基于相量量测的电力系统谐波状态估计(I)--理论、模型与求解算法

通过分析现有网络谐波分析理论的局限性与实践中所遇到的困难,提出了基于相量量测的电力系统谐波状态估计算法.选择节点电压作状态量,节点电压、支路电流与注入电流作量测量,建立了各种量测配置的量测方程以及谐波状态估计问题的数学模型.然后,通过总结谐波状态估计算法的基本特点与优化量测方程和母线的编号,提出了谐波状态估计的分层算法,大幅度降低了量测矩阵的维数.     

基于奇异值分解的电力系统谐波状态估计

用传统最小二乘法及其改进方法进行谐波状态估计时,大都是对谐波进行非同步测量,然后求解一个大型的超定线性方程组,其估计精度不足、计算量大、状态量测量数目多且费用昂贵。提出一种基于同步相量测量的谐波状态估计,并用复数奇异值分解求解病态线性复变量方程组的方法,可在系统状态非完全可观的情况下进行有效估计,降低了对测量冗余的要求。以IEEE30节点系统为例,采用同步测量方法测量支路的谐波电流和节点的谐波电压,分别用Matlab和基于奇异值分解(SVD)的最小二乘估计程序进行仿真。结果表明,用SVD算法对系统进行谐波状态估计时较为准确。     

计及PMU电压和电流量测量的三相状态估计的研究

基于GPS的同步相量测量单元（PMU）是一种新型的高精度测量装置,能够测量母线电压相量和支路电流相量.提出了基于PMU母线电压量测和支路电流量测的三相状态估计模型,在谐波测量中采用高精度FFT算法,有效地提高了测量精度.提出的基于PMU量测的三相状态估计和谐波状态估计可以从根本上解决电力系统电压、电流非纯正弦和三相不平衡所带来的误差影响,提高了状态估计精度和稳定性,最后讨论了对该算法的评估方法.     

基于混合量测的电力系统状态估计混合算法

研究了相量量测装置(PMU)相量量测和监控与数据采集(SCADA)量测混合使用时的数据匹配问题,提出了利用状态量转换预测得到预报系统状态和预报节点注入电流向量的方法。在此基础上,提出了应用PMU实时相量量测和预报节点注入电流向量的线性静态状态估计算法,以及应用PMU实时相量量测和预报系统状态的线性动态状态估计算法。文中将这2种算法与传统状态估计算法相结合,组成了状态估计混合算法,保证了状态估计的计算精度。该混合算法有效减少了状态估计的计算时间,对PMU的量测配置也没有严格的要求,具有很好的通用性。最后采用IEEE30节点系统对该方法进行了验证。     

基于可观性量测和梯度投影算法的谐波源定位

考虑量测配置的经济性和谐波源分布的稀疏性,提出一种基于可观性量测和梯度投影算法的谐波源定位方法。首先对电力系统网络拓扑结构的可观性进行分析,使嫌疑谐波源区域的量测配置达到可观;在此基础上,以支路谐波电流为量测量、节点注入谐波电流为状态量,采用梯度投影法实现了量测方程欠定条件下的谐波源定位。在IEEE 123节点系统上验证了提出方法的有效性,并将提出的方法与基于最小二乘法的谐波源定位做了对比。仿真结果表明,提出的方法能精确定位谐波源,且具有适应性好、抗干扰能力强的优点。     

一种适应于配电网的交叉逼近状态估计方法

配电网的高阻抗比特点使得传统的输电网快速解耦状态估计无法使用,且快速解耦状态估计无法处理配电网中大量存在的电流幅值量测,因而往往不满足可观性要求。为此,提出一种适应于配电网的交叉逼近状态估计方法,通过交叉迭代求解所有节点电压幅值的平方和所有支路两端的相角差,待收敛后再求解电压复相量。算例分析表明所提方法对高阻抗比的配电网具有很好的适应性,在满足计算精度要求的同时具有较高的计算效率。     

基于广域测量系统的状态估计研究综述

广域测量系统（WAMS）的逐步发展给电力系统在线分析方法提供了一个新思路。针对WAMS测量精度高、具有同步相量测量功能以及数据传输快等特点，分别从引入高精度节点电压相量量测的状态估计算法、引入高精度支路电流相量量测的算法、引入全部WAMS量测的算法以及其他与WAMS状态估计相关的问题等4个方面，介绍了目前引入WAMS量测的各种状态估计算法；并详细分析了各种算法的优缺点和适用范围，从工程应用出发研究其可行性，对部分算法给出了改进措施。讨论了WAMS的不良数据检测与辨识问题、相量测量装置（PMU）的最优配置问题以及基于PMU的动态状态估计和谐波状态估计等与WAMS状态估计相关的其他问题。     

基于正交匹配追踪算法的谐波源定位方法

为了在系统非全局可观时,仍能对节点注入谐波电流进行估算,对电网中的谐波源进行有效定位,文章提出了一种基于正交匹配追踪算法的谐波源定位方法。提出方法根据已知量测量和量测矩阵,基于压缩感知理论中的正交匹配追踪算法对欠定的系统谐波状态方程进行求解,估算了节点注入谐波电流,实现了系统一定程度非全局可观时的谐波源有效定位。通过与其他方法的仿真对比分析,验证了在改变谐波源数目和位置以及考虑测量误差时,提出方法具有更好的定位效果,说明了提出方法具有较高的适用性和抗干扰能力。     

基于全网架相量测量的抗差状态估计算法

鉴于海南电网实现了主网架全PMU覆盖,提出了一种基于全PMU量测的抗差状态估计算法。该算法以测点正常率最大为目标,兼顾功率、电压相量和电流相量量测,采用现代内点法实现系统非线性模型的高效求解。由于充分利用所有PMU量测数据,该算法可有效排除不良数据的影响。算例表明,所提算法显著地提升了状态估计的收敛率、合格率和计算频率。     

电力系统谐波状态估计量测配置算法研究

谐波状态估计技术是在全球定位系统和相量量测技术的基础上发展起来的一项新型技术,是电网谐波分析的一种有效手段.阐述了电力系统谐波状态估计可观性分析概念及主要方法;鉴于谐波量测系统成本造价高,在分析传统量测配置算法优劣的基础上,提出了序贯搜索法结合量测方程数值稳定性和量测子站最少化为目标函数的量测配置优化的算法,实现保证系...     

三相四线制台区电网的状态估计模型

提出一种三相四线制台区电网的状态估计模型。综合考虑电源和负荷端点三相节点的注入电流量测方程、中性点的虚拟量测方程、三相电压幅值量测方程以及T端点三相和中性点的零注入等式约束方程,以端点a、b、c三相及中性点电压的实部和虚部为状态变量,建立台区电网带等式约束的加权最小二乘状态估计模型。该模型采用牛顿法进行求解,并以IEEE13节点修正系统为例进行仿真分析。仿真结果表明,所提模型可有效解决台区电网的状态估计问题,且方法收敛可靠,速度快,满足工程要求。     

A novel hybrid state estimator for including synchronized phasor measurements

State estimator is crucial for on-line power system monitoring, analysis and control. With the increasing use of synchronized phasor measurement units (PMU) in power grids, how to utilize phasor measurements to improve the precision of state estimator becomes imperative. Since there are lots of traditional measurements in SCADA system and it is hard for phasor measurements to replace them in the near future, the best way is to develop hybrid state estimator which includes both phasor and traditional measurements to get better behavior. In this paper, a novel state estimator for including voltage phasors, branch current phasors and traditional measurements is proposed. The detailed model and how to calculate covariance matrix of PMU measurements are described in detail. New England 39-bus system and IEEE 118-bus system are used as test systems and the simulation results demonstrate that the proposed state estimation algorithm improves the precision greatly and gets better behavior as compared with other state estimators with or without phasor measurements.     

基于预处理共轭梯度迭代法的电力系统状态估计算法

随着中国电网省地一体化和输配一体化的不断发展,电力系统计算的维度越来越高.状态估计作为电力系统态势感知中的基础环节,需要保证其实时性,而加权最小二乘法是电力系统运用最广泛的状态估计方法.为此,针对加权最小二乘法在牛顿迭代过程中矩阵乘法和线性方程组求解耗时较长的特点,根据Krylov子空间方法中共轭梯度法的思想,设计了一种基于预处理共轭梯度迭代法的电力系统状态估计算法.该方法采用不完全LU分解法对原始线性方程组进行预处理,并采用图形处理器(GPU)并行加速技术对矩阵乘法、线性方程预处理和共轭梯度法迭代进行加速.算例分析表明了文中方法加速效果明显,内存和显存占用较低,经过不完全LU分解法预处理的线性方程组迭代次数少,能够满足大规模电力系统状态估计的实时性要求.     

一种含分布式电源的中低压配电网状态估计方法研究

为解决含分布式电源的中低压配电网中三相不平衡的状态估计问题,提出一种含分布式电源的中低压配电网状态估计方法。在包含分布式电源的中低压配电网中引入变压器等值模型,以节点注入电流方程为基础,建立了可同时处理三相三线制和三相四线制量测量的量测方程,扩大了其实用范围并提高了对系统的估计精度。其次,将直角坐标下线性零注入约束作为等式约束条件加入中低压配网状态估计模型中,使节点注入功率严格为零,并使计算过程得到简化。最后,采用细菌群体趋药性算法(BCC)对该模型进行状态估计。IEEE13节点修正系统算例的仿真结果验证了所提方法的有效性,且表明该方法具有良好的估计精度和收敛性。     

基于等效功率变换的配电网状态估计算法

提出一种基于等效功率变换的配电网状态估计算法，将配电网中的功率量测、电压幅值量测、电流幅值量测统一变换为支路首端等效功率量测，采用修正量测雅可比矩阵的迭代方法求解。该方法能够利用配电网中的各种量测，并且P，Q解耦迭代，有较高的运算效率和数值稳定性，对量测配置也无特殊要求。文中还提出一种通过添加零虚拟负荷量测提高数值可观性的方法，使原本不可估计的网络能够进行状态估计。     

电压源型直流输电的动态相量建模与仿真

为适应电力系统快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法—基于时变傅立叶级数的动态相量法,对电压源型直流输电(VSC-HVDC)进行建模和仿真。该方法通过保留与系统状态变量相对应的时变傅立叶级数中的重要项对原系统进行简化,首先建立用开关函数描述的VSC-HVDC换流站详细时域模型,在此基础上,给出VSC-HVDC动态相量模型的详细推导过程。在对VSC-HVDC进行动态相量建模的过程中,换流站的开关函数考虑直流分量和基频分量,直流传输线路只考虑直流分量,从而大大简化高频开关过程,在保证仿真精度的同时,大大缩短了仿真时间。通过MATLAB仿真软件用动态相量模型与详细时域电磁暂态(EMT)模型分别对VSC-HVDC进行仿真比较的结果表明,动态相量模型精确而有效,不仅可以精确描述VSC-HVDC的暂态变化过程,而且可以大大节省仿真计算时间。     

电力系统机电暂态的混合单调特性

结构愈发复杂的电网能够保持长期稳定运行,一定程度上得益于内在的系统特性。其中混合单调性衍生于单调性,其作为动态系统的定性性质,能够说明系统结构中固有的增长与衰减机制。电网机电暂态数学模型动态过程中的雅可比矩阵在不同时段往往具有不变的符号特征,符合混合单调系统特征,文中结合混合单调分解技术对系统关键状态变量起正作用和负作用的部分进行拆分,挖掘了各状态变量间的增长和衰减机制,进而分析了系统机电暂态尺度下的动态响应特性,解释了电网运行经验。基于混合单调分解结果构造了一个具有双边比较性能的单调增广系统,其顶点响应提供了原系统区间响应的快速估计,为不确定性问题提供量化分析结果。     

基于交流潮流模型的电网供电能力评价算法

提出了扩展的具有变量范围约束的交流潮流模型及其求解方法，可以考虑对节点电压、有功和无功注入功率以及对支路潮流的变动范围约束。在此基础上提出了基于交流潮流模型的电网供电能力评价算法，不仅满足节点功率平衡方程，而且满足对节点电压、有功和无功注入功率以及对支路潮流的变动范围约束，可以更准确地分析电网对负荷变化的适应性及供电能力，找出制约电网供电能力的原因。给出了计算实例。     

基于分布参数模型的双端非同步故障测距算法

基于线路分布参数模型,提出一种双端非同步故障测距算法。该算法根据电路叠加原理,将故障后的网络等效为正常状态网络和故障分量网络的叠加,然后以单相系统为例,以故障距离和非同步时间作为未知数,对正常电流电压相量和故障分量分别建立测距方程组,推导出故障距离的解析表达式,并给出了伪根的识别方法。文章还分析了该算法对三相系统的适用性。仿真结果表明,该算法消除了非同步时间的影响,适用于各种故障类型,无需选相,计算量小,测距精度高,较好地解决了双端测距中的数据不同步问题。     

基于电动汽车无功补偿的配电网电压调控策略

大规模电动汽车充电负荷将加重局部配电网节点电压偏离标称电压程度,且在时间和地点上具有随机性,传统无功补偿方式虽能解决上述问题但经济性较差。因此,提出了一种基于电动汽车无功补偿的电压调控策略,该策略通过有效调节充电机的运行功率因数,对节点进行无功补偿的同时改变充电有功功率,从而在保证节点电压安全稳定的同时又不降低配电网经济性。通过分析符合国内一二线城市特征的工作区域的出行行为特性和充电机变功率因数运行特性,计算了充电机运行功率因数的可调控范围,进而提出了以接入某节点的所有电动汽车充电机运行功率因数为优化变量,以减小节点电压与额定值差距、减小电压波动、电动汽车单位时间段内充入电量尽可能多为优化目标的节点电压调控模型,并采用免疫优化算法对该模型进行求解。最后以实际局部配电网为例,通过仿真验证了该策略的有效性。