一种配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法

摘要

本发明提供一种配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法，包括：箱体，所述箱体顶部左侧的正面栓接有控制器，所述箱体顶部左侧的背面栓接有主机，所述箱体顶部的四周均栓接有支撑柱，所述支撑柱的顶部栓接有检测台，所述检测台顶部左侧的正面放置有键盘，所述检测台顶部左侧的背面栓接有显示器，所述显示器右侧的底部从上至下依次插设有连接线。本发明通过通槽、伺服电机、转杆、主动齿轮、从动齿轮、丝杆、螺纹套、移动座和万向轮的配合，可根据使用者根据现场的实际需求，对箱体进行移动和静置固定，便于使用者快速对配电网设备进行预测操作，加快配电网的预测效率，避免造成配电网较长时间的工作等待。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网状态估计方法领域，尤其涉及一种配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法。

背景技术

在现代电网中，配电网状态估计一般以节点电压、支路电流、支路功率为状态变量进行配电网状态估计算法，数据采集由SCADA系统实时量测得到。RTU设备监控与采集电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数等稳态参数，已广泛应用于调度自动化系统。μPMU能够实时采集电压和电流相量，未来有望在配电网中大规模配置，并实现广域保护。μPMU与RTU采集数据应用系统相互独立，各有优点，但也存在联系。因此，将μPMU与RTU数据深度融合，增加配电网可观性，开发配电网高级应用软件具有重要价值。

目前国内外对配电网状态估计的研究较多，配电网状态估计算法包括最小二乘算法、快速分解算法、正交变换算法、量测变换状态估计算法，最小二乘算法具有抗差能力弱的问题，快速分解算法具有误差大的问题，正交变换算法具有内存占用较大的问题，量测变换状态估计算法具有效率低的问题。

且使用者在对配电网状态估计时，需要借助预测辅助装置对配电网进行预测估计，然而现有的预测辅助装置在使用过程中，无法根据使用者的实际需求，对预测辅助装置进行静置固定和移动，大大降低了预测辅助装置的机动性能，延长预测辅助装置的预测估计时长，降低预测辅助装置的预测效率。

因此，有必要提供一种配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法，解决了国内外对配电网状态估计的研究较多，配电网状态估计算法包括最小二乘算法、快速分解算法、正交变换算法、量测变换状态估计算法，最小二乘算法具有抗差能力弱的问题，快速分解算法具有误差大的问题，正交变换算法具有内存占用较大的问题，量测变换状态估计算法具有效率低，且现有的预测辅助装置在使用过程中，无法根据使用者的实际需求，对预测辅助装置进行静置固定和移动的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的配电网预测辅助装置，包括：箱体，所述箱体顶部左侧的正面栓接有控制器，所述箱体顶部左侧的背面栓接有主机，所述箱体顶部的四周均栓接有支撑柱，所述支撑柱的顶部栓接有检测台，所述检测台顶部左侧的正面放置有键盘，所述检测台顶部左侧的背面栓接有显示器，所述显示器右侧的底部从上至下依次插设有连接线，所述连接线远离显示器的一侧插设有检测仪器，所述检测仪器的右侧从前至后依次活动连接有检测线探头，所述箱体的内腔设置有升降调节机构。

优选的，所述升降调节机构包括通槽、伺服电机、转杆、主动齿轮、从动齿轮、丝杆、螺纹套、移动座和万向轮，所述箱体内腔底部的四周均开设有通槽，所述箱体背面的顶部栓接有伺服电机，所述伺服电机的输出轴贯穿箱体并栓接有转杆，所述转杆的表面从前至后依次栓接有主动齿轮，所述主动齿轮的底部啮合有从动齿轮，所述从动齿轮的内腔竖向栓接有丝杆，所述丝杆的底部与箱体内腔的底部转动连接，所述丝杆的表面螺纹连接有螺纹套，所述螺纹套的外侧栓接有移动座，所述移动座底部的四周均栓接有与通槽配合使用的万向轮。

优选的，所述箱体底部的四周均栓接有支撑脚，所述支撑脚位于万向轮的外侧，所述支撑脚的底部栓接有防滑头。

优选的，所述箱体内腔顶部的四周均竖向栓接有限位弹簧，所述限位弹簧的底部与移动座的顶部栓接，所述箱体内腔底部的中心处栓接有防撞橡胶垫。

优选的，所述箱体顶部的右侧放置有工具盒，所述检测台的左侧栓接有推手架，所述推手架的顶部从前至后依次套设有把手套。

优选的，一种配电网预测辅助装置的预测状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：获取μPMU和RTU量测数据，并利用最优加权平均插值方法对RTU量测数据进行数据填补，实现μPMU和RTU量测数据的融合；

步骤二：根据μPMU量测方程和RTU量测方程建立混合量测方程；

步骤三：采用Holt’s双参数指数平滑法建立状态转移方程：

步骤四：建立混合量测的FASE算法数据模型，利用容积卡尔曼滤波技术进行状态方程预测与估计、量测数据预测和滤波修正；

步骤五：采用IEEE 37节点系统验证方法有效性，且验证系统为IEEE 37节点系统，系统参数：电压等级为4.8KV，功率基准值为1MVA，光伏发电系统PV1和PV2额定容量为0.2MW，分别连接在节点704和708。图4中，μPMU和RTU的量测节点分别用蓝色矩形和红色三角形标记。

优选的，所述在步骤一过程中，在工频50Hz电网中，RTU数据的更新周期一般为1s，μPMU测量数据的更新周期为20～200ms，RTU更新周期较长因此需根据μPMU数据和RTU历史数据对RTU数据进行填补，数据填补方法采用最优加权平均插值即对RTU的线性插补值和历史平均插补值加权计算出两个样本点之间的数据；

式中x

优选的，所述在步骤二过程中，μPMU量测节点的量数据以极坐标的形式呈现。将坐标形式的电压电流相量U∠θ和I∠θ转换成直角坐标变量：

式中，V和/代表μPMU测得的电压和电流幅值；θ

建立RTU量测方程：对于RTU量测的三相功率，有功功率P和无功功率Q表示为：

P＝V

Q＝V

式中：V

P＝V

Q＝-V

将RTU测量转换为等效注入电流：

式中：I

对于来自RTU的电流幅值测量，为了减少由于相角信息而导致的误差，将支路电流幅值的平方用作等效支路电流测量：

I

将RTU的三相节点电压幅值量测等效变换为：

式中：|V

建立混合量测方程：电压和电流相量量测数据通过坐标转换，直角坐标系下的混合测量变量Z

具体测量数据如下：

式中：

优选的，所述在步骤三过程中，状态转移方程建立，首先定义状态变量：

式中，x是n维状态变量；l代表配电网中的A、B、C相；

Holt’s双参数指数平滑法列写状态转移方程。该方法使用两个平滑参数α和β。Holt’s双参数线性指数平滑模型

式中：

优选的，所述在步骤四过程中，容积点是利用已知前一时刻状态变量估计结果和误差协方差矩阵计算：

式中：t

式中：

通过状态方程传播等权重的状态预测值容积点如公式(21)所示：

式中：

利用状态预测步中得到的状态预测值，计算等权测量预测的容积点：

式中：

根据状态预测和量测预测步的结果，预测协方差矩阵

状态变量由时间t的测量数据Z

为量化所提算法的估计误差，在(30)和(31)中定义了估计性能函数：

式中：

定义采样系统的总体估计性能的综合误差函数：

式中：ε是系统的均方根误差；T是模拟的总采样次数。

与相关技术相比较，本发明提供的配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法具有如下有益效果：

本发明提供一种配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法，

1、本发明通过通槽、伺服电机、转杆、主动齿轮、从动齿轮、丝杆、螺纹套、移动座和万向轮的配合，可根据使用者根据现场的实际需求，对箱体进行移动和静置固定，便于使用者快速对配电网设备进行预测操作，加快配电网的预测效率，避免造成配电网较长时间的工作等待，通过步骤一、步骤二、步骤三、步骤四以及步骤五的步骤流程配合，可对μPMU量测、RTU量测方程和混合量测方程进行精准公式计算，且也可得出状态转移方程和状态预测和修正方程的正确解答，解决了传统预测估计方法最小二乘算法抗差能力弱的问题、快速分解算法误差大的问题、正交变换算法内存占用较大的问题以及量测变换状态估计算法具有效率低的问题；

2、本发明通过支撑脚，可对静置固定状态下箱体底部四周进行平稳支撑，提高箱体静置过程中的稳固性，通过防滑头，增大支撑脚和地表之间的摩擦系数，避免支撑脚在地表发生滑动位移，通过限位弹簧，可对移动座的上升高度进行弹性限位，避免移动座和从动齿轮之间发生碰撞，通过防撞橡胶垫，可对移动座下降高度进行防撞处理，避免移动座和箱体内腔底部之间发生碰撞，通过工具盒，便于使用者放置所需工具和其他物品，通过推手架和把手套，便于使用者对箱体和检测台进行推动，提高预测辅助装置的快速移动性。

附图说明

图1为本发明提供的配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的结构后视图；

图3为图1所示箱体的结构剖视图；

图4为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的RTU和μPMU数据的更新周期关系图；

图5为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的数据混合预处理示意图；

图6为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的预测辅助状态估计算法流程图；

图7为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的IEEE 37节点系统示意图；

图8为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的支路电流的状态估计图；

图9为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的支路电流的状态估计图。

图中标号：1、箱体；2、控制器；3、主机；4、支撑柱；5、检测台；6、键盘；7、显示器；8、连接线；9、检测仪器；10、检测线探头；11、升降调节机构；111、通槽；112、伺服电机；113、转杆；114、主动齿轮；115、从动齿轮；116、丝杆；117、螺纹套；118、移动座；119、万向轮；12、支撑脚；13、限位弹簧；14、工具盒；15、推手架。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，其中图1为本发明提供的配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的结构后视图；图3为图1所示箱体的结构剖视图；图4为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的RTU和μPMU数据的更新周期关系图；图5为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的数据混合预处理示意图；图6为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的预测辅助状态估计算法流程图；图7为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的IEEE 37节点系统示意图；图8为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的支路电流的状态估计图；图9为图1所示配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的支路电流的状态估计图。配电网预测辅助装置，包括：箱体1，所述箱体1顶部左侧的正面栓接有控制器2，所述箱体1顶部左侧的背面栓接有主机3，所述箱体1顶部的四周均栓接有支撑柱4，所述支撑柱4的顶部栓接有检测台5，所述检测台5顶部左侧的正面放置有键盘6，所述检测台5顶部左侧的背面栓接有显示器7，所述显示器7右侧的底部从上至下依次插设有连接线8，所述连接线8远离显示器7的一侧插设有检测仪器9，所述检测仪器9的右侧从前至后依次活动连接有检测线探头10，所述箱体1的内腔设置有升降调节机构11。

所述升降调节机构11包括通槽111、伺服电机112、转杆113、主动齿轮114、从动齿轮115、丝杆116、螺纹套117、移动座118和万向轮119，所述箱体1内腔底部的四周均开设有通槽111，所述箱体1背面的顶部栓接有伺服电机112，所述伺服电机112的输出轴贯穿箱体1并栓接有转杆113，所述转杆113的表面从前至后依次栓接有主动齿轮114，所述主动齿轮114的底部啮合有从动齿轮115，所述从动齿轮115的内腔竖向栓接有丝杆116，所述丝杆116的底部与箱体1内腔的底部转动连接，所述丝杆116的表面螺纹连接有螺纹套117，所述螺纹套117的外侧栓接有移动座118，所述移动座118底部的四周均栓接有与通槽111配合使用的万向轮119，。

所述箱体1底部的四周均栓接有支撑脚12，所述支撑脚12位于万向轮119的外侧，所述支撑脚12的底部栓接有防滑头，。

所述箱体1内腔顶部的四周均竖向栓接有限位弹簧13，所述限位弹簧13的底部与移动座118的顶部栓接，所述箱体1内腔底部的中心处栓接有防撞橡胶垫，。

所述箱体1顶部的右侧放置有工具盒14，所述检测台5的左侧栓接有推手架15，所述推手架15的顶部从前至后依次套设有把手套，。

一种配电网预测辅助装置的预测状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：获取μPMU和RTU量测数据，并利用最优加权平均插值方法对RTU量测数据进行数据填补，实现μPMU和RTU量测数据的融合；

步骤二：根据μPMU量测方程和RTU量测方程建立混合量测方程；

步骤三：采用Holt’s双参数指数平滑法建立状态转移方程：

步骤四：建立混合量测的FASE算法数据模型，利用容积卡尔曼滤波技术进行状态方程预测与估计、量测数据预测和滤波修正；

步骤五：采用IEEE 37节点系统验证方法有效性，且验证系统为IEEE 37节点系统，系统参数：电压等级为4.8KV，功率基准值为1MVA，光伏发电系统PV1和PV2额定容量为0.2MW，分别连接在节点704和708。图4中，μPMU和RTU的量测节点分别用蓝色矩形和红色三角形标记。

所述在步骤一过程中，在工频50Hz电网中，RTU数据的更新周期一般为1s，μPMU测量数据的更新周期为20～200ms，RTU更新周期较长因此需根据μPMU数据和RTU历史数据对RTU数据进行填补，数据填补方法采用最优加权平均插值即对RTU的线性插补值和历史平均插补值加权计算出两个样本点之间的数据；

式中x

所述在步骤二过程中，μPMU量测节点的量数据以极坐标的形式呈现。将坐标形式的电压电流相量U∠θ和I∠θ转换成直角坐标变量：

式中，V和I代表μPMU测得的电压和电流幅值；θ

建立RTU量测方程：对于RTU量测的三相功率，有功功率P和无功功率Q表示为：

P＝V

Q＝V

式中：V

P＝V

Q＝-V

将RTU测量转换为等效注入电流：

式中：I

对于来自RTU的电流幅值测量，为了减少由于相角信息而导致的误差，将支路电流幅值的平方用作等效支路电流测量：

I

将RTU的三相节点电压幅值量测等效变换为：

式中：|V

建立混合量测方程：电压和电流相量量测数据通过坐标转换，直角坐标系下的混合测量变量Z

具体测量数据如下：

式中：

所述在步骤三过程中，状态转移方程建立，首先定义状态变量：

式中，x是n维状态变量；l代表配电网中的A、B、C相；

Holt’s双参数指数平滑法列写状态转移方程。该方法使用两个平滑参数a和β。Holt’s双参数线性指数平滑模型

式中：

所述在步骤四过程中，容积点是利用已知前一时刻状态变量估计结果和误差协方差矩阵计算：

式中：t

式中：

通过状态方程传播等权重的状态预测值容积点如公式(21)所示：

式中：

利用状态预测步中得到的状态预测值，计算等权测量预测的容积点：

式中：

根据状态预测和量测预测步的结果，预测协方差矩阵

状态变量由时间t的测量数据Z

为量化所提算法的估计误差，在(30)和(31)中定义了估计性能函数：

式中：

定义采样系统的总体估计性能的综合误差函数：

式中：ε是系统的均方根误差；T是模拟的总采样次数。

本发明提供的配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法的工作原理如下：

在使用者需要对箱体1和检测台5进行移动时，则控制器2控制伺服电机112带动转杆113进行正转，则转杆113带动两个主动齿轮114同步转动，两个主动齿轮114通过两个从动齿轮115带动两根丝杆116进行同步转动，则两根丝杆116通过两个螺纹套117同步带动移动座118向下移动，移动座118带动四个万向轮119穿过通槽111并向下移动，与此同时，随着四个万向轮119的下移，则对箱体1和检测台5进行顶起，使支撑脚12与地表之间脱离，接着使用者握紧推手架15对箱体1和检测台5进行移动至配电网预测位置，则使用者将连接线8插入显示器7和检测仪器9插口内，再将检测线探头10插入配电网设备插口内，则检测仪器9对配电网设备预测信息进行检测解析，再由显示器7显示出来；

在使用者需要对箱体1和检测台5进行静置固定时，则控制器2控制伺服电机112带动转杆113进行反转，同理，移动座118带动四个万向轮119向上移动至箱体1内复位，则根据箱体1和检测台5自身的重力影响，则箱体1带动四个支撑脚12与地表之间贴合固定，从而对箱体1和检测台5进行平稳支撑固定。

与相关技术相比较，本发明提供的配电网预测辅助装置及其预测状态估计方法具有如下有益效果：

本发明通过通槽111、伺服电机112、转杆113、主动齿轮114、从动齿轮115、丝杆116、螺纹套117、移动座118和万向轮119的配合，可根据使用者根据现场的实际需求，对箱体1进行移动和静置固定，便于使用者快速对配电网设备进行预测操作，加快配电网的预测效率，避免造成配电网较长时间的工作等待，通过步骤一、步骤二、步骤三、步骤四以及步骤五的步骤流程配合，可对μPMU量测、RTU量测方程和混合量测方程进行精准公式计算，且也可得出状态转移方程和状态预测和修正方程的正确解答，解决了传统预测估计方法最小二乘算法抗差能力弱的问题、快速分解算法误差大的问题、正交变换算法内存占用较大的问题以及量测变换状态估计算法具有效率低的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。