基于pmu的狀態(tài)估計研究

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1、基于PMU的狀態(tài)估計研究1緒論1.1電力系統(tǒng)狀態(tài)估計研究的背景意義隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜，大容量、遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)輸電的時代已經(jīng)到來，所帶來的社會及經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的，但同時一系列運(yùn)行及技術(shù)難題也突顯出來。為確保電網(wǎng)能夠安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，電力系統(tǒng)對能量管理中心的自動化程度提出更高的訴求，要求能夠快速、精準(zhǔn)、直觀地反映電網(wǎng)的實(shí)時狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的運(yùn)行趨勢進(jìn)行分析和預(yù)測；及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中各種潛在的風(fēng)險，提出相應(yīng)的調(diào)整方案，從而保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行。計算機(jī)作為為能量管理系統(tǒng)中主要工具，通過對監(jiān)測系統(tǒng)上傳

2、數(shù)據(jù)的分析計算為高級在線應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)支撐。調(diào)度人員可以根據(jù)高級在線應(yīng)用程序的分析結(jié)果判斷電網(wǎng)運(yùn)行的狀況、調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，使電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。因此，建立可靠的實(shí)時量測數(shù)據(jù)庫是進(jìn)一步提高系能量管理系統(tǒng)在線應(yīng)用的關(guān)鍵。通常有兩種方法可以建立完善、可靠量測信息數(shù)據(jù)庫：一是通過增加量測裝置數(shù)量，并提高裝置的采樣頻率、精度及傳輸系統(tǒng)的可靠性，從硬件角度來實(shí)現(xiàn)；二是利用狀態(tài)估計算法對已有量測信息進(jìn)行濾波，從軟件角度，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和修正。增加量測設(shè)備會導(dǎo)致投資增加，而提高設(shè)備精度則會在技術(shù)上付出較大代價。如果能夠在現(xiàn)

3、有硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上對量測信息進(jìn)行估計，則可以有效利用現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備的潛力。既節(jié)省了投資，又實(shí)現(xiàn)了建立完整可靠數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)。狀態(tài)估計是處理量測數(shù)據(jù)、建立完整可靠數(shù)據(jù)庫的重要手段。它利用量測數(shù)據(jù)之間內(nèi)在的聯(lián)系，從數(shù)學(xué)的角度對量測量進(jìn)行濾波，給出最可能的結(jié)果。該方法被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測控制系統(tǒng)中[2]，在電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析中狀態(tài)估計主要是是針對系統(tǒng)實(shí)時狀態(tài)，通過對量測信息的處理獲取當(dāng)前時刻系統(tǒng)的運(yùn)行態(tài)勢。因此從本質(zhì)上講，狀態(tài)估計是一種擴(kuò)大的潮流計算，它與潮流計算的區(qū)別在于量測的種類和數(shù)目不同，除此以外，潮流計算是滿秩方程，方程數(shù)和未知數(shù)相同，而狀

4、態(tài)估計則是超定方程，不能求出精確解，只能給出滿足要求的近似解[1]。........1.2電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的作用電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的功能可以概括為兩大類，一是檢測系統(tǒng)量測信息中的不良數(shù)據(jù)，對帶有誤差的信息進(jìn)行修正，增強(qiáng)量測數(shù)據(jù)的可靠性；二是對量測信息進(jìn)行推算，估計出無法測量的系統(tǒng)信息，如節(jié)點(diǎn)相角，完善系統(tǒng)量測信息?？傮w說來，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計是根據(jù)系統(tǒng)的量測信息和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、參數(shù)，對系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行感知，即求出系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓相量，節(jié)點(diǎn)注入功率等，并由此建立相對可靠、完善的系統(tǒng)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫，為電力系統(tǒng)調(diào)度的高級在線應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。圖1

5、.1是電網(wǎng)量測系統(tǒng)和調(diào)控中心工作流程示意圖，從圖中能夠直觀了解到狀態(tài)估計上是量測信息進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的中間環(huán)節(jié)，它對量測系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送入調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫。其主要功能包括以下幾個方面[1]：(1)提高量測信息精度及可靠性。遙測系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)中通常包含量測誤差，因此被稱為生數(shù)據(jù)，狀態(tài)估計可以對這些含有誤差的生數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依據(jù)最優(yōu)估計準(zhǔn)則，求出系統(tǒng)最有可能的運(yùn)行狀態(tài)，去除或修正不良數(shù)據(jù)。(2)對不能直接測量的電氣量進(jìn)行估算，補(bǔ)充量測信息。利用已知測量和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可以通過電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程，對某些不能直接測量的電氣量進(jìn)行推算，如節(jié)點(diǎn)電壓

6、相角，從而完善量測信息。(3)辨識開關(guān)狀態(tài)。狀態(tài)估計可以根據(jù)量測信息修正偶爾出現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)錯誤，確保數(shù)據(jù)庫中的結(jié)線方式正確。..........2電力系統(tǒng)狀態(tài)估計理論基礎(chǔ)2.1電力系統(tǒng)狀態(tài)估計數(shù)學(xué)模型如圖2.1所示，在已知系統(tǒng)量測信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)的前提下，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計可以獲得系統(tǒng)更加可靠的運(yùn)行參數(shù)，并對錯誤的量測信息進(jìn)行辨識。電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，主要指電力系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括支路阻抗和電壓器阻抗及變比。在正常運(yùn)行中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不發(fā)生變化，可以通過查詢獲知。但是有載調(diào)壓變壓器的變比和無功補(bǔ)償電容是隨著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)變化的。通常

7、情況下，系統(tǒng)的模型參數(shù)都是無偏差的，但是出于某些因素的影響，可能無法得到準(zhǔn)確的系統(tǒng)參數(shù)，此時可以估計網(wǎng)絡(luò)的正確參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)接線狀態(tài)，即網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，隨著網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)的投切而發(fā)生變化。網(wǎng)絡(luò)結(jié)線狀態(tài)可以通過結(jié)線分析程序?qū)﹂_關(guān)的遙測信息進(jìn)行分析獲得。通常情況下，系統(tǒng)的接線狀態(tài)是無偏差的，但是遙信系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，將導(dǎo)致系統(tǒng)接線狀態(tài)偏差。SCADA量測量主要有七種，包括：節(jié)點(diǎn)的電壓幅值、有功注入功率和無功注入功率以及支路兩端的有功潮流和無功潮流。引入PMU量測信息后，節(jié)點(diǎn)電Pv壓相角可以作為直接量測量。這八種量測量在極坐標(biāo)下的量測方程如下：狀

8、態(tài)估計評價模型是從概率角度對算法的有效性及量測的配置進(jìn)行評估，有助于對算法的改進(jìn)。......2.2經(jīng)典狀態(tài)估計算法簡介加權(quán)最小二乘法是靜態(tài)狀態(tài)估計的基礎(chǔ)，因?yàn)楣烙嫿Y(jié)果質(zhì)量高，可以作為基準(zhǔn)與其他狀態(tài)估計算法進(jìn)行對比?？焖俜纸鉅顟B(tài)估計算法的簡化假設(shè)條件[1]：(1