状态估计和相角测量单元2009

9.7状态估计和相角测量单元EMS系统仅采集电压、电流、有功、无功等的有效值,缺乏对描述系统机电动态行为十分重要的相角、内电势及其派生量;且其得到的系统数据是历史的、不同步的,因此只能监测系统的稳态或准稳态运行情况广域测量系统中的同步相量测量单元(PMU)利用GPS系统的高精度授时信号,能实现对电力系统各个节点动态数据的同步采集。为解决电网安全稳定问题,提高电网动态安全水平和防止大停电事故提供了新的技术途径;为电力系统在线应用领域中的分析、控制功能的研究开发提供了新的数据源。状态估计和PMU和SCADA数据相比WAMS测量增加了测量类型---相角测量测量数据精度高---测量装置的等级高，同步误差小速度快tsts-2ts-1tp-4tp-3tp-2tp-1tp—SCADA量测—PMU量测利用PMU量测的状态估计SCADA与WAMS的联合相角测量单元(PMU)和广域测量系统（WAMS)MeasurementsSCADAPMUWAMSWideAreaMeasurementSystem关键问题：如何有效地利用同步相量测量数据为系统安全可靠运行服务PMU开发：90年代初，随GPS接收器的普及量测周期短(ms)：10ms,20ms量测点少：几个站至十几个站数据量大：1/10ms100/s6,000/min360,000/h8,640,000/d海量数据，需要数据挖掘，不然调度人员不能观察PMU相角测量单元正弦交流电路，电压和电流可以表述为IVIIVV对于上面简单的系统，有1V2V)(12112VVZI就是)(1221112VVIVVZI知道两个节点的电压相角，支路电流就能准确计算出来。相角，是时间正弦波零时刻的角度。mmXXtXtx21)sin()(计算支路电流，必须知道支路两端节点电压的幅值和相角。两个节点电压的相角，是面向相同“零时刻”（同一个系统时钟）的角度。如果不同步,时间不同步引起的误差为如果时间误差为1ms，则o18t180001毫秒误差=18度。测量相角，对时间要求高1V2V对时系统时钟)50(2HzfftPMU：相角测量单元WAMS：WideAreaMeasurementSystemWAMSofElectricalGRID=PMUBasedWAMS观察电网的时间密度，从秒数量级推进到毫秒数量级！PMU测量及应用发电厂和重要变电站安装PMU单元,对母线电压和线路电流进行三相交流采样采用相量算法计算正负零序相量、频率和功率，对于发电厂还得到机组的内电势相量由GPS接收器提供的高精度时钟信号将测量结果打上时标遵循共同的接口协议将带时标的相量数据打包,高速通信网络传送到数据中心数据中心对各子站的相量进行同步处理和存储计算系统惯性中心角度和各机组、母线的相对相角应用程序，对相量数据实时评估,动态监视电网安全稳定性进行离线分析为系统的优化运行提供依据与控制结合，提高电网的安全稳定水平和传输能力由PMU子站、调度中心站（主站）和国家电力数据通信网组成。PMU子站包括GPS、测量、监控和通信四个主要功能模块。GPS模块接收GPS授时信号，为测量和监控模块提供高精度时间信息测量模块采集和处理模拟量和开关量，生成带时标的同步相量数据；监控模块对PMU子站各功能模块进行监视和管理；就地计算机提供交互式人机界面，便于运行和调试时修改有关配置参数PMU子站经通信模块接入数据网，与主站进行通信。WAMS的构成主站设在省调度中心，包括通信前置机、服务器和应用工作站（1）数据中心由负责WAMS系统中心站与各子站以及其他数字系统数据通信的通信模块，以时间为断面保存数秒内（时间长度可定制）的实时相量数据库，对数据中心的数据和程序进行综合管理配置以及人机交互的数据中心管理模块，用以存放非实时数据和各种配置信息，并对其进行管理的历史数据库及其管理模块，提供WAMS信息的Web方式发布和管理的Web服务器构成。WAMS主站应用系统构成（2）调度工作站调度工作站设置在省调度室，主要完成WAMS的实时监测和分析功能，供调度员及时掌握时空坐标下的电网动态运行特性，主要包括系统图形界面、综合相量监视、机组安全稳定运行区域、进相深度和失稳预测、在线扰动识别等功能在PMU布点数目比较多的情况下，可实现利用各子站实时数据进行故障的定区，识别系统短路故障、机组振荡与失步、同调机组的识别、电压失稳等。提供“动画获取和回放”工具，可抓取显示界面任意区域的动态图像，并保存成.AVI文件格式，备将来回放和编辑。（3）分析工作站分析工作站设置在运行方式处，主要完成WAMS的离线和事后分析工作，为系统运行方式的制定和校核提供依据。主要功能包括扰动重演与分析子站数据回放利用频域分析工具分析系统的振荡模式仿真曲线校核自动读取BPA仿真计算结果,与实测曲线进行比较以及谐波分析负荷特性与机组参数的辨识等功能主要实现发电机进相控制、根据实时相角变化轨迹，实现诸如切机、切负荷、快关汽门、解列、再同步等一系列紧急安全控制、为发电机的励磁控制、调速控制、SVC电压控制提供同步相量信息实现闭环反馈控制。第二十八届中国电网调度运行会收录论文全集-6--6-（4）稳控服务器暂稳控制电压稳定稳态控制-状态估计保护-知道了当前毫秒级数据可知系统状态,不需要01启动地计算有利于系统动态（如摇摆情况）分析计算过程可更多地依赖测量,对于数学模型要求不同,可以大幅度简化计算的复杂性可以进行电压电流计算,对状态估计影响计算更依赖测量,适应于测量•在传统状态估计中引入高精度电压测量引入高精度电流测量•采用全部WAMS测量值的线性算法•在依据WAMS的线性算法中引入SCADA功率转换成电流的数据•线性和非线性估计混合进行9.7.1.引入高精度电压测量1.1把PMU测量值作为状态量的真值减少了被估计的状态量的个数可用于稳定控制对坏数据的检测识别要求在20~30ms,以保证稳定控制装置能在100ms内确定1.2增加PMU节点电压相量测量方程其雅可比矩阵的相应元素为1，使主对角元素增大，当权重较大时可提高估计精度，而低精度的相角测量对状态估计影响很小在原算法出现病态时，可减小迭代次数1.3引入PMU电压测量做初始值•有PMU测量的节点以PMU测量值为初值，其它节点仍采用平值启动（flatstart）9.7.2.引入高精度电流测量电压和电流是线性的，但是是复数代数方程，采用极坐标表示，实部虚部分开线性关系不复存在和电压相结合，变换成功率测量，再进行状态估计9.7.3.采用全部WAMS测量值的线性算法电压由直角坐标表示e+jf由PMU测量得到的电压相量，节点电流注入相量和支路电流相量的测量，算出点压、电流的虚部和实部的测量值，测量方程为z=Hx+vH系数矩阵jijiiijjiijijfbfbbeegI)()()Re(0ijiijijVyVVyI10)(jijiiijjiijijebebbffgI)()()Im(0iiiifVeV)Im()Re(线性方程直接求解，不再需要迭代计算速度非常快，但必须系统可观测，还要有一定的冗余度，要求有足够多的PMU,目前还难于达到要求]ˆ[]ˆ[1minxHzRxHzJTzRHxHRHTT11ˆ)(9.7.4.在依据WAMS的线性算法中引入SCADA功率转换成电流的数据•对于没有WAMS量测的支路，引入伪量测的概念，通过量测变换的方法把SCADA系统中的支路功率量测转换成等效支路电流相量量测，具体做法如22**))((iiiiijijiiijijeqijfejfejQPjfejQPVSI2222)(iiiijiijiiiijiijeqijfeejQfPjfefQePI9.7.5.SCADA与WAMS量测构成混和量测的状态估计每隔1分钟，传统非线性的最小二乘状态估计，其中计及PMU的相角测量，如1.和2.每隔5秒钟采用来自PMU的数据进行线性的状态估计如4.PMU测量不足，需要依靠前一时刻的SCADA估计结果，进行节点负荷预报，转换成电流相量的形式，伪量测，共同进行线性状态估计9.7.6.PMU配置测量系统的可观测性可直接测量型母线：该种母线配置有PMU，其母线电压和交汇于此母线的电流可以直接测量，记为M型母线。可计算型母线：没有配置PMU但状态可观的母线，即该母线可以直接或间接利用PMU的电流量测量计算得出该母线的电压，记为C-1型母线和C-2型母线，C-2型母线仅由一零注入的C-1型母线相连不可观测型母线：除M、C型两类母线外，其它均为不可观测型母线，记为U型母线。9.7.7.不良数据的检测与辨识两套系统的测量数据同时同地出错的概率较小，可以互为备用，相互校对当SCADA出错时，对其可疑数据取相应的WAMS中的电压数据，或计算出相应的功率数据，替代SCADA数据当WAMS检出可以数据时，又与其采样速度远高于SCADA数据，只有在平稳的电网运行状态下,才可以相互校对9.7.7.基于PMU的动态状态估计动态状态估计能合理利用当前量测，有能有效跟踪系统动态，多采用KALMAN滤波算法WAMS系统数据同步性好，数据采集、传输快，可实时监测系统动态二者的结合能更好的发挥优势PMU相结合的动态状态估计也是线性的，计算速度提高新息图和PMU的结合，可形成交流新息图建模，更好的进行坏数据和拓扑变化的识别第十章调度员模拟培训拟调度员培训模拟器提供与实际系统完全相同的运行环境，用来培训调度员完成电力系统正常和故障下的操作任务。设计目标认识和理解电力系统运行规律；取得各种状态：安全、不安全、紧急和恢复条件下的决策与控制经验；增强在现有信息和控制条件下作出调度决策的能力。设计原则对电力系统动态行为仿真模拟；精确模拟调度员用的人机会话（MMI）培训全部EMS功能，不多不少精确模拟EMS计算机的性能。电力系统、能量管理系统和调度员培训模拟器的关系电力系统模型教员系统网络分析发电控制发电控制软件平台数据收集数据收集网络分析硬件平台电力系统教员学员调度员调度员培训模拟调度室电力系统电力系统模型调度室模型电力系统模型潮流计算进行电力系统模拟，电力系统模型中用到的潮流属于动态潮流也就是说，常规潮流的平衡条件得不到满足时，系统中存在净加速功率或净减速功率，动态潮流将净加速功率分配给各机组，而不是由平衡机承担当系统负荷变化时，产生不平衡功率，而系统的净加速功率可由系统的总注入功率减去总的负荷与网损得到，表示为:LOSSkdNkkGNkAPPPP,1,1系统的净加速功率在系统中出现功率差额时,系统的实际情况是系统的频率发生了变化，其关系应满足:fKPiGAi,性台发电机的静态频率特也就是第率台发电机的单位调节功第台发电机的加速功率第其中iiKiPiGAi,,fKPiGNiAiNi,11对于所有发电机系统的功率-频率特性为系统频率变化和净加速功率的关系fKPiGNiAiNi,11其中，即fKPGAiGNiGKK,10,1,1fKPPPPGLOSSkdNkkGNksys为全系统有功功率的失配量动态潮流问题要满足下面三个方程0)sincos(,,ijijijijjiidiGiBGVVPPP0)cossin(,,ijijijijjiidiGiBGVVQQQ0,1,1fKPPPPGLOSSkdNkkGNksys配量是全系统的有功功率失配量有功功率和无功功率失是节点sysiiPiQP,其中)(1,1,0,0,,LOSSNkkdNkkGiiGAiiGiGPPPxPPxPPqqppmnididmnididfVQQfVPP0,,0,,0)sincos