摘要：要对配电系统进行分析决策,首先必须确定配电系统的运行状态。配电状态估计能利用配电量测信息估计出完整、一致和可信的配电系统状态。配电系统和输电系统有很大的不同,不能简单地搬抄输电系统的研究成果(如基于加权最小二乘的快速分解法),需要开发高效的配电匹配潮流技术。状态估计是主动配电网态势感知的基础工具，提高状态估计精度对掌控系统运行状况、提升全网的可观测性具有重要意义。
关键词：潮流；状态估计；在线应用；配电系统
1 配电网状态估计的特点
配电系统与输电系统有很大不同，其特点如下： （1）配电网一般呈辐射状，在网络运行方式改变时可能短暂出现环网结构，但环的数目很少； （2） 配电网中自动化开关少，量测信息少，必须用负荷作为伪量测量，而配网负荷存在着较大的不确定性，预测误差较大； （3）开关多，配电网网络结构可能非常复杂； （4）线路三相一般不对称，必须采用三相模型； （5）线路的 R/X 比值变化范围大，传统的快速解耦状态估计法可能不收敛。所以，以上配电网的特点就决定配电网的状态估计与传统的输电网状态估汁相比有相同的一面，也有不同的一面，不能完全照搬输电网状态估计的研究成果。状态估计中使用的量测可分为三类：实时量测、伪量测和零注入量测。配电网中，由于馈线分支数量很大，在现有条件下，不可能也没有必要对所有馈线分支配置实时量测，所以在配电网中大量使用的量测是节点注入功率伪量测，这些量测一般利用用户数据库中用户的电费数据、用户种类、用户负荷曲线、容量等数据进行预测而得到的。这类数据的误差比较大，根据预测方法的不同，这类数据的方差多在 10～30％之间，而且这种量测的标准差还随着时段的不同而不同。实时测量的标准差在 1～2％左右。量测权值取值太分散，会使算法性能不稳定，不易收敛。 在配电系统中，存在大量较容易获得的电流和电压实时量测，对这些量测的有效利用可以提高状态估计的精度，而在成熟的输电系统的状态估计算法中，对这类量测一般不考虑。 配电网中，一般有功功率数据比较容易获得，而无功功率一般根据有功数据估计而得，所以有功数据和无功数据的权值最好分别处理，这样估计结果会更接近实际值。
2交直流混合配电系统概述
交直流混合配电系统交流电压等级为10 kV 配电线路及380 V 三相工频用电线路，直流电压等级为750 V/400 V 中低压配电线路及48 V 用电线路等。系统包括灵活配电单元、分布式电源、混合负荷及储能装置等元件，通过能源局域网与能源子网的嵌套互联形成了大规模分布式电源就近消纳、信息分层共享的多层次网格化的全对等结构拓扑，实现了多电压等级的交直流混合配用电，分布式电源、储能、混合负荷的即插即用，电能质量综合治理以及能量平滑优化等多种自适应功能。其中灵活配电单元即为电力电子变压器，是一种将电力电子变换技术和电磁感应原理相结合，具备能量灵活转化、变换、传递和路由功能的电气装置。灵活配电单元具体包括能量路由器、电能交换器及电力集能器，三者均采用近似统一的拓扑结构，但因电压等级、容量功能不尽相同，所以根据不同的应用场景进行命名。其中能量路由器针对较高电压等级的应用场景，融合信息物理系统，实现了变压变频、电能质量治理及潮流主动控制等功能。电能交换器针对中压运行场景，取代了传统配电网的刚性装置，实现了能量灵活调度与供需平衡。电力集能器是构建面向低压、小容量用户的能源子网的关键配电装置，实现了交直流混合供用电、能量灵活配用管理等功能。
3在配电状态估计中的应用
综上所述,在特定的量测配置下,可以采用一种十分简单的配电匹配潮流技术来取代配电状态估计。尽管目前大多数实际的配电系统恰好拥有这种特殊的量测配置,但从普遍性意义上讲,希望能解决更一般的量测配置下的状态估计问题。一般量测配置下的配电系统如图2所示,配电支路上有少量的实时功率量测。假设在实际的配电系统中,实时量测无冗余(这一假设在当前的配电系统中一般均能成立),则整个配电系统必可分解成如图3所示的多个配电单元,其中每个单元均具有前述的特殊的量测配置,则图2所示的状态估计问题可转化为多个配电单元的匹配潮流问题。图3中,单元2和单元3称为单元1的子单元,而单元1称为单元2和单元3的父单元。
整个配电系统的匹配潮流的计算过程为:从配电根节点所在的配电单元出发,父单元匹配潮流计算完毕后,将计算出的对应的等值负荷节点(图3中的节点r2和r3)的电压值传送给其子单元,作为各子单元的根节点电压,继续各子单元的匹配潮流计算,直至所有配电单元均计算完毕。在计算中,配电单元的分解(从图2至图3)由一个深度优先搜索的拓扑算法来实现,没有实时量测的负荷均取预报的数据作为伪量测。这样,整个配电系统的状态估计问题就被一系列小规模的配电单元的匹配潮流问题所代替,计算结果严格匹配配电系统中的实时量测,而对无实时量测的负荷预报数据在状态估计意义下进行了合理的调整。使用本文提出的配电匹配潮流方法,可以在实时量测无冗余的条件下,取代常规配电状态估计进行潮流计算。
图3配电单元的分解
在当前配电自动化水平不高的情况下,实时量测严重匾乏,只有利用负荷预报数据作为补充,才能进行配电状态估计。理论分析和算例结果表明,配电匹配潮流计算具有编程简单、收敛性好、数值稳定性好、计算效率高等优点,同时避免了常规状态估计在实时量测与负荷预报数据之间选择权重系数的困难,符合当前配电系统在线应用的实际要求。
参考文献：
[1]李盟. 基于CIM模型的配电网状态估计的研究[D].华北电力大学,2012.
[2]刘晓鸥. 配电状态估计算法的研究和软件开发[D].天津大学,2010.
论文作者:王义辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/18
标签：量测论文; 状态论文; 单元论文; 系统论文; 实时论文; 潮流论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第23期论文;