配电网状态估计-80页

电论与应配电网理论与应用DistributionSystemTheory&Application第4讲配电网状态估计第讲配电网状态估计何何正正友友何何正正友友2014.10.14本讲内容41概述4.1概述42配电网状态估计数学描述与算法4.2配电网状态估计数学描述与算法4.3基于量测变换的配电网状态估计西南交通大学电气工程学院4.1概述问题的提出问题的提出用户对电能质量和可靠性要求越来越高；配电系统SCADA系统被越来越多地安装，能够提供实时数据供配电系统分析和控制使用；出于经济性的考虑，测量设备安装的数目是有限的，因此实时数据是不足的时数据是不足的；由于设备和通讯的问题，传送到控制中心的数据有可能不正确、不可靠或者时延的；配电网状态估计（DSE）是解决上述问题一种高效的方法配电网状态估计（DSE）是解决上述问题种高效的方法4.1概述DSE的功能DSE的功能探测网络拓扑变化；估计出系统的状态，计算出系统的潮流分布；是其他配电自动化高级应用的基础4.1概述状态估计是在获知全网的网络结构条件下结合从馈线FTU和母状态估计是在获知全网的网络结构条件下，结合从馈线FTU和母线RTU得到的实时功率和电压信息，补充对不同类型用户观测统计出的负荷曲线和负荷预测数据以及抄表数据，运用新型的数学和计算机的负荷曲线和负荷预测数据以及抄表数据，运用新型的数学和计算机手段，在线估计配电网用户实时负荷，由此获得全网当前时刻各部分的运行状态和参数，为其他配电系统高级应用软件提供可靠的实时数据信息。目前，在大部分高压输电网中已经成功应用了状态估计，但是在中低压城乡配电网中的应用还处于起步阶段。配电网是由变电所、配电线路和配电变压器组成的网络结构是直接面向用户的基础用电设电线路和配电变压器组成的网络结构，是直接面向用户的基础用电设施，其运行的安全、可靠直接关系到是否能较好的满足人民日益增长的用电要求，因此，配电网实时状态估计具有重要的实际意义。西南交通大学电气工程学院的用电要求，因此，配电网实时状态估计具有重要的实际意义。4.1概述411实时数据的误差和不良数据4.1.1实时数据的误差和不良数据①首先要由量测器（电压互感器和电流互感器）测得电压和电流；②通过功率变换将者相②通过功率变换器将两者相乘并变换到统一规格的信号电压；号电压；③再由模/数转换器化为数学编码；④由远动通道送到调度中心，再通过接口进入计算机。这些环节均有误差并可能出这些环节均有误差，并可能出现故障或受到干扰，因此量测值与其真实值总是有差异的配电网中数据量测—传送—处理系统工作示意图值与其真实值总是有差异的。4.1概述411实时数据的误差和不良数据4.1.1实时数据的误差和不良数据量测值与真实值的差值称为量测误差配电网量测误差来源大体可归纳为量测值与真实值的差值称为量测误差配电网量测误差来源大体可归纳为：（1）量测器（电压互感器和电流互感器）的误差；（2）变换器的误差（2）变换器的误差；（3）模/数转换器的误差；（4）数据传送过程的误差（用模拟量传送时）；（5）量测和传送过程中的时间延迟（量测器有一定的时间常数，传送设备有一定的传送速度，采样又按一定的周期扫描）；（6）运行中三相不平衡及功率因数的变化，会给单相量测和计算带来误差。4.1概述411实时数据的误差和不良数据4.1.1实时数据的误差和不良数据对一个经过良好校对的量测系统来说其误差具有正态分布的性对一个经过良好校对的量测系统来说，其误差具有正态分布的性质，即对应每一量测量，有量测误差标准差σ，在正常量测采样条件下几乎有9973%量测值的误差在的范围内有68%在的范3下几乎有99.73%量测值的误差在的范围内，有68%在的范围内。3一般来说，配电网遥测量的标准误差σ大约为正常量测范围的0.5~2%因为在正常量测条件下，误差大于的量测值出现的概率仅为027%即几乎是不可能出现的事因此误差大于的量测值33为0.27%，即几乎是不可能出现的事。因此，误差大于的量测值就可以认为是不良数据，但实用中所采用的不良数据的界限要远远大于的标准般为大于以上33大于的标准，一般为大于以上。3(6~7)4.1概述411实时数据的误差和不良数据4.1.1实时数据的误差和不良数据配电网调度中心接受到的不良数据的来源可能是：配电网调度中心接受到的不良数据的来源可能是：（1）量测与传送系统受到较大的随机干扰；（2）量测与传送系统出现的偶然故障；（3）配电网快速变化中各测点间的非同时量测；（4）系统正常操作或大干扰引起的过渡过程。目前我国配电网中主要用微波和电力线载波通道传送数据，实测通道的误码率在10-4~10-5之间。假设有一个200个测点、以30秒为周期的采样系统平均分钟可能出现个不良数据那么天可能接到到样系统，平均2.5~25分钟可能出现一个不良数据，那么一天可能接到到58~576个不良数据。定义—生数据：这种由远动装置直接传送来的数据具有较大的误差，偶尔还包含不良数据，习惯数据具有较大的误差，偶尔还包含不良数据，习惯上称为生数据。4.1概述412配电网状态估计的用途4.1.2配电网状态估计的用途配电网状态估计的主要功能是：（1）根据量测量的精度（加权）和基尔霍夫定律（网络方程）按昀佳估计准则（一般为昀小二乘准则）对生数据进行计算，得到昀接近于系统真实状态的昀佳估计值所以通过状态估计可以提高数据精度真实状态的昀佳估计值。所以通过状态估计可以提高数据精度。（2）对生数据进行不良数据的检测与辨识，删除或改正不良数据，提高数据系统的可靠性。（）推算出完整而精确的配电网的各种电气量例如根据周围相邻的变（3）推算出完整而精确的配电网的各种电气量。例如根据周围相邻的变电站的量测量推算出某一没有装远动装置的变电站的各种电气量。或者根据现有类型的量测量推算另一些难以量测的电气量，例如根据有功功率量测值推算各结点电压的相角。（4）网络结线辨识或开关状态辨识。根据遥测量估计电网的实际开关状态，纠正偶然出现的错误的开关状态信息，以保证数据库中电网结线方态，纠正偶然出现的错误的开关状态信息，以保证数据库中电网结线方式的正确性。（5）数据预测。可以应用状态估计算法以现有的数据预测未来的趋势和可能出现的状态（配电网负荷预测和水库来水预测）这些预测的数据可能出现的状态（配电网负荷预测和水库来水预测）。这些预测的数据丰富了数据库的内容，为安全分析与运行计划等提供必要的计算条件。4.1概述412配电网状态估计的用途4.1.2配电网状态估计的用途配电网状态估计的主要功能是：配电网状态估计的主要功能是：（6）参数估计如果把某些可疑或未知的参数作为状态量处理时也（6）参数估计。如果把某些可疑或未知的参数作为状态量处理时，也可以用状态估计的方法估计出这些参数的值。例如带负荷自动改变分接头位置的变压器，如果分接头位置信号没有传送到中调时，可以作为参数把它估计出来当然根据运行资料估计某些网络参数以纠正为参数把它估计出来。当然根据运行资料估计某些网络参数，以纠正离线和在线计算中这些参数的较大误差也不是非常困难的事情。状态估计的这种用法称为参数估计。（）通过状态估计的离线模拟试验可以确定配电网合理的数据收集（7）通过状态估计的离线模拟试验。可以确定配电网合理的数据收集与传送系统。即确定合适的测点数量及其合理分布，用以改进现有的远动系统或规划未来的远动系统，使软件与硬件联合以发挥更大的效益，既能保证数据的质量而又降低整个数据量测—传送—处理系统的投资。4.1概述412配电网状态估计的用途4.1.2配电网状态估计的用途综上所述，配电网状态估计是远动装置与数据库之间的重要一环。①输入：它从远动装置接受的是低精度、不完整、偶尔还有不良数据的生数据的生数据。②输出：它输出到数据库中的是提高了精度、完整而可靠的数据（熟数据）数据）。状态估计提高了数据精度，滤掉了不良数据，还相当于补足了一些测点，并能得到某些难以直接量测的物理量（如结点电压的相角）。测点，并能得到某些难以直接量测的物理量（如结点电压的相角）。4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述配电网实时潮流问题的状态估计的输入和输出模型配电网状态估计需要量测系统和电力网络两方面的数据和信息。4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述1.量测系统的数学描述量测系统的数学描述包括量测值和量测设备两方面：（1）量测值z包括对支路有功功率和无功功率、结点注入有功功率和无功功率及结点电压值的量测，是m维矢量。量测值的来源有两个方面：绝大多数是通过遥测得到的实时数据；实也有一小部分是人工设置的数据。这些非遥测数据被称为伪量测（PseudoMeasurement）数据。它们可能是预报值或者通过电话询问得（PseudoMeasurement）数据。它们可能是预报值或者通过电话询问得到的数值。4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述1.量测系统的数学描述（1）量测值z每个量测值都是有误差的，可以描述为：0zzv式中假设的量测量的真值式中，z0--假设的量测量的真值；vσ--量测误差，假设是均值为0，方差为σ2的正态分布随机矢量，它是m维矢量。有时量测值中还包含有不良数据，可以描述为：b0zzvb式中，b--不良数据（BadData），它是附加到vσ上的异常大的误差。σ4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述1.量测系统的数学描述（2）量测设备的描述包括量测设备的种类、装设地点、可用情况和仪表精度的信息。仪表精度用量测误差方阵R表示：E[vσvσT]=R，它是mxm维对角阵，各元素是：Ri=σi2。在状态估计中取量测误差方差阵的逆矩阵R-1为量测量的加权阵。量测值z随每次采样而变化；量测系统信息在运行中基本不变，仅在量测系统扩张或检修时才出现变化。4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述2.电力网络的数学描述电力网络在状态估计中的数学描述包括网络参数和网络结线两个方面：络结线两个方面：（1）网络参数p固定的参数：包括线路参数和变压器参数。线路参数用电阻、电抗和对地电纳表示，变压器参数用电抗和变比表示（一般不必考虑电阻）。这些参数是由实际测试或设计计算中得到的，一般在运行中是不变化的。变化的参数网络的某些参数如带负荷调压变压器的变比和补偿电容变化的参数：网络的某些参数，如带负荷调压变压器的变比和补偿电容器的电容值在运行中是变化的。在般状态估计模型中假设网络参数是无误差的但由某些原因得在一般状态估计模型中假设网络参数是无误差的，但由某些原因得不到准确的网络参数时，也可以进行参数估计，这时要用到带误差的参数误差模型：数误差模型：pv式中，ρ--参数真值；vρ--参数误差；4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述2.电力网络的数学描述（2）网络结线状态s表示网络中支路的联接关系主要决定于开关状态通过遥信表示网络中支路的联接关系，主要决定于开关状态。通过遥信或电话通知得到运行中开关状态的变化，由结线分析得到网络结线状态（即网络模型）。在一般状态估计模型中假设网络结线状态s是准确的，但遥信传送的开关状态出现错误时，将引起网络结线模型错误，这时要用包送的开关状态出现错误时，将引起网络结线模型错误，这时要用包含错误的网络结线模型：scsc式中，ζ--真实网络结线状态；网络结线错误c--网络结线错误。4.1概述413配电网状态估计问题的数学描述4.1.3配电网状态估计问题的数学描述3.配电网状态估计的量测方程配电网状态估计的量测方程：(,,)pzhxpsvvcb式中是基于基尔霍夫定律建立的量测函数方程，其数目与量测数一致也是m()h数致，也是m。上式是昀完整的量测模型，实际上针对不同的使用目的仅取其中上式