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AMI全量测点分区的配电网动态状态估计方法

针对传统配电网三相不平衡动态状态估计存在计算速度较慢且估计精度较低的问题,提出了一种基于高级量测体系(AMI)全量测点分区的配电网的动态状态估计方法。以AMI全量测点作为配电网分区节点,提出综合3个指标的分区目标函数对配电网进行分区,可对子区域进行完全解耦,缩小系统规模;并通过所提数据融合框架进行多尺度量测数据的融合,以远程终端单元量测周期为基准,融合量测周期较长的AMI量测数据,对非AMI量测时刻的系统状态进行跟随。提出一种基于子区域数据融合方法的高精度集合卡尔曼滤波算法,采用协方差膨胀法改进滤波发散的问题。算例仿真结果表明所提方法有效地提高了配电网动态状态估计的计算速度和估计精度。     

基于灵敏度分析的线性混合量测状态估计

提出一种基于灵敏度矩阵并以相量测量单元(PMU)采样为周期的混合量测线性估计方法.把PMU的电流量测转换成功率量测,在初始计算时刻与基于监控和数据采集系统的量测一起进行非线性运算,得到状态估计值和功率量测量之间的灵敏度矩阵.在后续的PMU采样时刻,将转换得到的功率量测和通过负荷预报补充的伪量测组成混合量测,然后根据求得的灵敏度矩阵进行以PMU采样为周期的线性跟踪计算.当估计误差积累到一定程度时,重新进行一次混合非线性计算以更新灵敏度矩阵.通过IEEE 118节点系统,给出了负荷变化速率、预报误差和PMU量测数对所提估计方法计算精度的影响.结果表明,负荷变化越慢、预报误差越小、PMU的个数越多,其跟踪计算精度越高.     

PMU准实时数据对主动配电网抗差估计的影响

由于相量测量单元(PMU)因成本问题无法在配电网中大规模配置,且不同设备向主站传输数据时存在客观的通信延迟、带宽限制等因素,因此状态估计器输入端存在不良数据。提出一种基于同步相量量测的主动配电网抗差估计方法,并提出以虚拟PMU量测模型补充大量的高精度冗余数据。将数据采集与监视控制(SCADA)量测系统、PMU量测和虚拟PMU量测构成的混合量测系统作为状态估计的输入端。考虑网络和量测数据不确定度对抗差M估计算法进行改进,避免了传统加权最小二乘估计中删除坏数据的残差判断和迭代过程,降低了估计耗时,提高了状态估计的可靠性和抗差性能。改进IEEE 14和IEEE 33节点配电网算例的仿真分析,验证了所提方法的有效性和普适性。     

基于混合量测的二次线性状态估计方法及其工程应用

基于相量测量单元(PMU)和数据采集与监控(SCADA)混合量测进行状态估计计算时,如果仍采用传统非线性估计模型,将面临PMU量测计算权值难以确定、PMU量测坏数据辨识不准、相角参考点和成熟商用程序改动等多方面问题。提出了一种基于混合量测的二次线性状态估计方法。该方法在传统非线性状态估计收敛后,利用其结果中的各节点电压幅值及相角估计值和PMU相量量测再进行二次线性状态估计计算,有效解决了上述问题。最后结合电网实例验证了该方法的有效性。     

基于加权平均插值和容积卡尔曼滤波的配电网预测辅助状态估计

微型同步相量测量单元(micro synchronous phasor measurement unit, μPMU)与远程终端(remote terminal unit, RTU)为配电网提供了高精度量测数据。针对μPMU和RTU混合数据,文章采用数据填补和容积卡尔曼滤波技术,提出了配电网混合量测的预测辅助状态估计(forecasting aided state estimation, FASE)算法。首先,针对混合量测数据不同更新周期,综合考虑历史数据稳定性和线性插值的同步特性,采用平均插值实现数据的综合填补。然后,采用容积卡尔曼滤波器,构建状态预测、量测预测和滤波修正方程,提出混合数据的配电网预测辅助状态估计算法。最后,在IEEE 37节点系统验证了该算法的有效性。     

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.     

基于PMU/SCADA混合量测的电力系统状态估计

为提高电力系统状态估计的准确度,在现有理论基础上提出了基于PMU/SCADA混合量测的状态估计方法,将电力系统划分为线性区域和非线性区域,在线性区域内计算与安装PMU装置相关联节点处的电压相量,将该计算结果作为间接量测引入非线性区域的状态估计中,从而使状态估计的准确度有所提高。仿真实验表明,在IEEE-14系统中,该算法计算速度快,能有效提高状态估计的精度,具有一定的实用价值。     

基于多时间尺度状态估计的配电网实时态势预测

为有效提升泛在电力物联网建设过程中的配电网运行安全感知能力,提出了一种基于多时间尺度状态估计的配电网实时态势预测方法,该方法可实现对配电网安全态势的快速、准确预测。首先,基于多元混合量测提出了多时间尺度递归动态状态估计方法,通过状态预测与伪量测递归变换改进了已有的量测线性等效变换方法,缩短了状态更新周期,在递归变换算法中添加了校正算法以消除伪量测波动误差,提高了状态估计算法的计算速度。然后基于状态估计得到历史估计状态,采用分区多元时间序列分析方法建立了实时状态预测模型,实现了配电网的实时安全性态势预测。最后在Matlab仿真平台中基于实际算例对所提方法进行了分析,结果验证了所提配电网实时态势预测方法的准确性和有效性。     

考虑PMU量测信息的配电网运行状态分析方法

同步相量量测单元PMU(phasor measurement unit)在配电网中的推广使用有效提升了电网系统的可观性。首先提出了一种考虑PMU信息的配电网运行状态分析方法,该方法在数据采集与监控SCADA(supervisory control and data acquisition)系统数据更新时,将SCADA和PMU等不同量测时间尺度的混合数据进行状态估计;之后通过PMU数据进行状态估计更新,直至新的SCADA数据到来,开始新的混合数据状态估计。目标函数由估计值与量测值之间残差指数的加权和组成,降低了不良数据对估计结果的影响,并通过抗残差加权减少由于量测坏数据引起的运行状态波动。最后通过IEEE 123节点的算例分析,验证了所提方法具有较好的运行状态分析效果和有较高的时效性。     

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。     

基于交替方向乘子法的分布式双线性状态估计

提出了一种计及数据采集与监控(SCADA)系统和相量测量单元(PMU)混合量测的电力系统多区域分布式状态估计的新方法。首先假设量测模型是线性的,以扩展子区域法进行分区,所得到的扩展子区域包含了相邻区域的边界母线。然后采用广泛应用于分布式计算的交替方向乘子法(ADMM)求解,由于各子区域间仅需交换边界母线状态量信息,无需中央协调侧,因而保留了各子区域的独立性。随后基于SCADA系统和PMU混合量测的双线性模型,将传统的非线性加权最小二乘(WLS)估计转化为三阶段问题,第1、第3阶段为线性WLS估计(各子区域由ADMM分布式求解);第2阶段为一步非线性变换(各子区域可独立变换)。双线性理论与ADMM技术的结合,保证了分布式状态估计的收敛性,同时也提高了计算效率。最后,算例测试部分从多个方面论证了所述方法相比于现有方法的优越性。     

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。     

三相不平衡下交直流配电网状态估计

基于电压源型换流器(VSC)的柔性直流技术被越来越多地运用到配电网中,需要对含VSC的三相不平衡交直流配电网进行准确的状态估计,而配置相量测量单元(PMU)的测量数据是实现配电网准确状态估计的有效手段。首先,提出了考虑配电网三相不平衡特性的交直流配电网状态估计模型,采用加权最小绝对值法进行状态估计;其次,进行PMU测量数据的线性描述,给出了PMU及数据采集与监控(SCADA)系统的混合测量方程,并将多种交直流设备在测量方程中统一描述;最后,在三相不平衡的IEEE 33节点交直流配电网算例上,验证了所提方法的有效性和实用性。     

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.     

一种双线性抗差状态估计方法

传统状态估计方法一般需要求解某个非线性非凸优化问题,并用基于梯度的方法予以求解,因而存在难以保证获得全局最优解、可能收敛困难等问题。文中基于国外学者提出的精确线性化量测方程构建了一种双线性抗差状态估计方法。该方法仅需求解一个线性加权最小绝对值估计问题(等价为线性规划问题)、一个非线性变换以及一个线性加权最小二乘估计问题(二次规划问题),从数学上可保证获得全局最优解,并不存在收敛性问题。最后,通过仿真算例验证了所提方法的有效性。