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基于状态估计的配电网实时态势感知与评估

更新时间:2016-07-05

智能配电网态势感知是配电系统可靠、经济和安全运行的重要基础,而实现配电网运行状态的实时监控、分析与评估是智能配电网的重要技术环节,能够为智能配电网的发展提供重要技术支撑[1]。为实现配电网实时运行状态的感知,需要实时量测作为数据支持,而现有的数据采集与监视控制系统SCADA(supervisory control and data acquisition)上传的数据存在精度低、含有坏数据、无法保证数据完整性等诸多问题[2]。同时,相较于长时间尺度的配电网评估,配电网实时的态势感知与运行状态评估更加容易受到量测误差和坏数据的影响,很可能因为数据质量问题造成评估误差较大,进而给出错误的控制信号。状态估计能够利用实时量测的冗余性,应用估计算法来检测与剔除坏数据,提高数据精度,保持数据的一致性,实现配电网不良量测数据的辨识,并通过负荷估计及其他相容性分析方法进行一定的数据修复和补充[3]。因此状态估计是实现配电网实时运行态势感知与评估的基础。

对于配电网的评价主要从经济性、可靠性和安全性等方面入手[4],但是目前配电网的运行指标评价体系往往是针对较长时间尺度下的电网运行情况建立的。文献[5-6]针对城市配电网的规划问题,结合配电网的特点,建立了综合评价指标体系;文献[7]采用层次分析法针对中压配电网的能效问题,从动态和静态两个层面上进行考虑,建立了评价指标体系;文献[8]提出了设备利用率的评价方法,结合供电能力分析,给出了设备利用率评价标准的计算方法,并针对区域特性制定了差异化评价标准;文献[9]从配电网精细化管理的角度出发,针对台区和10 kV中压配电网,从可靠性、优质性、经济性和可持续性4个方面构建了指标体系;文献[10]从网架结构、电压质量、配电设备和用电负荷4个方面考虑,构建了配电网经济运行综合评价指标体系,通过指标分析,实现了对配电网运行经济性优劣的评估。

在本院收治的高血压伴心力衰竭患者当中选取70例(2016.6-2017.10)作为本研究中的观察对象,采用简单随机分组的方式将其分为两组,对照组与观察组患者例数相同(均为35例)。

上述论文针对于配电网的评估方法都是基于比较长时间尺度的电网运行数据提出的,不能应用于配电网实时运行状态的分析评估。本文的评估体系主要针对于配电网实时运行状态的分析与评估,通过状态估计对实时量测数据进行处理,减少量测误差和量测坏数据对评估结果的影响;分别从经济性、安全性和可靠性3个方面提出配电网运行状态的评估指标,实现了配电网运行态势的综合感知;借助于层次分析法,将配电网的实时运行状态量化表示,为配电网的运行控制与管理提供有效的数据和技术支持。

孩子们的回答声和掌声同时响起。接着我拥住第二个孩子说:“小恒上次擦洗操作台,里里外外、上上下下,不放过任何一个地方,为了把里面擦干净,就钻到里面去擦,一点也不怕脏、不怕累!多么能干的小伙子。还有小仪主动帮助胳膊骨折的同桌背书包,扶她上厕所,多么乐于助人的宝贝。还有小慧,昨天放学时,看到在下小雨,主动把自己的小雨伞借给我,还说:‘徐老师,你打我的雨伞指挥放学,我和同学打一把雨伞,淋雨了容易感冒,多么贴心的小棉袄啊!”

1 配电网状态估计分析方法

1.1 基于加权最小二乘法的状态估计分析

对于状态估计问题,首先建立量测量与状态变量的关系,即

式中:z为量测量;x为状态变量;hx)为量测函数;v为量测误差。

为处理配电网中可能存在的零注入约束,提高状态估计的精度,在状态估计中考虑零注入功率的等式约束,即

采用加权最小二乘法求解带等式约束的状态估计问题,构造拉格朗日函数L( x,λ)[11]

式中:λ为拉格朗日系数;W为量测权重矩阵。为此,要使得目标函数式最小,采用牛顿迭代法形成迭代方程为

式中:Δx为状态变量的变化量;k为迭代次数;Δzk=z-h( )xk

第七,合理使用中药和益生菌添加剂。在抗生素限用的时代,在防控疾病时,尽量采用中药类制剂和微生态制剂,这样可以避免残留的发生,当然尽量做到不发病才是最好的。

对上述方程不断进行迭代,收敛得到的解即为系统的运行状态。

1.2 坏数据辨识方法

配电网中由于计量、通信等原因导致的量测不准确,可能导致量测坏数据的产生,而状态估计的一项主要功能就在于剔除网络中存在的量测坏数据,使网络收敛于可靠的运行状态。然而,配电网中的运行状态真值未知,状态估计结果仅能提供量测估计值与量测值之间的量测残差,而坏数据的辨识则是为了剔除量测误差较大的量测,因此需首先明确各量测残差与量测误差之间的关系。

式中,n为比较矩阵的维数。

在真值x处进行一阶泰勒展开,即

其中:T为观察期取值为1;y为平均受教育年限,分别为i地区在观测期内的期初值与期末值;分别为i地区人均GDP和人均转移支付的期初额;W为rock一阶相邻空间权重矩阵。

将式(7)分别代入式(5)和式(6),可推导得

式中,E1E2E3分别为式(8)求逆后的分块矩阵,

考虑到估计值和真值十分接近,量测残差r与量测误差v满足[11]

本文主要针对中压配电系统的运行状态进行评价,在计算得到反映配电系统实时运行状态的指标后,需要确定各项指标的权重。本文选用层次分析法[12]AHP(analytic hierarchy process)计算各项指标的权重。

此时,残差协方差矩阵Ω

因此,可定义正则化残差为

易得正则化残差满足rNi~N(0,1)标准正态分布,通过比较maxrNi与设定的阈值c的关系,确定是否存在量测坏数据。

坏数据辨识流程如图1所示。

图1 坏数据辨识流程 Fig.1 Flow chart of bad data identification

2 配电网实时态势指标计算

本文主要从经济性、安全性和可靠性3个方面对配电网的实时运行状态进行评价,指标体系如图2所示。

图2 配电网实时态势指标体系 Fig.2 Index system of real-time distribution network

2.1 经济性指标

1)线损率

3.对阅读过程中意犹未尽的部分进行续写。在进行绘本阅读之后,根据故事内容及故事情节安排的不同,学生很有可能产生意犹未尽的感觉,教师则应有效的将这一表现利用起来,通过续写过程来完成写话训练。以《两只羊的故事》为例,教师可以先向学生提出一个切入点,如:又一个春天来到了,两只羊身上可能会发生什么新的故事吗?在针对这一问题进行思考的过程中,学生自然会结合原本绘本中的内容进行思考,并在充分阅读的基础上完成续写。

线损率是反映运行经济性的重要指标,配电网中某条线路的线损率为

式中:NTLTL为完全可转供线路条数;NPLTL为部分可转供线路条数;NULTL为不可转供线路条数。

经过数十年的外科技术发展,多种手术方式被应用于半椎体畸形的治疗中,包括前后联合入路内固定技术、凹侧松解前后联合入路矫形内固定技术、前后联合入路半椎体切除术以及单纯后路半椎体切除术等。在成人和儿童患者中,后路椎弓根螺钉的安全性和有效性均被证实[10-11],但对颈椎半椎体畸形的固定效果尚无定论。2005年,Ruf等[1]提出,由于颈椎区域解剖结构的复杂性,应采取前后联合入路半椎体完全切除以获得最大程度的矫形效果。本例患者亦采取前后联合入路半椎体完全切除的方式,并进行了长节段的融合固定,以防止患者在术后出现脊柱整体失衡或局部代偿弯形成,术前对椎动脉位置也作了充分评估,减少了手术误伤。

式中:Pi为线路首端传输的有功功率;∆Pi为线路损耗。

系统总的线损率rLL

式中,L为配电网中的线路集合。

2)轻载率

设备的负载率rLR

探讨全面深化改革时期中国特色社会主义的新特色,关键是要深刻洞察全面深化改革时期国情和世情的新特点。全面深化改革时期的国情和世情的新特点有很多,但是必有一个是最重要的最根本的,这里的讨论主要集中于这个最重要最根本的特点。

式中:Ii为设备i的实际运行电流;IR,i为设备i的额定电流。

对于负载率小于20%的设备视为轻载设备,设处于轻载运行的配变个数为NULDT,配变总个数为NDT,则系统的配变轻载率为

同样可以计算线路轻载率为

式中:NULL为轻载的线路条数;NL为线路总条数。

2.2 安全性指标

1)电压合格率

电压偏差计算公式为

步骤3 对连接图进行化简,删除图中所有度小于等于1的顶点以及与该顶点相关的边,把与这些边相关的顶点的度减1;

如果电压偏差超出了允许范围则认为电压不合格,电压合格率rVQ计算公式为

式中,NVQ为电压合格的配变个数。

2)重过载率

教师节来了,我轻轻拈起笔,可又重重放不下,我发自内心地想写点东西,向我的老师发出问候和祝福,向关怀我成长的老师们表达自己的感恩。

svarūpavirahasthitivyatikaraikarūpās tu na || 1 [47v6-7] (Pthvī)

将负载率超过80%但是未达到100%的设备视为重载设备,将负载率超过100%的设备视为过载设备。计算配变重载率、配变过载率、线路重载率和线路过载率分别为

式中:NHLDT为重载配变个数;NOLDT为过载配变个数;NHLL为重载线路个数;NOLL为过载线路个数。

2.3 可靠性指标

在可靠性方面,主要考虑配电线路在当前运行工况下的转供能力。对线路转供情况的研究,可以先分析出配电网中可转供线路和不转供线路,再对可转供线路进行分析,找出可转供线路中的完全可转供线路和部分可转供线路。

分析可转供和不转供线路的步骤如下:

步骤1 对配电网拓扑结构进行处理,将节点和支路进行编号,并形成配电网的邻接矩阵;

步骤2 根据邻接矩阵,求出连接图中所有节点的度;

式中:VR,i为设备 i的额定电压;Vi为设备 i的实际运行电压。

步骤4 如果还有度小于等于1的顶点重复步骤2;

步骤5 最后如果还存在未被删除的顶点,则表示有环,环上所包含的边即为可转供线路;否则没有环。

如果存在可转供线路,接下来通过负荷电流来判断线路为完全可转供还是部分可转供线路。

1)完全可转供线路

ILOC,maxIAdj,lim-IAdj,max时,被测算馈线为完全可转供线路。其中:ILOC,max为被测算馈线正常运行时的最大负荷电流;IAdj,lim为邻近段线路安全电流限值的导线允许载流量;IAdj,max为邻近段线路的最大负荷电流。

2)部分可转供线路

ILOC,maxIAdj,lim-IAdj,max时,被测算馈线为部分可转供线路。

3)不可转供线路

IAdj,lim-IAdj,max≤0时,被测算馈线为不可转供线路。根据上述分析,计算系统的完全可转供率、部分可转供率和不可转供率分别为

13 上海市某三甲医院 2011─ 2016年慢性肾脏病住院患者调查分析 龙俊睿,单婵娟,杨群娣,刘馨颖,王九生,梅长林,熊林平

3 配电网运行状态评价

式中:I为分块矩阵;残差灵敏度S=I-HE1HTW

从表4可以看出,由于量测数据缺失,采用量测数据无法进行态势指标分析,而受到量测误差和坏数据的影响,采用潮流计算的结果进行指标分析得到的计算结果与真实值有较大偏差,但是采用状态估计进行数据的处理和修正大大提高了计算精度,能够真实反映系统的运行状态。

采用层次分析法确定权重指标,首先要根据各项指标的重要情况,建立各项指标间的两两比较矩阵[13],在得到两两比较矩阵后求取矩阵的最大特征值和最大特征值对应的特征向量,根据最大特征值进行一致性校验,如果该比较矩阵满足一致性校验要求,则将最大特征值对应的特征向量归一化处理,处理后得到各个指标最终的权重向量。

以经济性指标为例,根据各个指标间重要性,确定线损率、配变轻载率和线路轻载率的比较矩阵为

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根据比较矩阵得到其最大的特征值λmax为3,则可计算该矩阵的一致性指标CI为

根据加权最小二乘法的极值条件,在估计值xˆ处满足

将得到的一致性指标与平均随机一致性指标RI(如表1所示)进行比较。

表1 平均随机一致性指标 Tab.1 Mean random consistency index

n 34567 RI n RI 108 209 1.411.46 0.52 10 1.49 0.89 11 1.52 1.12 12 1.54 1.24 13 1.56 1.36 14 1.58

计算一致性比例参数CR为

如果CR<0.1时,认为比较矩阵的一致性是可以接受的,否则要对判断矩阵进行修正,对于该经济性指标的比较矩阵,其一致性比例为0,满足一致性要求。因此直接将其最大特征值对应的特征向量归一化处理,得到线损率、配变轻载率和线路轻载率的权重分别为0.142 9、0.428 6、0.428 6。采用同样的方法可以用于计算安全性和可靠性各项指标的权重,以及经济性、安全性和可靠性在运行状态评估中所占的权重。

在计算得到各项指标所占的权重后,需要对各项指标进行打分。将指标分为效益型和成本型两类,对于效益型的指标,取值越大得分越高,对于成本型指标,取值越小得分越高。首先根据系统的历史运行数据,得到指标的取值范围r∈[rminrmax],然后将整个取值范围r采用聚类方法形成若干个待确定的数据聚类,从而形成相应聚类的上界与下界,即子取值区间边界。分析在各个子取值区间的指标取值个数,根据数据个数确定该取值区间的评分范围。在各个子取值区间用线性函数进行拟合。

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如图3所示为效益型的评分曲线,将整个区间等间隔分为4段,根据每个区间中指标的取值所占比例确定曲线斜率,根据区间端点值确定各个区间取值的分段函数。

图3 效益型指标的评分曲线 Fig.3 Score curve of benefit-oriented index

4 算例分析

本文采用IEEE 33节点算例进行分析[14],算例拓扑如图4所示。图中空心节点表示没有电压量测的节点,实心表示有电压量测的节点。虚线线路表示没有电流量测的线路,实线表示有电流量测的线路。此外,所有节点均含有有功功率和无功功率量测,所有量测的量测误差标准差为0.02。

图4 IEEE 33节点标准算例 Fig.4 IEEE 33-node standard calculation example

量测数据中除包含量测误差外,还包含一定的坏数据,如表2所示。同时表2还给出了坏数据对应的真值、量测值和估计值,通过比较真值和估计值,表明本文所提出的状态估计方法可有效辨识出量测坏数据。此时该算例运行时间为0.37 s,所采用的测试算例运行环境具体如下:硬件条件为In⁃telXeonCPUE5-2650,主频为2.60GHz,内存为16 GB,操作系统为Windows 10。相比于实时态势感知分析的时间维度在秒级以上,状态估计方法及其坏数据辨识,可有效满足配电网的实时态势感知评估。

表2 量测坏数据 Tab.2 Measurements of bad data

量测对象线路2-3线路8-9线路27-28线路11-12节点11节点24节点32量测位置首端首端末端首端— —量测类型有功功率/kW有功功率/kW有功功率/kW电流/A电压/kV有功功率/kW有功功率/kW真值3 444 688-813 28 11.75 420 210量测值2 444 488-613 48 10.75 617 408估计值3 444 689-812 28 11.75 428 211

由于线路电流和节点电压的量测不全,无法直接运用量测数据进行运行态势指标的计算,对于这种情况,除了采用状态估计的方法外还可以采用潮流计算的方式,用潮流计算的结果指标计算,进而实现配电网运行态势的分析与评估。

在得到线路电流和节点电压的结果后,通过进一步计算可以得到各项指标,计算各项指标所占的权重。在确定指标权重时,要根据各项指标的相对重要程度,确定两两比较矩阵,通过层次分析法确定各项指标的权重因子如表3所示。

表3 权重因子表 Tab.3 Weight factor table

上层指标 权重经济性0.595 4安全性0.128 3可靠性0.276 4下层指标线损率配变轻载率线路轻载率电压合格率配变重载率配变过载率线路重载率线路过载率完全可转供率部分可转供率不可转供率权重0.142 9 0.428 6 0.428 6 0.088 8 0.157 8 0.157 8 0.297 8 0.297 8 0.595 4 0.128 3 0.276 4

根据得到的权重分别采用潮流计算结果、状态估计结果和实际值进行评分得到的评分结果如表4所示。

表4 评分结果 Tab.4 Score results

评分项目经济性安全性可靠性总分量测数据— —潮流计算86.198 49.738 27.635 60.857状态估计86.991 42.135 35.173 62.103实际值86.988 42.135 35.173 62.101

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5 结语

本文提出了一种基于状态估计的配电网实时态势感知与评估方法,在评估中考虑了量测误差和坏数据对配电网运行态势实时评估的影响,通过状态估计对数据进行补全和处理,有效降低了量测数据质量问题造成的评估偏差。同时本文从配电网实时运行态势的感知与评估出发,从经济性、安全性和可靠性3个方面建立了表征配电网实时运行情况的指标体系,综合考虑各个方面的重要性,给出配电网运行态势的整体评价结果,能够量化表示配电网的实时运行状态,为配电网的运行控制提供重要的技术和数据支持。

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吴争荣,俞小勇,董旭柱,刘志文,陈立明,李鹏
《电力系统及其自动化学报》2018年第03期文献

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