智能配电网状态估计研究现状和展望

状态估计是智能配电网态势感知的关键环节,随着大规模分布式电源接入配电网及新型量测技术规模化的运用,需要根据新类型电源与量测装置的特点对状态估计技术进行更为深入的研究。本文首先阐述了当前静态、动态状态估计的主流算法研究现状,并在此基础上对由通信不稳定引起的量测数据延时、数据丢包问题的现有解决方案进行了详细总结与剖析;其次,对传统量测装置与新型量测装置并存的情况下出现的混合状态估计算法进行了概述;再次,从攻击者的角度分析了现有的虚假数据构建方法,从防御者的角度归纳了当前研究的虚假数据辨识策略;最后,对新形态下配电网状态估计技术进一步发展应重点关注的研究方向进行了探讨和分析。     

含光伏电站和蓄电池储能系统的主动配电系统状态估计

间歇性和随机波动性的分布式新能源大规模接入,储能系统与电动汽车的随机充放电以及智能量测装置的量测误差等使得主动配电系统的态势感知面临诸多挑战。考虑到光照强度、温度及电池荷电状态等影响因素,文中搭建了含光伏发电电源、配电网和蓄电池储能负荷的主动配电系统状态估计模型。首先,基于光伏五参数模型和电池内阻模型,推导出光伏系统和蓄电池储能系统的量测函数及雅可比矩阵。然后,结合配电网的状态估计模型,将电气量和非电气量统一标幺化后,对主动配电系统进行状态估计及不良数据处理。最后,在IEEE 33节点系统下进行了仿真验证。仿真结果表明,与光伏系统和蓄电池储能系统作为PQ节点的模型相比,所提方法扩展了与光伏系统和蓄电池储能系统相关的状态估计和不良数据处理能力,且提高了配电网的状态估计精度。     

配电网状态估计可观性研究综述

状态估计是实时感知系统运行状态的关键手段.目前配电网中常因量测配置不足而难以满足状态估计可观性的要求,因此开展状态估计可观性研究具有重要意义.首先,介绍了配电网可观性的分析方法和评价指标;其次,归纳了量测配置优化、伪量测建模和零注入节点处理等提高配电网可观度的方法;然后,基于分布式电源的并网机理与主动配电网中存在的不确...     

配电网状态估计的全局灵敏度分析及应用

在配电网状态估计中,量测装置配置不齐全,通常引入伪量测来满足系统的可观性要求。考虑到量测数据有一定的误差以及伪量测与真实值之间可能存在偏差,配电网状态估计的量测和伪量测存在不确定性,这会影响配电网状态估计的准确性。文中提出了配电网状态估计的全局灵敏度分析方法,辨识影响状态估计精度的关键(伪)量测不确定性因素及其位置;利用稀疏多项式混沌展开计算全局灵敏度指标,以提高全局灵敏度分析的计算效率;建立了基于不确定性因素重要性排序的量测装置布点方法。采用IEEE 33节点配电网进行仿真,通过与常用方法进行比较,验证了所提方法的有效性。该方法克服了传统状态估计灵敏度分析方法的不足,能有效评估(伪)量测不确定性因素的交互作用对状态估计的影响;此外,基于全局灵敏度分析的量测装置布点方法能显著提高配电网状态估计精度。     

考虑多类型分布式电源和负荷不确定性的主动配电网区间状态估计

分布式电源的间歇性发电并网、电动汽车的随机充电以及智能量测装置的量测误差等使得主动配电网状态估计结果需要考虑更多的不确定因素。在利用区间数对系统量测不确定性予以合理分析与定量描述的基础上,建立主动配电网三相区间状态估计模型。为能够精确求出系统状态估计结果,提出基于迭代运算的线性规划算法对所建立的主动配电网三相区间状态估计模型进行求解,并结合稀疏矩阵技术进一步提高算法的求解速度。对修改的IEEE 123节点算例进行测试分析,与现有非线性区间优化求解方法和蒙特卡洛抽样方法进行比较,结果表明所提方法在估计精度以及计算效率方面均具有一定的优势。以区间数形式对网络中不确定物理量进行刻画与建模后,采用状态估计程序得到的计算结果也会呈现出区间形式,由此可为调度人员提供更加直观的系统状态量上下界信息。     

基于免疫离散粒子群算法的主动配电网PMU测量位置优化

主动配电网的状态估计是配电管理系统必不可少的组成要素,其估计结果的准确性受量测位置的影响较大。为了提高系统状态估计的精度,优化实时数据库,本文结合一种基于并行置信传播算法的状态估计方法,建立了以主动配电网状态估计误差最小为目标的PMU量测位置优化模型,同时提出了利用优化粒子初始位置的改进免疫离散粒子群算法进行模型求解。最后通过算例仿真,得到了量测装置的优化配置方案,且在该方案下,状态估计的精度明显提高。     

主动配电网中谐波对量测误差及其状态估计影响的仿真分析

针对主动配电网,构建了考虑谐波影响的量测系统模型,并分析了其对配电网状态估计影响。首先,介绍了主动配电网谐波源的电流源模型,并阐述了在MATLAB/Simulink仿真环境下构建谐波源模型的步骤。其次,建立了电压量测回路和电流量测回路的模型,详细介绍了各自电缆的频率特性,并根据现有的电子式电能表工作原理给出了功率量测的计算公式,建立了完整的量测系统,对量测误差进行了分析。最后,通过仿真并利用IEEE 13节点配电网络从电缆长度、谐波次数、非线性负荷等多个方面详细分析了各因素对配电网量测及状态估计的影响。     

多采样周期混合量测环境下的主动配电网状态估计方法

针对主动配电网中远程终端单元(RTU)、相量测量单元(PMU)与高级量测体系(AMI)多采样周期量测数据长期共存的实际情况,提出了一种基于RTU,PMU,AMI混合量测的主动配电网状态估计混合算法。该混合算法由非线性静态状态估计、线性静态状态估计与线性动态状态估计3种算法组成。线性动态状态估计与线性静态状态估计利用PMU量测与RTU量测,实时跟踪系统注入节点有功功率与无功功率的变化,在非AMI量测的采集时刻,为非线性静态状态估计提供高精度的虚拟量测。所提算法缩短了非线性静态状态估计的计算周期,提高了非线性静态状态估计的精度,提升了对主动配电网运行状态的预测能力。通过算例仿真,验证了所提算法的有效性。     

配电网状态估计综述

配电网状态估计为配电管理系统(DMS)提供了完整可靠的信息,是配电网其它高级应用的前提。首先介绍了估计算法的基本原理,并从最小二乘、抗粗差和分布式电源接入三方面梳理了国内外配电网状态估计的研究现状,最后总结了高维度多功率流向的主动配电网状态估计面临的关键问题,对今后的研究热点与发展进行了展望。     

主动配电网FTU配置优化方法探讨

主动配电网中的自动化配电终端直接影响到状态估计精度和电网可靠性。分析配电网量测配置特点,利用状态估计灵敏度矩阵确定量测估计方差的表达,构成平均估计方差指标,依照新量测对平均估计方差指标贡献系数的大小确定新量测设备的安装次序。以配电终端经济性指标和状态估计方差指标加权形成目标函数,配网可靠性和电压合格率等为约束条件,迭代求解最优FTU配置。考虑了配电网量测配置的经济性、可靠性和对状态估计误差的影响。通过118节点算例,分析了"三遥"、"二遥"两个优化阶段的优化过程和结果,说明算法的可行性。     

基于拉格朗日松弛技术的复杂有源配电网分布式状态估计

为了提高复杂有源配电网状态估计问题的计算速度,提出了一种基于拉格朗日松弛技术的复杂有源配电网分布式状态估计方法。建立了复杂有源配电网分区模型,该模型从复杂有源配电网的量测配置情况和分布式并行计算效率角度出发,综合考虑了分区后各子区域的计算速度与精度,利用拉格朗日松弛技术将分区问题中的约束条件吸收到目标函数中,降低了分区模型的求解难度。通过网络解耦技术使各子区域相对独立,可在分布式并行环境下求解该网络的状态估计问题。各子区域选取指数型目标函数状态估计模型,该模型能够自动排除不良数据影响,在保证结果精度的同时有效减小了所求问题的系统规模和雅可比矩阵阶数,提高了状态估计算法效率。仿真算例结果表明,所提方法可实现对复杂有源配电网的合理分区,有效提高了状态估计的计算速度。     

基于Forney式因子图的主动配电网状态估计

实时准确的运行数据是实现主动配电网在线运行分析与智能化控制管理的基础。为了解决配电网实时量测不足带来的估计结果不理想的问题,依据通信领域的置信传播(BP)算法,提出一种基于Forney式因子图的主动配电网状态估计方法。考虑到具体用户量测的稀缺性及分布式电源运行时受气候影响的随机性,该方法首先通过历史负荷曲线获得先验分布,为配电网建立了统计学的计及光照辐射度及风速的Forney式因子图模型,然后利用BP算法全局推理变量节点及因子节点双向传递的本地置信度和状态信息,来获得各状态变量的边缘分布。通过对某地区11节点配电网系统和IEEE 33节点配电网系统进行仿真,表明了所述方法具有良好的实时性且在配电网实时量测不足的情况下也有较理想的估计结果。     

考虑虚假数据注入攻击的有源配电网分布式状态估计

状态估计作为保障电网监测数据质量的关键一环,为能量管理系统提供可靠的数据基础。考虑到有源配电网量测误差大、易遭受网络攻击等问题,本文研究计及虚假数据注入攻击的有源配电网分布式状态估计方法。首先,各子区域根据自身量测进行状态估计,并利用平均一致性算法获取全局信息对内部状态量进行修正,实现完全分布式状态估计;其次,在子区域状态估计中引入权函数动态修正目标极值函数的权重矩阵,增强状态估计的抗差性能;然后,在边界节点和易受到虚假数据注入攻击的节点配置同步相量测量单元,提高辨识虚假数据攻击的能力;最后,利用IEEE 118节点配电网系统进行算例仿真验证。试验结果表明,本文所提出的状态估计方法不仅可以有效减小估计误差,还能准确辨识虚假数据注入攻击,提高了状态估计的精度和虚假数据注入攻击的辨识能力。     

配电自动化状态估计的软件设计

在研究了配电自动化、面向对象技术、数据库技术和网络技术的最新发展的基础上 ,阐述了配电自动化状态估计软件的设计思想及具体实现 ,从而实现了配电自动化状态估计理论在实际中的应用。文章首先就配电自动化状态估计软件的总体设计思想、数据库的建立以及与SCADA数据库接口连接进行阐述 ,然后详细地论述了状态估计的数学建模、网络接线分析、计算结果存储等方法。文中所阐述的方法同样适用于潮流计算、短路电流计算、网络重构等重要功能     

Assessment of Switched Communication Network Availability for State Estimation of Distribution Networks With Generation

Active management of complex distribution networks with distributed generation requires state estimation. As complete supervisory control and data acquisition systems are seldom available on 11-kV or lower voltage distribution networks, real-time measurements at remote points on 11-kV distribution networks are expensive. Therefore, the economical selection of a communication system for active management of distribution networks with distributed generation becomes an important issue. This paper presents the investigations into a leased communication system made of public-switched communication network channels for a distribution network state estimation application. It analyzes the effects of a different number of primary channels for real-time measurements on the distribution network state estimation accuracy. The leased communication system availability performance has also been analyzed and used to identify a number of reserve channels required to improve the leased system availability. The overall cost for improving the leased communication system availability has been calculated and compared with both a fiber-optic communication system and a power-line carrier communication system. The results show that the leased communication system is able to provide the lowest overall cost performance for the distribution network state estimation application.     

抵御多点虚假数据攻击的主动配电网状态估计方法

引入同步相量量测装置（PMU）识别虚假数据注入攻击（FDIA）的动态状态估计是实现主动配电网安全准确决策的有效途径。提出一种融合贝叶斯定理的深度森林（BA-DF）FDIA检测机制的混合量测加权平方根容积卡尔曼滤波（WASRCKF）动态状态估计方法。首先,通过图卷积神经网络预测PMU和SCADA混合量测融合,提高数据冗余度;其次,利用WASRCKF估计状态量和混合量测预测量进行加权估计,降低FDIA对状态估计更新层的影响;然后,采用BA-DF进行FDIA检测,判断虚假数据攻击位置,使用混合量测预测值进行修正,形成BA-DF-WASRCKF组合方法。最后,采用PG&E69配电网进行验证,结果表明该方法在不同PMU配置下均可获得更高精度状态估计结果,配置24台PMU的FDIA识别率为95%,较传统方法状态估计精度提高了77.8%。     

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。     

基于多准则分区和WLS-PDIPM算法的有源配电网状态估计

针对复杂有源配电网三相不平衡状态估计计算速度较慢与计算精度较低的问题,提出了一种基于多准则分区和基本加权最小二乘法—原对偶内点法(WLS-PDIPM)混合算法的状态估计方法。基于对有源配电网中实时量测、虚拟量测和伪量测的配置分析,建立了适用于复杂有源配电网状态估计的多准则分区优化模型,该模型综合考虑了分区后各子区域规模均衡、量测冗余度均衡及伪量测平均误差均衡。通过高级量测体系(AMI)全量测点实现各子区域完全解耦,有效减小了系统规模和雅可比矩阵阶数。所提方法将WLS与PDIPM的优点相结合,在提高算法精度的同时减少了计算时间。仿真算例结果表明所提方法可实现对复杂有源配电网的合理分区,有效提高了状态估计的计算速度与求解精度。