基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法技術

一種基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法：獲取配電網的節點數，輸入網絡最大度的保守估計值，設定殘差閾值及最大迭代次數；獲取系統各節點當前時刻歷史的量測數據；將組歷史量測數據分別與當前量測值做差，得到多組變化向量來構造傳感矩陣；得到電壓相角和電壓幅值的相關系數向量；更新傳感矩陣列號索引集合；利用傳感矩陣列號索引集合求最小二乘解，更新殘差向量；判斷更新后的殘差向量的2范數是否小于殘差閾值；輸出最小二乘估計結果，根據傳感矩陣列號索引集合恢復出2N維向量作為雅可比矩陣一個元素的估計結果并輸出，得到的雅可比矩陣求逆，得到電壓功率靈敏度矩陣的估計結果。本發明專利技術實現了配電網電壓功率靈敏度參數的精確估計。

Voltage power sensitivity estimation method for distribution network based on regular matching tracking

A regular matching based on distribution network voltage power sensitivity tracking estimation method: the number of nodes to obtain the distribution network, a conservative estimate of the most tolerant network input value, setting residual threshold and the maximum number of iterations for each node of the current system; historical point measurement; the group of historical measurement data and the measurement value respectively. Poor, have multiple groups of change vector to construct the sensing matrix; correlation coefficient vector voltage phase angle and voltage amplitude; update the sensing matrix column number index set; column number index set for the least squares solution using the sensing matrix, a new residual vector norm is 2; the residual vector is updated after the judgment is less than the residual threshold estimation results output; least squares, according to the sensing matrix column number index recovered 2N dimensional vector as the estimation results of a Jacobi matrix elements and the output set, too The inverse of the Jacobi matrix is obtained, and the estimation results of the voltage power sensitivity matrix are obtained. The invention realizes the accurate estimation of the voltage and power sensitivity parameters of the distribution network.

【技術實現步驟摘要】
基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法
本專利技術涉及一種電壓功率靈敏度估計方法。特別是涉及一種基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法。
技術介紹
配電網處于電力系統的末端，與用戶直接相連，是保障用戶安全可靠供電的重要一環。配電網具有地域分布廣、系統規模大、設備種類及運行方式多樣等特點，同時隨著光伏、風機、燃氣輪機等分布式電源的接入，不斷提高的滲透率使得配電網的運行控制面臨著更大的挑戰，尤其是電壓越限等問題成為新能源接入的重要制約。解決配電網電壓控制問題依賴于配電網中可調節的裝備及其控制策略，精確建模功率變化與電壓變化之間的關系，直接決定著電壓控制方案的適用性和有效性。通過潮流雅可比矩陣的求逆可以得到電壓功率靈敏度參數，傳統的潮流雅可比矩陣計算依賴于精確的配電網線路參數和網絡拓撲信息，不準確的線路參數和拓撲連接關系會使得電壓功率靈敏度參數的計算出現較大的偏差，直接影響電壓控制的效果。同步相量量測裝置能夠實現有功功率、無功功率、電壓相角、電壓幅值、系統頻率等電氣量的高精度同步測量，使電壓功率靈敏度參數的在線估計成為可能。尤其是微型同步相量量測裝置的開發和應用，使同步相量量測裝置逐步實現小型化和低成本化，其在配電系統層面的應用將具有廣闊的前景。同步相量量測可以實現每秒數十個運行點的狀態量測，通過歷史量測與當前運行點的差值可以得到功率和電壓的量測變化向量，由于量測點間時間間隔較短，量測變化量較小，功率變化量與電壓變化量之間近似滿足線性關系。當量測數據超過潮流雅可比矩陣的維數時，可以采用最小二乘估計方法實現雅可比矩陣的精確估計，進而實現電壓功率靈敏度矩陣的估計。考慮到拓撲連接關系，潮流雅可比矩陣本身具有較強的稀疏性，在估計雅可比矩陣時考慮其稀疏性，可以有效減少估計問題對量測數據量的依賴，在同樣量測組數的情況下可實現更高的估計精度。因此，考慮到矩陣的稀疏性可以將原問題轉化為稀疏恢復問題，而正交匹配追蹤類算法通過貪婪思想，每次迭代選擇一個局部最優解，逐步逼近原始值，是解決稀疏恢復問題的有效手段。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種能夠在提高電壓功率靈敏度參數估計精度的同時，減少了迭代次數和求解時間的基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法。本專利技術所采用的技術方案是：一種基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法，包括如下步驟：1)獲取配電網的節點數，將源節點編號為0，其他節點依次編號為1,…,i,…,N，輸入網絡最大度的保守估計值dmax，設定殘差閾值ε及最大迭代次數M；2)獲取系統各節點同步相量量測裝置的有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角當前時刻的量測數據和C組歷史量測數據，其中，C是大于1的整數；3)將C組歷史量測數據分別與當前量測值做差，得到C組有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角的變化向量，利用節點1～節點N電壓量測的變化向量構造傳感矩陣，初始化潮流雅可比矩陣的行號m＝1；4)若m不大于N，選取節點i的有功功率量測變化向量初始化殘差向量，此時i＝m；若m大于N則用節點i的無功功率量測變化向量初始化殘差向量，此時i＝m-N；初始化傳感矩陣列號索引集合為空集，初始化迭代次數n＝1；5)分別計算殘差向量與傳感矩陣各列的相關性，得到殘差相關系數向量u，選取殘差相關系數向量u中最大的2z列，其中z＝dmax+1，將2z列對應的傳感矩陣中的索引構成集合Ωn，正則化處理后，更新傳感矩陣列號索引集合；6)利用傳感矩陣列號索引集合求最小二乘解，更新殘差向量；7)若更新后的殘差向量的2范數R小于殘差閾值ε，則進入步驟8)；否則n＝n+1，返回步驟5)；8)輸出最小二乘估計結果，根據傳感矩陣列號索引集合恢復出2N維向量作為雅可比矩陣第m行的估計結果，m＝m+1；若m大于2N，停止迭代，輸出雅可比矩陣估計結果，進入步驟9)，否則，返回步驟4)；9)將步驟8)得到的雅可比矩陣求逆，得到電壓功率靈敏度矩陣的估計結果。步驟3)中(1)所述的C組有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角的變化向量表示為：ΔPi[k]＝Pi(k)-Pi(0)、ΔQi[k]＝Qi(k)-Qi(0)、ΔVi[k]＝Vi(k)-Vi(0)和Δθi[k]＝θi(k)-θi(0)，k＝1,2,…,C，Pi(0)、Qi(0)、θi(0)、Vi(0)分別表示節點i當前時刻的有功功率、無功功率、電壓相角和電壓幅值的量測值；Pi(k)、Qi(k)、θi(k)、Vi(k)分別表示節點i第k組的歷史量測值；(2)所述構造傳感矩陣A如下：式中，表示由電壓相角和電壓幅值量測變化向量構成的矩陣，Δθi＝[Δθi[1],…,Δθi[C]]T表示節點i的C組電壓相角量測變化量組成的列向量，ΔVi＝[ΔVi[1],…,ΔVi[C]]T表示節點i的C組電壓幅值量測變化量組成的列向量；表示中的元素，Ap,q表示傳感矩陣A中第p行第q列的元素。步驟4)中(1)所述的選取節點i的有功功率量測變化向量初始化殘差向量表示為：r0＝ΔPi式中，r0表示初始的殘差向量，ΔPi＝[ΔPi[1],…,ΔPi[C]]T表示節點i的C組有功功率量測變化量組成的列向量；(2)用節點i的無功功率量測變化向量初始化殘差向量表示為：r0＝ΔQi式中，ΔQi＝[ΔQi[1],…,ΔQi[C]]T表示節點i的C組無功功率量測變化量組成的列向量。步驟5)中(1)所述的殘差相關系數向量u計算方式為：u＝abs[ATrn-1]式中，u為相關系數向量，abs[*]表示取絕對值運算，rn-1表示第n-1次迭代時的殘差向量，當n＝1時，rn-1表示初始殘差向量，A為傳感矩陣。(2)所述的正則化處理表示為，在集合Ωn中找到所有滿足對于任意的i,j∈Ω0，ui≤2uj的子集Ω0，并選擇所有子集中計算式∑juj,j∈Ω0最大的子集，更新集合Ωn＝Ω0；(3)所述的更新傳感矩陣列號索引集合表示為：Λn＝Λn-1∪Ωn式中，Λn為第n次迭代的列號索引集合，當n＝1時，Λn-1表示初始的列號索引集合，Ωn表示新選入的索引構成的集合。步驟6)包括：(1)最小二乘解表示為：式中，表示第n次迭代時的最小二乘解，r0為初始的殘差向量，表示第n次迭代的列號索引集合Λn中元素對應的傳感矩陣各列構成的矩陣；(2)更新后的殘差向量表示為：式中，rn為第n次迭代的殘差向量。步驟8)所述的根據傳感矩陣列號索引集合恢復出2N維向量作為雅可比矩陣第m行的估計結果表示為：式中，表示第n次迭代時的最小二乘解，表示2N維恢復向量，表示的第g個元素，表示列號索引集合Λn中各元素所對應的向量的元素組成的向量，對于其他不在列號索引集合中的元素取值為0；矩陣第q列的模值，表示雅可比矩陣Y的第m行第q個元素的估計解，其中，g＝q。本專利技術的基于正規匹配追蹤的配電網功率靈敏度估計方法，利用同步相量量測得到的多個時間段面的數據，實現了配電網電壓功率靈敏度參數的精確估計。同時考慮潮流雅可比矩陣自身具有的稀疏特性，將原問題轉化為稀疏恢復問題，利用正則化正交匹配追蹤算法對稀疏恢復問題進行求解，提高了電壓功率靈敏度估計的精度。與傳統的正交匹配追蹤算法相比，正則化正交匹配追蹤算法，通過在每次迭代中選入多列和正則化處理，大大減少了問題求解的迭代次數，進而本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法，其特征在于，包括如下步驟：1)獲取配電網的節點數，將源節點編號為0，其他節點依次編號為1,…,i,…,N，輸入網絡最大度的保守估計值dmax，設定殘差閾值ε及最大迭代次數M；2)獲取系統各節點同步相量量測裝置的有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角當前時刻的量測數據和C組歷史量測數據，其中，C是大于1的整數；3)將C組歷史量測數據分別與當前量測值做差，得到C組有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角的變化向量，利用節點1～節點N電壓量測的變化向量構造傳感矩陣，初始化潮流雅可比矩陣的行號m＝1；4)若m不大于N，選取節點i的有功功率量測變化向量初始化殘差向量，此時i＝m；若m大于N則用節點i的無功功率量測變化向量初始化殘差向量，此時i＝m?N；初始化傳感矩陣列號索引集合為空集，初始化迭代次數n＝1；5)分別計算殘差向量與傳感矩陣各列的相關性，得到殘差相關系數向量u，選取殘差相關系數向量u中最大的2z列，其中z＝dmax+1，將2z列對應的傳感矩陣中的索引構成集合Ωn，正則化處理后，更新傳感矩陣列號索引集合；6)利用傳感矩陣列號索引集合求最小二乘解，更新殘差向量；7)若更新后的殘差向量的2范數R小于殘差閾值ε，則進入步驟8)；否則n＝n+1，返回步驟5)；8)輸出最小二乘估計結果，根據傳感矩陣列號索引集合恢復出2N維向量作為雅可比矩陣第m行的估計結果，m＝m+1；若m大于2N，停止迭代，輸出雅可比矩陣估計結果，進入步驟9)，否則，返回步驟4)；9)將步驟8)得到的雅可比矩陣求逆，得到電壓功率靈敏度矩陣的估計結果。...

【技術特征摘要】
1.一種基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法，其特征在于，包括如下步驟：1)獲取配電網的節點數，將源節點編號為0，其他節點依次編號為1,…,i,…,N，輸入網絡最大度的保守估計值dmax，設定殘差閾值ε及最大迭代次數M；2)獲取系統各節點同步相量量測裝置的有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角當前時刻的量測數據和C組歷史量測數據，其中，C是大于1的整數；3)將C組歷史量測數據分別與當前量測值做差，得到C組有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角的變化向量，利用節點1～節點N電壓量測的變化向量構造傳感矩陣，初始化潮流雅可比矩陣的行號m＝1；4)若m不大于N，選取節點i的有功功率量測變化向量初始化殘差向量，此時i＝m；若m大于N則用節點i的無功功率量測變化向量初始化殘差向量，此時i＝m-N；初始化傳感矩陣列號索引集合為空集，初始化迭代次數n＝1；5)分別計算殘差向量與傳感矩陣各列的相關性，得到殘差相關系數向量u，選取殘差相關系數向量u中最大的2z列，其中z＝dmax+1，將2z列對應的傳感矩陣中的索引構成集合Ωn，正則化處理后，更新傳感矩陣列號索引集合；6)利用傳感矩陣列號索引集合求最小二乘解，更新殘差向量；7)若更新后的殘差向量的2范數R小于殘差閾值ε，則進入步驟8)；否則n＝n+1，返回步驟5)；8)輸出最小二乘估計結果，根據傳感矩陣列號索引集合恢復出2N維向量作為雅可比矩陣第m行的估計結果，m＝m+1；若m大于2N，停止迭代，輸出雅可比矩陣估計結果，進入步驟9)，否則，返回步驟4)；9)將步驟8)得到的雅可比矩陣求逆，得到電壓功率靈敏度矩陣的估計結果。2.根據權利要求1所述的基于正則匹配追蹤的配電網電壓功率靈敏度估計方法，其特征在于，步驟3)中(1)所述的C組有功功率、無功功率、電壓幅值和電壓相角的變化向量表示為：ΔPi[k]＝Pi(k)-Pi(0)、ΔQi[k]＝Qi(k)-Qi(0)、ΔVi[k]＝Vi(k)-Vi(0)和Δθi[k]＝θi(k)-θi(0)，k＝1,2,…,C，Pi(0)、Qi(0)、θi(0)、Vi(0)分別表示節點i當前時刻的有功功率、無功功率、電壓相角和電壓幅值的量測值；Pi(k)、Qi(k)、θi(k)、Vi(k)分別表示節點i第k組的歷史量測值；(2)所述構造傳感矩陣A如下：式中，表示由電壓相角和電壓幅值量測變化向量構成的矩陣，Δθi＝[Δθi[1],…,Δθi[C]]T表示...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳爭榮，董旭柱，劉志文，陳立明，王成山，宿洪智，李鵬，宋關羽，
申請(專利權)人：中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心，南方電網科學研究院有限責任公司，天津大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44