配电系统状态估计DSE

配电系统状态估计(DSE)报告人：董树锋导师：卢强教授2019.5主要内容配电系统状态估计(DSE)概述DSE的基本理论配电系统结构特点和建模配电系统状态估计的方法工作目标和计划1.配电系统状态估计(DSE)概述1.1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；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，不可靠或者是时延的；DSE是解决上述问题一种高效的方法1.配电系统状态估计(DSE)概述1.2DSE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1.配电系统状态估计(DSE)概述1.3SE的历史输电系统级的状态估计，已经有30多年的应用历史，已经成为一项成熟的技术对配电状态估计的研究不过是近十几年的事如何把输电系统成熟的状态估计技术运用到配电系统中，是DSE技术研究的一个主要的方向2.DSE的基本理论电力系统的量测量方程可表示为vxhz)((2-1)式中z为量测值矢量；h(x)为量测量的计算值矢量；v为量测误差矢量采用加权最小二乘估计，则给定量测矢量z以后,状态估计矢量x是使目标函数J(x)达到最小的x的值)]([)]([21)(1xhzRxhzxJT(2-2)1R式中表示量测量的权重，且是对角阵，当x使得J(x)最小时：0)]([)(1xhzRHxxJT(2-3)叫量测Jacobian矩阵xxhxH)()(2.DSE的基本理论（2-3）式是个非线性方程组，不易用解析的方法直接求解，可以用牛顿拉夫逊方法迭代求解，第i步迭代中，有)]([)(11iTiiiTixhzRHxHRH(2-4)iiixxx1(2-5)（2-4）式中称为Gain矩阵1[]THRH当小于一个足够小的数时，我们认为迭代已经收敛，求得的x即为状态估计后的状态变量ix3.配电系统结构特点和建模3.1配电系统的结构特点配电系统主要是由馈线构成，而馈线主要是辐射形式的，在某些情况下可能有少量的弱环网结构出现，而且最主要是单环网；配电系统是三相不对称的，馈线的支路可能是单相、双相或者三相的；馈线的负荷很分散，这些负荷对民用电往往是单相或者三相，对商业和工业用电来说往往是三相的；馈线段部分常是很短的线路，没有经过换位，支路电阻r和电抗x之比r/x一般比较大；3.配电系统结构特点和建模3.2配电系统馈电线建模根据根据配电系统的特点，馈电线采用三相建模，如图：将地节点消去，电压电流关系可以写成：cbacbacbaIIIZZZZZZZZZVVVVVV333231232221131211(3-1)3.配电系统结构特点和建模3.2配电系统馈电线建模将上式写成导纳矩阵形式有：ccbbaacccbcabcbbbaacabaacbaVVVVVVYYYYYYYYYIII三相馈电线的等值电路为：(3-2)4.配电系统状态估计的方法配网通常缺少实时量测，需要补充虚拟量测数据才能够进行状态估计计算。因此有必要发展适合配电网的状态估计算法。目前，DSE一般都采用加权最小二乘法(WLS)4.配电系统状态估计的方法4.1不同状态估计方法之间的区别状态变量的选取节点电压做为状态量(直角坐标/极坐标)支路电流作为状态量(直角坐标/极坐标)对量测量的处理对量测量不转换；功率量测、电流幅值量测都转换成等效电流量测；建模的细节4.2主要的几种方法4.2.1Baran将节点电压和相角作为状态变量，利用Jacobian矩阵做迭代,问题是如果P,Q测量值不足的情况下，对电流相角无法比较准确的估计，算法的收敛好坏就很难保证，并且该算法需要求Jacobian矩阵，计算量大假设变电站电源点的电压为三相平衡电压,将电压和电流的三相分量移相每个节点电压的a，b，c相电压的相位差很小,Jacobian阵中与电压/功率量测有关的元素近似为常数假定电压都为1，相角都为0，只利用只含有电压/率量测量的元素的Jacobian矩阵进行迭代k次得到电流相角的近似值，添加Jacobian矩阵中有关电压/电流量测量的元素电流相角变化大?修正Jacobian矩阵用Jacobian矩阵进行迭代运算已经收敛？结束NYYN4.2主要的几种方法4.2.2Baran和kelley提出了一种基于支路电流的状态估计算法。该方法以支路电流为状态变量，通过量测变换，将各种量测变换成等值的复电流量测，使法方程三相解耦，稍加改动，就可应用于弱环状的配电网。该算法忽略电压幅值量测，Gain矩阵较复杂，很大程度上限制了它在实时数据不足的配电系统中的应用4.2主要的几种方法4.2.3Lu，Teng和Liu提出了一种配电状态估计的实用算法。在直角坐标下，用节点电压的实部和虚步作为状态量。ccbbaacccbcabcbbbaacabaacbaVVVVVVYYYYYYYYYIII)]()()()()()([ccacccacbbabbbabaaaaaaaaraffbeegffbeegffbeegI)]()()()()()([ccacccacbbabbbabaaaaaaaaiaffgeebffgeebffgeebIaaarageIaaarabfIaaaiabeIaaaiagfI由上面两式，可得：(4-1)(4-2)4.2.3Lu,Teng和Liu提出的一种配电状态估计的实用算法。多种类型量测，包括支路功率量测，支路电流幅值量测，节点注入功率量测，节点注入电流幅值量测都相应的转换成等效电流量测，并用直角坐标表示，电压幅值量测转化为等效电压量测，并用直角坐标表示，得到一个恒定的Jacobian矩阵。该算法能够处理环网和所有现有的量测，Gain矩阵恒定，只需要做一次因子分解。不足之处在于，该算法的Gain矩阵三相不解耦，虚实部也不解耦，收敛性的好坏与等效电流量测和等效电压量测的估计好坏有关。4.2主要的几种方法4.2.4小结还有不少方法是对上面介绍的几种方法的改进状态变量的选择和量测量的变换应该有利于获得恒定的Gain矩阵，减少计算量如果Gain矩阵可以三相解耦或者虚实部解耦，可以提高计算速度，很多改进都是在这方面下功夫5.工作目标和计划5.1需求分析需要一种实用、稳定、高效、易于编程实现的状态估计核心算法，针对配电系统特性，可以用于对大规模配电系统的状态估计需要实用化的软件，它应该包含上述的核心算法，同时具备跨平台，可视化操作的特点，适用于工程实际，程序需要利用中间件技术，采用统一接口，易于扩展，适应于各种数据库平台5.工作目标和计划5.2工作目标设计配电系统状态估计算法很强的输入数据适应性算法的适应面广，效率高输出结果标准化编写新的配电系统状态估计计算软件跨平台结合实时数据库中间件在面向对象的基础上构架5.工作目标和计划5.3工作计划第一阶段(2019.5~2019.7)：现有理论算法进一步深入研究和消化吸收，设计出一种可以实用化的算法第二阶段(2019.7~2019.12)：再分为2到3个阶段，分别利用上述算法进行软件设计工作，编写出新的状态估计软件通过多个算例对理论研究的结果进行验证﹑分析，并且根据结果来总结﹑思考和修订Thankyou!