计及PMU的电力系统状态估计混合模型的研究

在等效电流量测变换状态估计模型的基础上引入旋转变换,实现方程的实、虚部严格解耦,并建立一种非线性估计和线性估计相结合的混合状态估计模型:首先把PMU节点的状态量测值以及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。该模型可以充分利用PMU的量测,提高状态估计收敛速度,同时可以进一步利用PMU量测来提高估计精度,所需的存储量较小,具有较好的工程应用前景。最后采用IEEE14和IEEE30节点系统对该模型进行了验证。     

计及PMU的二次状态估计模型的研究

随着相量测量装置（PMU）在电网中的推广应用,其量测结果己成为电力系统重要的数据源之一。将PMU支路电流量测转换为支路潮流量测,使电流相量量测在状态估计中得到了有效的利用。二次估计模型首先把PMU节点的状态量测值作为估计值,PMU支路量测通过变换参与到非线性估计,收敛后再利用非线性估计结果和PMU量测进行线性估计。该模型在充分利用PMU量测特性,保持较高的估计精度的同时,也提高了方程数值稳定性和收敛速度。在快速分解算法的基础上,通过IEEE9和IEEE30节点系统仿真验证本文模型的有效性。     

一种基于等效模型电网动态过程状态估计方法

提出了一种电网动态过程状态估计算法,利用快速、带时标的PMU量测估计电网扰动后的动态过程.该算法以扰动前的静态状态估计结果作为初始断面,对PMU量测不可观测区域的电网模型进行等效处理,在有限的PMU量测条件下可获得电网扰动后动态过程中的连续断面.动态过程状态估计的信息矩阵一次形成后保持恒定,可对连续的PMU量测断面进行计算,满足电网动态过程实时监视和控制的需要.对七节点系统支路故障后的扰动过程进行动态状态估计,验证了所提算法的可行性.     

计及PMU支路电流相量的状态估计模型

评述了相量量测在电力系统状态估计中的各种应用模型,包括仅采用相量测量装置(PMU)的量测进行线性估计、在非线性估计中加入PMU电压幅值和相角量测,以及把非线性估计和线性估计结合等方案.把PMU量测值直接作为估计值虽然可以降低估计的维数,但不一定有利于估计精度.当前PMU的配置还难以满足可观性要求,故必须将PMU量测与其他量测一起用于状态估计.但在非线性估计中,很难直接利用PMU支路电流量测,特别是其相角量测.文中提出通过量测变换来计及PMU支路电流幅值和相角量测的模型.对各种非线性估计模型的仿真说明该模型的估计精度优于其他方案.     

动态状态估计中PMU配置的离散粒子群优化算法

以提高动态状态估计精度为目标，采用离散粒子群优化(discrete particle swarm optimization，DPSO)算法对同步相量测量单元(phsor measurement unit，PMU)的配置点进行优化。该方法克服了传统解析优化方法难以适应不连续目标函数和不连通约束域等情况的缺点，同时，在配置有限PMU的情况下使PMU量测量发挥最大效益。最后对基于扩展Kalman滤波算法的动态状态估计模型进行仿真，证明了经DPSO优化后的配置与随机配置相比最大可能地利用了PMU的高精度量测信息，充分发挥了PMU量测的优点，大大提高了动态状态估计的精度。     

基于断路器零阻抗特性的PMU量测状态估计方法

互感器和通信系统噪声使得相量测量单元(PMU)量测量存在随机误差,使得PMU无法准确监测系统动态过程,因此提出一种动态过程中基于PMU量测的状态估计方法。针对故障后网络拓扑改变,集中式状态估计不再可行的问题,提出适用于动态过程的分布式状态估计框架;基于零阻抗特性构造了断路器状态未知情况下的非线性虚拟量测方程,进一步提升冗余度;建立了动态过程中计及断路器零阻抗虚拟量测的状态估计模型,推导了雅可比矩阵的具体形式,并采用非线性加权最小二乘(NWLS)对模型进行求解。仿真分析表明该方法不但能够对节点电压相量和断路器电流相量进行估计,同时能够确定状态未知断路器的开合状态,同时算法满足应用的实时性要求。     

一种基于等效模型电网动态过程状态估计方法

提出了一种电网动态过程状态估计算法,利用快速、带时标的PMU量测估计电网扰动后的动态过程。该算法以扰动前的静态状态估计结果作为初始断面,对PMU量测不可观测区域的电网模型进行等效处理,在有限的PMU量测条件下可获得电网扰动后动态过程中的连续断面。动态过程状态估计的信息矩阵一次形成后保持恒定,可对连续的PMU量测断面进行计算,满足电网动态过程实时监视和控制的需要。对七节点系统支路故障后的扰动过程进行动态状态估计,验证了所提算法的可行性。     

基于SCADA/PMU混合量测的广域动态实时状态估计方法

根据来自监视控制与数据采集(supervisory control and data acquisition，SCADA)系统和相量测量单元(phasor measurement unit，PMU)的数据特点，提出了一种基于SCADA/PMU混合量测的广域动态实时状态估计方法，该方法充分利用了各节点间电压变化的相互联系，通过SCADA系统提供的初始值和安装PMU的节点的电压量测可简单地获得其他未安装PMU节点的电压相量。该方法有效地解决了在PMU配置不足的情况下如何观测电网状态以及如何在动态过程下实时观测电网。最后，通过对新英格兰10机39节点系统的多种故障进行仿真，验证了该方法的有效性和准确性。     

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PMU量测数据和SCADA数据融合的电力系统状态估计方法

针对传统静态状态估计方法的缺点,提出了一种改进的电力系统状态估计方法,即将部分节点相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测数据与监控数据采集(supervisory control and data acquisition,SCADA)量测数据融合进行电力系统的全网状态估计。该方法简化了系统的雅可比矩阵,缩短了计算时间。文章研究了PMU和SCADA系统融合改进后的快速分解法,针对SCADA量测数据的缺点,通过历史数据库对潮流数据进行预测,并依据PMU量测量对系统进行分析,继而进行系统全网状态的动态监测。通过算例证明,与传统的估计方法相比,该方法改善了状态估计的精确性,减少了迭代次数,细致地描绘了电网状态的变化过程,为调度中心下一步的决策提供了依据。     

利用PMU数据提高电力系统状态估计精度的方法

同步相量测量单元(phasor measurements units,PMU)因能测得高精度的同步相量数据而被广泛应用于电力系统中,而传统的监控及数据采集系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)是电力系统运行和静态安全监视的基础。文中提出了一种PMU与SCADA数据共存的数学模型用于电力系统状态估计。该模型在保留原有SCADA数据的同时,通过虚拟测量方法对PMU观测范围进行大范围拓展,提高数据冗余度及状态估计的精度。仿真结果表明,该方法具有较高的估计精度,且不受网络拓扑结构和PMU数量限制,适于SCADA和PMU数据共存系统。     

基于线性整数规划模型的高适应性PMU配置算法

PMU布点问题需要在满足一定约束的条件下同时优化2个相互冲突的指标：配置PMU的数目(或费用)最少和测量冗余度最高。文章提出基于线性0-1整数规划的模型并用来求解系统正常运行方式下完全可观测的PMU配置方案,还分别给出了线路N-1故障时以及PMU N-1故障时系统仍可观测的PMU配置模型,该模型不仅考虑了PMU实测数据,还计及了可用的潮流数据和零注入节点。文章通过将零注入节点转化为潮流已知线路巧妙地回避了模型的非线性问题。通过对IEEE测试系统和浙江电网进行仿真,验证了所提方法的有效性和灵活性。     

一种改进的相量测量装置最优配置方法

以电力系统状态完全可观测和相量测量装置(PMU)配置数目最小为目标,提出了一种改进的PMU最优配置方法.将启发式方法和模拟退火方法有效结合以确保得到最优解,提高了基于启发式方法的初始PMU配置方案的质量,通过改进配置模型缩小了模拟退火方法的寻优范围,从而提高了求解速度.还提出了一种基于节点邻接矩阵的快速可观测性分析方法.最后采用IEEE 14、IEEE 30、IEEE 118节点系统和新英格兰39节点系统对该方法进行了验证.     

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。     

基于相量量测的电力系统线性状态估计

分析了相量量测装置的量测误差情况,指出了相量量测参与状态估计计算的必要性。在完全使用相量量测的情况下,给出了基于直角坐标系的实数形式的电力系统线性量测方程和相应的线性静态状态估计算法。对负荷预报加潮流计算的系统状态预报方法进行改进,通过对误差协方差阵计算公式的推导与简化,提出了新的预报误差协方差阵计算公式,并将其与线性量测方程相结合,提出了基于相量量测的线性动态状态估计算法。最后讨论了线性状态估计算法的使用条件,并采用IEEE30节点系统对提出的算法进行了验证。     

基于多目标进化算法的PMU的优化配置

研究了配置相量测量单元(PMU)后电力系统可观测性的判断方法,以保证电力系统完全可观测为约束条件,以配置PMU数目最小和保证测量量具有最大量测冗余度为目标,建立了PMU最优配置问题的数学模型。这是一个多目标优化问题,需要寻求一组Pareto最优解,应用多目标进化算法求解该问题可以得到多种满足条件的PMU配置可行方案。最后,以IEEE39节点系统为例验证了该方法的合理性。     

A distributed state estimation method for power systems incorporating linear and nonlinear models

High-voltage transmission networks are commonly equipped with phasor measurement units (PMU), and some of them are PMU observable. However, PMUs are seldom installed in distribution networks due to budget limitations. The state estimation equations of PMU observable areas are linear, while those of other areas remain nonlinear. This paper proposes a new distributed state estimation method for solving multi-area state estimation problems, in which linear models are used for high-voltage transmission network, while nonlinear models are adopted for other areas. In PMU observable area, we select coordinating variables as generalized cost functions which accurately represent the sensitivity between the linear SE objective function and boundary states. Consequently, SE results identical to a centralized estimator can be obtained without iterations at the coordination level. This paper presents the problem model and theoretical analysis of the proposed method, and shows its effectiveness by numerical tests.