基于KKT条件分解的互联电网分布式状态估计算法

分布式状态估计可用于在线生成互联电网一体化潮流断面.针对无约束优化问题描述的全网状态估计,提出了一种新的分解协调算法.采用节点撕裂法对互联电网进行切分,将全网状态估计问题的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件方程分解为协调侧和分区侧2个部分.在边界节点状态给定情况下,各分区电网可独立求解分区侧KKT条件方程,获得自身状态估计结果.此时,若协调侧KKT条件方程的残差满足设定条件,则可判断全网状态估计收敛.由此出发,可构建全网状态估计分解协调计算模型,通过求解协调侧KKT条件方程获得边界节点状态修正量,从而调整分区状态估计结果,使其达到一致收敛.文中分别采用JFNG(Jacobian-free Newton-GMRES (generalized minimal residual))算法和逆Broyden拟Newton法这2种方法实现协调侧KKT条件方程求解过程.IEEE 14节点系统、IEEE 39节点系统和实际电网1 165节点系统的测试结果证明,所提出的分布式状态估计算法具有较高的准确性、收敛速度和计算效率.     

计及PMU的搭接式分布状态估计

针对多区域互联电力系统的状态估计问题,采用基于相量测量单元(PMU)和灵敏度矩阵修正的方法。该方法利用PMU量测量来协调子系统参考节点,将互联系统联络线的两端子系统分别进行独立的状态估计,用两系统状态量的平均值修正联络线状态量,把修正前后联络线支路功率变化量作为虚拟节点变化量测,基于支路功率变化量对节点状态量的灵敏度矩阵来修正子系统状态估计结果。以IEEE14节点为例进行仿真,结果验证了该算法的有效性。     

基于灵敏度矩阵的分布式状态估计

针对分布式状态估计问题,采用基于相量测量单元（PMU）和灵敏度矩阵修正的方法。利用PMU量测量来协调子系统参考节点,并通过修正子系统独立状态估计联络线上的状态量,得到联络线上支路功率变化量,利用支路功率变化量对节点状态量的灵敏度矩阵来修正子系统状态估计结果。以IEEE14节点为例进行仿真,结果验证了该算法的有效性。     

基于PMU的分布式电力系统动态状态估计新算法

随着电力系统的发展,区域电网互联,形成更大的系统。各区域电网相对独立,且有各自相对独立的调度中心。为适应这种分区管理模式,状态估计应采用分布式并行算法。在动态估计扩展Kalman滤波算法的基础上,结合搭接式分布并行算法,提出了一种基于相量测量单元(PMU)的分布式电力系统动态状态估计新算法。该算法利用少量PMU测点,真正实现各子系统的并行计算,避免了原算法进行串行等待的过程。并结合量测数据预处理、对雅可比矩阵加权等方法,加快了计算速度,提高了数值精度和稳定性。最后给出了IEEE 14节点的仿真结果,验证了该算法的有效性及优越性。     

基于分解协调算法的互联电力系统状态估计

提出了基于分解协调算法求解多区域互联系统的状态估计算法。互联系统计算中心根据虚拟节点两端子系统状态估计所得功率残差加权平均值计算各子系统虚拟节点注入功率的变化量,各子系统节点状态量通过注入功率和功率估计值对节点状态量的灵敏度矩阵修正子系统状态估计结果,得到互联系统的状态估计解。仿真计算结果说明,分布式状态估计算法计算准确、速度快,且在互联系统计算中心无法获得部分子系统数据的情况下,能够最大限度地准确计算出互联系统的部分可观测结果。     

基于PMU量测的城市电力系统分布式状态估计算法

针对未来微网和新能源大量接入城市电网后,电力系统状态估计功能的计算数据量过大,计算速度缓慢的问题,文中提出了一种适用于城市电力系统的基于相量量测装置(PMU)量测的分布式状态估计算法。该算法将城区电网分层分区,将PMU的同步相量量测引入县调层和地调层的分布式状态估计中,不仅在县调层实现并行计算,而且在地调层满足线性状态估计条件,最终达到提高状态估计速度的目标。文中利用IEEE 118节点系统对新算法进行了测试,仿真结果验证了新算法有效提升了状态估计的速度。     

具有指数收敛速度的电力系统全分布式潮流算法

为了满足互联电力系统潮流计算对数据隐私的需求,提出了一种全分布式潮流算法。该方法由内环迭代与外环迭代组成,外环迭代基于牛顿-拉夫逊法计算雅可比矩阵,内环迭代采用全分布式算法在互联电网各分区分别求解各自的潮流修正方程。该方法不需要协调层对分布式计算进行分解协调,各分区仅需要与邻居分区交换潮流方程修正量的信息,外环迭代收敛特性与全局潮流相同,内环迭代保证收敛且具有指数收敛速度。通过IEEE39节点和118节点算例的测试表明,该方法具有较高的收敛性,适合于没有协调层的分布式潮流计算。     

基于分解协调及外网浓缩等值的多代理状态估计

传统分布式状态估计中,各分区子网独立估计时未考虑相邻子网的网络模型及运行状态,而只在协调时才弥补之前忽略的信息。针对此问题,文中结合多代理理论,提出一种基于分解协调及外网浓缩等值的状态估计方法。采用搭接式分区方法实现系统分解,构建了适用于分布式状态估计的二维联盟多智能体架构;通过建立外网浓缩等值模型,各子系统能够计及相邻系统影响,即使未经外层协调,独立估计结果也能满足一定的精度要求;构建了基于黑板模型的启发式协调修正机制,加快了信息融合速度,且使得相邻系统受到来自非边界节点的影响;并根据节点状态量对注入功率的灵敏度分析实现外层迭代,避免了重复估计。IEEE 14节点、30节点及118节点系统的仿真结果验证了所述算法的正确性及有效性。     

基于伪量测型协调变量的分布式状态估计算法

电力系统状态估计在实际工程中通常由各控制中心采用区域状态估计模式独立完成。考虑到在电网分层分区的控制管理模式下,多样化的电网信息本身就是按照分层分区的分布式模式采集的,分布式状态估计无疑是更加适应该体系的状态估计运行模式。利用集中式优化问题的一阶KKT条件分解技术,实现状态估计任务的分解。为保证在边界上相邻分区状态估计结果的一致性,引入描述边界协调项的等式约束。另外,将上述边界等式约束处理成零功率注入伪量测,以简化分区之间的数据交换,便于重用已有状态估计器。为了尽最大可能维持各个分区计算的独立性,该文给出了协调侧Lagrangian函数梯度的两步式计算方法,并结合Newton-GMRES算法完成求解。最后,通过IEEE标准系统的测试,验证了所提方法的有效性。     

基于一致性理论的多区域电力系统分布式状态估计

随着电网规模不断扩大,传统集中式状态估计方法的数据通信与存储任务重、计算量大,难以满足现代电力系统状态估计需求。在计及系统状态估计非线性的基础上,将电力系统划分为若干个不重叠的子区域,并利用拉格朗日乘子法对状态估计方程进行解耦,建立电力系统多区域非线性状态估计模型。基于一致性理论建立全分布式状态估计方法对模型进行求解,该方法无需状态估计控制中心,只需各子区域交换一致性变量和边界节点的状态变量信息,各子区域便可平行独立地计算本地状态变量估计值,较集中式状态估计均衡了通信及计算负担。IEEE 14节点系统仿真结果验证了所提分布式状态估计方法的有效性。     

Distributed agent-based state estimation considering controlled coordination layer

The buses involved in re-estimation is fixed in the traditional distributed state estimation. On the one hand, if only the boundary buses were re-estimated, will lead to a high power mismatch in a short or low impedance transmission line. On the other hand, if all the buses were re-estimated again, will lead to unnecessary computational burden. To solve this problem, this paper presents a new distributed agent-based state estimation that considers controlled coordination layer. Each local agent of a subsystem is in charge of the state estimation of its own system. The global sensitivity agent is responsible for the sensitivity analysis of the entire system. The boundary bus aggregation agent determines the range of coordination layer to be re-estimated according to the state estimation deviation of each boundary bus defined in this paper. Furthermore, the observability analysis judgment theorem of the overlapped DSE and the topology analysis suitable for the bad data of boundary region are investigated. The proposed method is illustrated with the IEEE 14-bus system, and the test results for the IEEE 118-bus system are provided.     

一种新的分布式电力系统状态估计算法

随着电力系统的发展,区域电网互联,形成了规模更大的系统。为了适应这一趋势,电力系统状态估计应采用分布式算法。在配置少量PMU的基础上,将分区后的边界等式约束条件通过拉格朗日乘子计入整体目标函数,将分布式状态估计的问题转化为一个带等式约束的最优化问题,实现了电力系统状态估计的分布式计算。该算法不仅提高了状态估计的速度,而且可在不必改动原有状态估计模块的基础上,很容易地加入等式约束的修正模块。最后通过IEEE14节点和IEEE30节点系统的模拟仿真,验证了该算法的有效性和优越性。     

考虑限幅约束的多区域互联电网全分布式潮流算法

多区域互联电网中有大量限幅非光滑约束,增加了潮流模型的非凸性。针对传统基于启发式规则处理限幅的分布式潮流算法在计算过程中容易出现收敛性问题,提出了一种能鲁棒性处理非光滑约束的互联电网全分布式潮流计算方法。首先根据分层分区调度模式对电网进行分区,并将模型中非光滑约束进行光滑处理,然后基于具有二阶收敛速度的双层交替方向非精确牛顿法,将潮流问题转化为求解最优步长增量的问题。基于零空间法(Null-Space)对状态变量的系数矩阵进行降维处理,采用共轭梯度(Conjugate Gradient, CG)算法更新每个分区的对偶乘子,乘子更新过程中利用二阶信息提高了算法的收敛性。多区域间进行分布式计算时无需协调层参与,仅需通信少量边界信息,因此通信负担轻。最后,以30节点和182节点系统为测试算例,验证了所提方法在设置恶劣初值和处理非光滑约束时具有较高的精确性和较好的收敛性。     

基于节点传输贡献量的省间联络线潮流近似计算

提出以节点传输贡献量为量化指标的节点分类方法,提高了日前电力市场中省间联络线上有功功率的计算精度。以3机5节点的简单电网为例,详细说明了省级电网简化前后功率传输分布因子和注入转换系数的计算过程和步骤。以电网有向图为基础,搜索电源节点与负荷节点之间的可行路径,计算节点的传输贡献量,进而估计节点的注入转换系数,获得联络线潮流的近似值,并分析了以节点传输贡献量的均值为阈值对节点分类的优势。最后在IEEE 118节点系统中将所提方法、均值法和节点定性分类法分别应用于日前电力市场的省间联络线潮流计算,仿真和比较结果表明所提方法减小了注入转换系数均值的波动,与真实值相比,省间联络线潮流的平均绝对误差为0.49%,验证了所提方法的有效性。     

基于网络分割的电力系统潮流分解协调计算

因现有计算模式的速度已无法满足现代大规模电力系统实时计算的要求,故引入对等计算(P2P)模式以提供低廉而充足的计算力。为此研究了网络计算环境下的电力系统潮流计算模型,结合基于支路切割的网络分割方法和基于注入电流的潮流模型,提出了基于网络分割的电力系统潮流分解协调算法,将大规模互联电力系统分解成若干子网络,子网络间只需交换边界母线的电压状态就可完成分布式潮流计算,保证各个子网络潮流计算模型的独立性。对IEEE标准系统进行潮流计算的结果表明该法具有较高的收敛速度和计算精度,适合网络计算环境。     

基于目标级联分析法的输电网结构优化

为了充分利用可再生能源,增强电力系统各区域间的互联协调能力,提出了一种基于目标级联分析(ATC)法的输电网结构优化模型。首先,利用母线撕裂法将电力系统解耦为多区域互联系统;其次,建立含可再生能源发电的输电网结构优化模型,在此基础上,进行多区域互联电力系统的统一分析和决策;再次,采用ATC法将模型分解为主问题和子问题进行并行计算,实现源网荷协同的输电网结构优化。最后,通过对IEEE 14节点及IEEE 118节点系统的测试分析,验证了所提模型可有效协调互联电网的运行,提高电力系统运行的经济性。