电力系统状态估计中相量量测应用及直流模型处理问题

论文题目: 电力系统状态估计中相量量测应用及直流模型处理问题

论文类型: 博士论文

论文专业: 电力系统及其自动化

作者: 赵红嘎

导师: 薛禹胜

关键词: 状态估计,相量测量装置,量测等效变换,分布式估计,测点优化配置,量测传输时延,量测匹配,交直流系统,快速分解算法

文献来源: 山东大学

发表年度: 2005

论文摘要: 电力系统状态估计为电力系统在线分析和控制功能提供电网实时工况,状态估计的性能直接影响分析的准确性和控制的效果。电网互联和电力市场化不仅使电力系统运行的复杂性和不可预知性增大,而且对分析和决策的准确性以及控制效果提出了更高要求,这就要求状态估计能够提供及时、准确、全面的电网实时工况。实时状态估计通过数据处理技术,滤除实时量测数据误差,获得最接近于系统真实状态的最佳估计值,量测数量、质量以及配置情况都会影响状态估计的性能。传统状态估计主要基于监控和数据采集(SCADA-supervisory control and dataacquisition)系统提供的遥测量。随着相量测量装置(PMU-phasot measurement unit)在电网中的推广应用,PMU量测已成为电力系统重要的数据源之一。PMU量测具有精度高、全网严格同步、更新周期短等优点,并实现了节点状态直接可测。由于成本原因,当前PMU配置还不能保证电网可观。如何在状态估计中有效利用PMU量测是当前必须面对和解决的问题。直流输电技术在远距离输电和电网互联中具有独特优势,在电力工业中得到了越来越广泛地应用,尤其将在我国西电东送和全国联网中起主导作用,交直流互联系统将会越来越多,而当前的状态估计算法还无法有效的考虑直流模型,研究快速可靠的交直流系统状态估计算法具有重要的理论和工程应用价值。本文主要针对PMU量测在状态估计中的应用以及交直流系统状态估计问题进行研究。PMU可以直接测量节点状态相量,如果PMU配置能使系统可观,则不需要进行状态估计。但是当前PMU配置不可能使系统可观,并且在相当长的时间内还难以实现。PMU的可观配置。本文对各种利用PMU量测的状态估计模型进行分析,提出当前可行的研究思路:集成PMU量测和SCADA量测,共同应用于非线性状态估计,利用PMU量测特性来改善状态估计性能,从而明确了深入研究的方向,促进了PMU量测的工程应用。在非线性状态估计中,利用PMU电压相量量测较方便,但直接利用PMU电流相量量测存在困难。本文提出两种利用PMU电流相量量测的新方法:把支路电流相量量测等效变换为支路功率量测;把支路电流相量量测等效变换为相关节点电压相量量测,从而使所有PMU量测都能在状态估计中得到有效利用。PMU可以直接测量所在节点状态量,并且PMU相关节点的状态量也可以直接推算出来,因此配置PMU后,会形成状态可观测的局部区域。本文充分利用山东大学博士学位论文该PMU量测特性,提出在非线性状态估计中利用PMU量测的另一种模型:在估计运算中直接把PMU节点状态量测值及PMU相关节点状态推算值作为估计值,并对该模型进行深入研究和仿真,指出该模型可以降低估计系统规模,提高估计方程的数值稳定性和迭代收敛速度,但由于PMU量测也存在一误差,该模型不一定会提高估计精度。本文首次提出非线性估计和线性估计结合的二次估计模型:首先把PMU节点的状态量测值及PMU相关节点的状态推算值作为估计值进行非线性估计,然后再利用非线性估计结果和PMU量测进行线性估计。该模型在利用PMU量测提高状态估计收敛速度的同时,可以进一步利用PMU量测来提高估计精度;在当前PMU不可观配置的情况下,这种模型可以作为从非线性估计到线性估计的过渡。传统分布式状态估计由于边界量测冗余度低,使边界节点估计精度低,边界量测坏数据不易辨识,并且在子系统参考节点协调时给全网估计值引入较大误差。本文首次把PMU量测应用于分布式估计,提出PMU量测新的应用领域:基于PMU量测进行子系统参考节点协调,并通过在子系统边界节点配置PMU,把PMU节点的状态量测值及PMU相关节点的状态推算值作为估计值,使子系统相互之间完全解藕,从而提高边界量测坏数据辨识能力。研究和仿真表明:利用PMU量测的分布式估计模型的估计精度和边界量测坏数据辨识能力都优于传统分布式估计模型。 PMU测点配置情况会影响状态估计的性能。本文基于PMU量测在状态估计中的两种利用模型:把PMU量测作为常规量测;把PMU节点的状态量测值及PMU相关节点的状态推算值作为估计值,分别从提高估计精度和估计方程数值稳定性出发,研究PMU测点优化配置问题,提出优化配置模型,引入禁忌算法实现了PMU测点优化配置。 SCADA量测传输时延的差别将影响状态估计精度;PMU量测和SCADA量测在传输时延、更新周期上差别很大,在状态估计中同时利用两种量测量时,必须考虑两种量测量的协调问题。本文基于对实际SCADA量测采样和传输系统的深入分析,创造性的提出量测传输时延均匀分布模型,基于该模型,分析了量测时延偏差对状态估计精度的影响,提出基于量测时延期望值对不同时延量测进行匹配的方法,使状态估计量测时延问题及PMU量测和SCADA量测协调问题获得了完美解决,并且该方法易于工程实现。越来越多的交直流联合系统的出现,迫切需要研究适合于工程应用的交直流系统状态估计算法。一个工程实用化的状态估计算法应该具有较少的计算量和内存占用量,并且收敛性好。本文提出一种新的交直流联合系统快速分解状态估一计算法,该算法实现了交流有功、无功和直流方程的解祸,并通过对直流方程用保

论文目录:

摘要

ABSTRACT

缩写及符号

第1章绪论

1.1引言

1.2电力系统状态估计研究现状

1.2.1经典状态估计模型

1.2.2状态估计算法

1.2.2.1解耦状态估计

1.2.2.2分布式状态估计

1.2.2.3状态估计改进算法

1.2.2.4动态状态估计

1.2.3可观测性分析

1.2.3.1可观测性分析方法

1.2.3.2量测配置

1.2.3.3非唯一可观问题

1.2.4不良数据检测和辨识

1.2.5配电网状态估计

1.3相量测量技术研究现状

1.3.1相量测量装置(PMU)原理

1.3.2PMU量测特点

1.3.3PMU量测应用

1.4交直流系统状态估计

1.5本文的主要工作

第2章计及PMU支路电流相量量测的状态估计模型

2.1引言

2.2PMU量测在状态估计中的应用模型分析

2.2.1线性状态估计模型

2.2.2非线性状态估计模型

2.2.2.1节点绝对相角的利用

2.2.2.2节点相对相角的利用

2.2.2.3节点相角的等效变换

2.2.3线性和非线性结合的状态估计模型

2.3有效利用PMU量测的状态估计模型

2.3.1PMU节点电压相量量测的应用

2.3.2PMU支路电流相量量测的应用

2.3.2.1支路电流相量变换为支路潮流

2.3.2.2支路电流相量变换为PMU相关节点电压相量

2.3.3参考节点PMU量测坏数据的检测和辨识

2.4将PMU量测值作为估计值的模型

2.5PMU量测在状态估计中应用模型的仿真比较

2.5.1状态估计精度

2.5.2状态估计方程的数值稳定性

2.5.2.1数值计算病态问题

2.5.2.2最小二乘问题的数值稳定性

2.5.3仿真结论

2.6小结

第3章利用PMU量测的二次估计模型和分布式估计

3.1引言

3.2PMU量测对状态估计收敛速度的改善

3.3二次估计模型

3.3.1线性估计模型1

3.3.2线性估计模型2

3.3.3线性估计量测权值的确定

3.3.4仿真算例

3.3.5由非线性估计到线性估计的过渡

3.4PMU量测在分布式估计中的应用

3.4.1分布式估计及主要问题

3.4.2基于PMU量测的子系统参考节点自动协调

3.4.3PMU量测对边界量测坏数据辨识能力的改善

3.4.4仿真算例

3.4.4.1估计精度和收敛性

3.4.4.2边界量测坏数据辨识能力

3.5小结

第4章计及状态估计性能的PMU测点优化配置

4.1引言

4.2PMU测点优化配置研究现状

4.3计及状态估计性能的PMU测点优化配置

4.3.1基于估计精度指标的优化模型

4.3.2基于估计方程数值稳定性指标的优化模型

4.4对网络拓扑变化的考虑

4.5PMU测点优化算法

4.6仿真算例

4.7小结

第5章量测量的时延差对状态估计的影响及其对策

5.1引言

5.2量测传输时延问题研究现状

5.3SCADA量测量传输时延模型

5.4量测时延对估计精度的影响

5.5时延量测的处理

5.5.1量测存在时延时的最优估计精度

5.5.2基于时延期望值的量测匹配

5.5.3估计精度和实时性的协调

5.6仿真算例

5.6.1IEEE14节点系统

5.6.2实际系统

5.6.3仿真结论

5.7小结

第6章交直流系统快速分解状态估计

6.1引言

6.2交直流系统状态估计研究现状

6.3快速分解状态估计算法

6.3.1直流系统模型及量测量

6.3.2估计算法

6.4仿真算例

6.5小结

第7章结论

附录：仿真系统数据

参考文献

致射

攻读博士学位期间发表论文

学位论文评阅及答辩情况表

发布时间: 2005-06-14

电力系统状态估计中相量量测应用及直流模型处理问题

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