，交流网络中与V

相角状态量的带宽计算公式形式与式7～10类似，不同之处在于，交流网络中与θ

基于以上分析，量测

在迭代后期(m>3)量测

3)PET量测带宽的确定

PET交流端口的稳态计算模型可以采用图2所示的AC-DC转换器的简化模型，采用AC-DC转换器的简化模型后，其端口量测包括端口三相电压幅值

PET数学模型见式18，该式说明可以将PET简化为一个节点，注入此节点的有功功率之和与PET损耗相等，即

其中，

对于交流网络，通过式18利用主网注入功率直流网络的状态量可计算出

由于伪量测在迭代初期并非最终的量测估计值，所以不可避免存在一定的误差，在交替迭代时其权重不应取得过大；而在迭代后期，伪量测估计的误差已经变得比较小，在交替迭代时其权重应按正常量测取。考虑到状态估计的迭代次数一般为5次左右，不会太多，所以本发明对伪量测的标准差采用变标准差的方式来确定，初始值为5倍对应实际量测的标准差，每迭代一次，伪量测的标准差减小1倍，当变为1倍对应实际量测标准差时，即保持不变。

根据配电网运行需要，PET具有恒功率、恒电压和下垂控制等5种不同工作模式。对于恒功率和恒电压控制，相应的控制量可认为是一精度非常之高的量测，因此在整个状态估计迭代过程中，都应该保证该类量测全程参与计算，即不会被降权而误辨识为坏数据。所以该类量测的带宽在整个迭代过程均按迭代前期所用的带宽确定式10和式14来计算，而PET其他量测的带宽则按前两小节的带宽确定方法进行计算。各种工作模式下PET量测带宽的计算方式见表1。

表1不同工作模式下PET量测带宽的计算公式

下面结合具体实施例对上述交直流混合配电网抗差状态估计方法进行详细说明。

参考图3提供的含一台PET的交直流混合配电网验证本发明方法的有效性，该系统的直流母线电压等级为750V，交流侧为380V电压等级的三相不平衡配电网，基准功率取100kV·A，共有9个直流节点，13个交流节点，系统参数如表2～表6所示。其中表4～表5的数据以消耗功率为正，发出功率为负。量测除了图3中标注的量测外，还包括所有节点负荷的注入功率量测(其中节点①和节点1为零注入功率量测)。量测标准差按d

表2直流网络线路长度

注：单位长度电阻为0.0754Ω/km

表3交流网络线路长度

注：单位长度阻抗为0.24+j0.077Ω/km

表4直流网络负荷及分布式发电数据

表5交流网络负荷及分布式发电数据

表6分布式电源控制方式

假设PET采用恒定电压控制，所有量测精度等级均按3％取，设置节点6和节点④的注入有功为坏数据，量测标准差分别记为d6和d4，坏数据的误差为5倍量测标准差。对比传统加权最小二乘法(WLS)和本发明三相核密度估计(KD)方法对坏数据的辨识结果和配电网估计精度，如表3和图4～图6所示。表7中节点6的注入有功为三相总和，交流网络中的耗时是运行10次交直流网络状态估计总的平均计算时间。图4为直流网络电压幅值估计误差对比，图5和图6分别为交流网络a相状态量的估计误差对比。

表7状态估计算法性能对比

由于节点6和节点④的出线数明显较其他节点多，因此其注入功率具有杠杆量测的性质，相应设置的注入有功为坏杠杆量测，从表7可以看出，WLS对杠杆坏数据的辨识能力弱，使得电压和相角的估计精度受到坏数据的影响而较KD低，而本发明方法能有效辨识坏杠杆量测，有效抑制了坏杠杆量测的影响，而图4～图6的误差曲线也验证了这一结论。由于KD能够准确辨识坏数据，因此电压幅值估计精度比WLS提高约50％，而电压相角估计精度提升约35％。从计算时间看，本发明方法也因为其具有良好的抗差性能，避免了由于坏数据引起迭代时间的增加这一问题。

表8 PET量测精度提高时本发明算法的计算精度

将PET的端口节点电压幅值量测的精度等级改为2×10

进一步将支路1-2的传输有功量测误差增大1倍，此时注入PET端口的量测随之增加，以此分析注入PET端口的量测精度对状态估计精度的影响，计算结果见表9。可以看出，注入有功误差增加后，对直流网络的影响几乎可以忽略，而交流网络电压和相角的计算精度均有所下降，但由于存在一个高精度电压幅值量测，对幅值的计算精度影响较小。

表9 PET量测误差增加时本发明算法的计算精度

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参考图7，本发明实施例还提供了一种交直流混合配电网抗差状态估计装置可以包括：

参数获取模块21，用于获取交直流混合配电网的参数；

模型建立模块22，用于根据交直流混合配电网的参数，建立考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型；

模型求解模块23，用于对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

一些实施例中，模型求解模块23可以包括：

迭代求解单元231，用于采用牛顿迭代法对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

一些实施例中，迭代求解单元231可以包括：

初始化子单元2311，用于将初始迭代次数k设置为1，采用牛顿法平值启动状态估计；

第一计算子单元2312，用于根据交直流混合配电网的参数，确定交流端口伪量测和直流端口伪量测；

第二计算子单元2313，用于根据交流端口伪量测及直流端口伪量测确定量测估计值，根据量测估计值确定量测残差矩阵，并根据量测残差矩阵确定雅可比矩阵；

第三计算子单元2314，用于根据当前迭代次数、预设的迭代次数阈值、量测的交直流性质、量测类型及PET控制方式确定量测带宽；

第四计算子单元2315，用于根据交直流混合配电网的参数确定量测权重，并将量测权重、量测带宽及雅可比矩阵输入考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型，得到核函数值及目标函数值；

修正子单元2316，用于根据核函数值及目标函数值确定状态变量修正量，并根据状态变量修正量对状态变量进行修正，得到新的状态变量；

判断子单元2317，用于确定状态变量修正量是否满足预设的收敛条件；

结果输出子单元2318，用于若状态变量修正量不满足预设的收敛条件，则k＝k+1，并跳转至根据交直流混合配电网的参数，确定交流端口伪量测和直流端口伪量测的步骤循环执行，直至状态变量修正量满足预设的收敛条件，并将当前状态变量作为状态估计结果输出。

一些实施例中，收敛条件为：

max{|Δx

其中，Δx

一些实施例中，考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型的计算公式为：

其中，x为状态变量，包括高压对称交流网络的正序电压幅值和相角、低压不对称交流网络的三相电压幅值和相角、直流网络的电压幅值；n

一些实施例中，量测z

第i个测点的φ相量测权重

其中，α为常数，d

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将终端设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图8是本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。如图8所示，该实施例的终端设备4包括：一个或多个处理器40、存储器41以及存储在存储器41中并可在处理器40上运行的计算机程序42。处理器40执行计算机程序42时实现上述各个交直流混合配电网抗差状态估计方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S103。或者，处理器40执行计算机程序42时实现上述交直流混合配电网抗差状态估计装置实施例中各模块/单元的功能，例如图7所示模块21至23的功能。

示例性地，计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器41中，并由处理器40执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序42在终端设备4中的执行过程。例如，计算机程序42可以被分割成参数获取模块21、模型建立模块22及模型求解模块23。

参数获取模块21，用于获取交直流混合配电网的参数；

模型建立模块22，用于根据交直流混合配电网的参数，建立考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型；

模型求解模块23，用于对考虑PET量测带宽的自适应核密度抗差状态估计模型求解，得到交直流混合配电网的状态估计结果。

其它模块或者单元在此不再赘述。

终端设备4包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是终端设备的一个示例，并不构成对终端设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备4还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器41可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器41也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器41还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序42以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。