Dynamic State Estimation Method for Harmonics in AC/DC Distribution Network Based on KalmanNet

MIAO Keyan; HUANG Manyun; SUN Kang; ZHENG Yuping; SUN Guoqiang

doi:10.7500/AEPS20250422007

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Dynamic State Estimation Method for Harmonics in AC/DC Distribution Network Based on KalmanNet

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Dynamic State Estimation Method for Harmonics in AC/DC Distribution Network Based on KalmanNet
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 2, Pages: 136-145(2026)
- 作者机构：
  
  1.河海大学电气与动力工程学院，江苏省南京市 211100
  2.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5108-202218280A-2-75-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20250422007
  CLC：
- Received：22 April 2025，
  
  Revised：2025-07-07，
  
  Online First：21 August 2025，
  
  Published：25 January 2026
- 稿件说明：
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缪可妍,黄蔓云,孙康等.基于KalmanNet的交直流配电网谐波动态状态估计方法[J].电力系统自动化,2026,50(2):136-145.

MIAO Keyan,HUANG Manyun,SUN Kang,et al.Dynamic State Estimation Method for Harmonics in AC/DC Distribution Network Based on KalmanNet[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):136-145.
缪可妍,黄蔓云,孙康等.基于KalmanNet的交直流配电网谐波动态状态估计方法[J].电力系统自动化,2026,50(2):136-145. DOI： 10.7500/AEPS20250422007.

MIAO Keyan,HUANG Manyun,SUN Kang,et al.Dynamic State Estimation Method for Harmonics in AC/DC Distribution Network Based on KalmanNet[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):136-145. DOI： 10.7500/AEPS20250422007.

摘要

随着配电网中交直流互联形式越来越多，网络中的谐波问题日益凸显，对谐波的实时监视和动态跟踪需求愈加迫切。然而，以扩展卡尔曼滤波（EKF）为代表的传统动态状态估计算法通常以基于经验设定的状态转移模型和高斯分布的量测噪声假设为基础，在实际交直流配电网中，易出现系统模型失配的情况，导致状态估计精度下降甚至失效。为此，提出一种基于卡尔曼网络（KalmanNet）的交直流配电网谐波动态状态估计方法，该方法将EKF与循环神经网络（RNN）进行融合，在传统EKF模型框架的基础上

省去了高维协方差矩阵的计算和存储，并用RNN代替对状态估计值的显式计算。在改进的三相不平衡33节点算例所拓展的交直流混合配电网上进行了测试分析。结果表明，与传统算法相比，所提方法具有更高的谐波状态估计精度和计算效率，且在坏数据场景下具有更强的鲁棒性。

Abstract

With the increasing number of AC and DC interconnection modes in the distribution network

the issue of harmonics in the network has become increasingly prominent

making the demand for real-time monitoring and dynamic tracking of harmonics ever more urgent. However

the traditional dynamic state estimation algorithms

represented by the extended Kalman filter (EKF)

are usually based on the empirically set state transition model and the measurement noise assumption of Gaussian distribution. In practical AC/DC distribution networks

these algorithms are prone to system model mismatch

leading to a decline or even failure in state estimation accuracy. To address this

a KalmanNet-based dynamic state estimation method for harmonics in AC/DC distribution networks is proposed. This method integrates EKF with recurrent neural network (RNN). Based on the framework of traditional EKF model

it eliminates the need for calculation and storage of high-dimensional covariance matrices and replaces the explicit calculation of state estimates with RNN. Testing and analysis are conducted on an expanded AC/DC hybrid distribution network derived from an improved three-phase unbalanced 33-bus case study. The results demonstrate that

compared with traditional algorithms

the proposed method exhibits higher accuracy and computational efficiency in harmonic state estimation

along with stronger robustness in the scenarios involving bad data.

关键词

Keywords

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