分布式电力系统状态估计

分布式电力系统状态估计

任先成，韩富春

（太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024）

    摘  要：随着电力系统之互联，电力系统状态估计需要速度更快，数值稳定性更高之算法[阳光电子学校维修专家友情提示]。在本文中，采用了基于快速解耦之分布式并行过程，并与整体并行过程进行比较，且以PVM为软件平台对验证系统进行了模拟计算；PVM之装配采用群型模式，程序结构采用SPMD模式，实现了基于PC机网络环境之并行计算[阳光电子学校维修专家友情提示]。通过验证系统IEEE－14和IEEE－30之计算结果，可以看出分布式并行状态估计是一个很有效之方法[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    关键词：状态估计；分布式处理；PVM软件平台

1 引言
　　随着电力系统之互联，电力系统之规模越来越大，对大系统进行监控要求数值稳定性和计算速度更高之算法，传统之状态估计算法在这两方面已经不湖南阳光电子学校维修专家认为：也许有所突破；另一方面，由于基于高速数据通讯网络之分布式EMS技术之发展［1］，使得把分布式并行算法应用到状态估计中成为湖南阳光电子学校维修专家认为：也许[阳光电子学校维修专家友情提示]。早期之状态估计并行算法主要集中在分级估计上［2］，针对只有一个中心控制节点之分级估计算法存在之可靠性问题之困扰，提出了一些新之方法［3］、［4］[阳光电子学校维修专家友情提示]。本文提出了基于空间分布之并行算法，利用异构运算机制，大大加快了运算速度，提高了数值精度［5］，在验证算法时采用了网络并行计算软件PVM[阳光电子学校维修专家友情提示]。目前国内外相关工作，着重在并行机和工作站上，但是由于并行机之价格比较昂贵，所以一般大学和科研所并不具有并行机[阳光电子学校维修专家友情提示]。本文成功之实现了PC机群上以PVM为计算平台之并行运算［6］、［7］[阳光电子学校维修专家友情提示]。
2 加权 小二乘法状态估计数学模型
　　在给定网络接线、支路参数和量测系统情况下，电力系统状态估计之量测模型可写成
    Z＝h（x）＋e（1）
式中：Z是＆×％之量测矢量；x是n×l之状态矢量；h（·）是m×l之线性函数矢量；e是m×l之量测误差矢量；m是量测量个数；n是状态量个数[阳光电子学校维修专家友情提示]。在通常情况下，状态矢量为电压之幅值和相角，量测矢量为有功潮流、无功潮流、节点注入功率和电压幅值[阳光电子学校维修专家友情提示]。对于一个节点之电力系统来说，状态估计实际上是一个WLS 优问题：

其中，权值0＂反映了量测量之精确程度，权越大说明量测量越精确[阳光电子学校维修专家友情提示]。假设这个方程之 优解为x＾，则x＾满足下面 优化条件：

方程（4）为加权 小二乘法之方程形式[阳光电子学校维修专家友情提示]。
3 分布式状态估计之数学模型
    我们以下面两个子区域（区域和区域）为例说明状态估计中之并行处理过程［8］[阳光电子学校维修专家友情提示]。

　　设［￥和v￥分别为子区域之电压相角和电压幅值矢量，θk和vk分别为子区域之电压相角和电压幅值矢量[阳光电子学校维修专家友情提示]。这样我们可以在区域和区域内分别进行状态估计之迭代运算，但每次迭代在跃变区域内（即边界节点所在之区域）必须满足θk＝θj和vk＝vj这两个条件[阳光电子学校维修专家友情提示]。

其中：分别为区域k之有功量测矢量和无功量测矢量；θk和vk分别为区域k之电压相角和电压幅值矢量，括相关之边界点[阳光电子学校维修专家友情提示]。这种解耦之特性有利于并行算法之实现，从而大大减少运算时间[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　同时属于两相邻区域之边界节点必须满足上述电压幅值和相角分别相等之条件，这样个子系统就形成如下之等式约束：

　　这样，基于加权 小二乘法之分布式状态估计问题就转变为一个带等式约束之 优化问题，其目标方程为

等式约束为式（7）[阳光电子学校维修专家友情提示]。


　　根据解耦法可知H矩阵由初始条件计算出来以后，在迭代中保持不变[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    2）边界节点之迭代格式

上式中，分别是相邻区域k和j中增益逆矩阵中对应于节点r之对角线元素[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　在划分区域时边界点之数量尽量要少，而且在跃变区域内没有注入量测矢量[阳光电子学校维修专家友情提示]。若在跃变区域内有注入量测矢量之节点，则需要用与实际节点相联

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