基于测量不确定度的电力系统状态估计（二）方法研究

基于正常测点概念构造了相应测点评价函数,用于评价测点是正常测点还是异常测点;在此基础上,提出了以测点正常率最大为目标函数的状态估计新模型.为使估计结果更接近于实际运行情况,模型中可考虑潮流约束和实际物理约束.用现代内点法求解该模型,计算速度快,收敛性好.与以往方法相比,文中所述方法的状态估计结果测点正常率高,可自动辨识不良数据,估计结果不易受不良数据影响,有较强的抗差性;所求得的解为潮流解,满足各种物理约束,更加接近实际;计算中无需进行不良数据检验,无需主观设定测点权重,大幅度减少了调试和维护工作量.     

计及UPFC元件的电力系统状态估计算法

统一潮流控制器（UPFC）是灵活交流输电系统（FACTS）的重要组件之一。采用UPFC的注入功率模型，在原有的状态估计算法基础上，将UPFC组件所产生的注入功率增量转移到线路两端的节点上，从而提出了计及UPFC控制约束的电力系统状态估计算法。该算法采用牛顿拉夫逊法求解UPFC组件的控制变量，状态估计方程组和控制变量方程组采用解耦法进行计算。由于方程组解耦，所以只需在原有的状态估计程序基础上增加求解UPFC组件的控制变量即可，无需对原有程序做较大修改，易于实现。IEEE14节点算例表明，该算法是有效可行的。     

基于KKT条件分解的互联电网分布式状态估计算法

分布式状态估计可用于在线生成互联电网一体化潮流断面.针对无约束优化问题描述的全网状态估计,提出了一种新的分解协调算法.采用节点撕裂法对互联电网进行切分,将全网状态估计问题的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件方程分解为协调侧和分区侧2个部分.在边界节点状态给定情况下,各分区电网可独立求解分区侧KKT条件方程,获得自身状态估计结果.此时,若协调侧KKT条件方程的残差满足设定条件,则可判断全网状态估计收敛.由此出发,可构建全网状态估计分解协调计算模型,通过求解协调侧KKT条件方程获得边界节点状态修正量,从而调整分区状态估计结果,使其达到一致收敛.文中分别采用JFNG(Jacobian-free Newton-GMRES (generalized minimal residual))算法和逆Broyden拟Newton法这2种方法实现协调侧KKT条件方程求解过程.IEEE 14节点系统、IEEE 39节点系统和实际电网1 165节点系统的测试结果证明,所提出的分布式状态估计算法具有较高的准确性、收敛速度和计算效率.     

基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计

在高级量测体系环境下,为提高配网状态估计性能,提出一种三相四线制配网的抗差状态估计方法。该方法完全采用智能电表量测的实际三相电压电流幅值和功率实时量测,以三相四线制配网节点注入电流方程为基础,建立指数加权最小二乘抗差估计模型。模型中将零注入功率方程同时作为虚拟量测方程和等式约束,目标函数中采用标准化残差的指数型权函数,以改善状态估计的收敛性和抗差性;而且该模型不存在系统中性点电位均为零和电源端点三相电压对称且已知的假设条件。最后,IEEE13节点修正系统的仿真结果表明,提出模型方法的估计结果精度高,且具有良好的收敛性和抗差性。     

基于一致性理论的多区域电力系统分布式状态估计

随着电网规模不断扩大,传统集中式状态估计方法的数据通信与存储任务重、计算量大,难以满足现代电力系统状态估计需求。在计及系统状态估计非线性的基础上,将电力系统划分为若干个不重叠的子区域,并利用拉格朗日乘子法对状态估计方程进行解耦,建立电力系统多区域非线性状态估计模型。基于一致性理论建立全分布式状态估计方法对模型进行求解,该方法无需状态估计控制中心,只需各子区域交换一致性变量和边界节点的状态变量信息,各子区域便可平行独立地计算本地状态变量估计值,较集中式状态估计均衡了通信及计算负担。IEEE 14节点系统仿真结果验证了所提分布式状态估计方法的有效性。     

基于支路等值的拓扑辨识方法

状态估计中拓扑辨识是一个疑难问题,很多拓扑辨识方法把开关状态作为未知量引入估计过程,对量测冗余度和精度提出了较高要求,加大了状态估计辨识可疑数据的难度,工程应用困难。通过支路关联遥测遥信互校,确定运行状态可疑的支路。状态可疑支路在状态估计中作为参数未知支路,只需要引入一个状态变量,从支路参数计算结果就可判断支路运行状态,并给出了支路电导引入信息矩阵方法。正确判断支路运行状态后,利用状态估计节点电压计算支路潮流并修正两端节点注入,就可得到完整的电网运行状态,无需重新状态估计。该方法可以辨识小潮流支路拓扑错误。测试结果表明,由于在常规PQ解耦状态估计引入未知量,只增加一维状态量,计算速度快,拓扑辨识结果准确,适合在在线系统中应用。     

一种新的分布式电力系统状态估计算法

随着电力系统的发展,区域电网互联,形成了规模更大的系统。为了适应这一趋势,电力系统状态估计应采用分布式算法。在配置少量PMU的基础上,将分区后的边界等式约束条件通过拉格朗日乘子计入整体目标函数,将分布式状态估计的问题转化为一个带等式约束的最优化问题,实现了电力系统状态估计的分布式计算。该算法不仅提高了状态估计的速度,而且可在不必改动原有状态估计模块的基础上,很容易地加入等式约束的修正模块。最后通过IEEE14节点和IEEE30节点系统的模拟仿真,验证了该算法的有效性和优越性。     

一种求解环网无功问题的状态估计方法

输电网存在大量环形结构,无功测量精度较低且时常出现不良测量数据,加权最小二乘状态估计方法易受残差污染影响,难以满足状态估计合格率考核的要求。基于正常测点的概念,建立考虑测量设备自身不确定度的测点评价函数,用来评价测点正常与否。并以异常测点数量最小为优化目标,考虑系统实际约束和潮流约束,建立新的状态估计模型,对比残差分析的不良数据辨识方法在求解速度和精度上具有显著优势。基于某市实际输电网模型和遥测遥信数据进行算例分析。计算结果表明方法提高了状态估计测点合格率指标,证明了方法的有效性。     

一种新的分布式电力系统状态估计算法

随着电力系统的发展,区域电网互联,形成了规模更大的系统.为了适应这一趋势,电力系统状态估计应采用分布式算法.在配置少量PMU的基础上,将分区后的边界等式约束条件通过拉格朗日乘子计入整体目标函数,将分布式状态估计的问题转化为一个带等式约束的最优化问题,实现了电力系统状态估计的分布式计算.该算法不仅提高了状态估计的速度,而且可在不必改动原有状态估计模块的基础上,很容易地加入等式约束的修正模块.最后通过IEEE14节点和IEEE30节点系统的模拟仿真,验证了该算法的有效性和优越性.     

基于相量量测的等式约束二阶段状态估计模型

利用PMU的量测信息实现系统的动态可观测，考虑PMU数据刷新时间快的特点，在R.F.Nuqui的动态监测模型的基础上建立了适合静态估计的基于等式约束二阶段估计模型。该模型将PMU和SCADA的量测数据共同用于非线性估计，采用零注入节点功率作为等式约束条件来提高估计精度，然后对非线性估计的结果和PMU的支路电流相量进行线性估计。模拟了当系统某节点负荷持续变化时，利用等效导纳法对非线性区域节点状态量进行估计,最后采用IEEE 14和57节点系统算例对提出的模型进行了验证。     

基于自适应SRUKF算法的电力系统动态谐波状态估计

针对传统无迹卡尔曼滤波(unscented kalman filter, UKF)谐波状态估计算法存在时变噪声和异常数据时估计准确度较差的情况,提出了一种基于自适应平方根无迹卡尔曼滤波(square- root UKF, SRUKF)的电力系统谐波状态估计算法。首先,针对时变噪声干扰,引入改进的Sage-Husa噪声估计方法实时估计噪声协方差。其次,针对异常数据干扰,引入异常数据修正方法,通过修正系数来降低异常数据对状态估计结果的影响。最后,通过搭建IEEE14节点系统验证自适应SRUKF算法的估计性能,能够有效地应用于电力系统的动态谐波状态估计。仿真结果表明,该算法在时变噪声和异常数据干扰时仍具有良好的估计性能。     

EMS中基于量测置换的对地电容参数估计方法

线路的对地电容参数错误将影响能量管理系统(EMS)中电压无功优化软件的分析决策.介绍了一种近似的电容参数估计算法,详细分析了该方法的适用条件.在此基础上,提出了一种新的基于量测置换的线路电容参数估计方法.该估计方法同时考虑了线路对电网的交换无功和线路本身的损耗无功.估计效果不受电容参数错误的影响,并能够同时容忍一定的线路阻抗参数错误.对该算法进行了测试,结果表明该方法具有良好的应用前景.     

电网自愈控制中的状态估计模式研究

自愈电网概念的出现要求发展新的网络状态分析方法，作者将用于运行控制的过程状态估计和用于在线监测的断面状态估计相结合，提出了面向过程的状态估计的概念和模型，通过估计系统在某一分钟级运行时段上的过程特征断面的状态，准确、全面地描述系统在该运行时段的运行工况，解决了测量快速与决策慢速之间的矛盾。同时提出了变化量测触发方式的断面状态估计，由量测量的变化引导断面状态估计的触发，获得了良好的在线监测效果，并给出了自愈电网中完整的状态估计模式。过程状态估计和传统状态估计的计算结果验证了文中分析和模型的正确性和优越性。     

基于状态估计的电网支路参数估计方法

正确的电网参数是电网安全稳定预警和控制决策的必要基础,研究实用的电网支路参数的估计方法具有重要的现实意义。扩展状态估计法是一种有代表性的参数估计方法,在该算法的实际应用中,发现支路参数不可估计或者估计结果不合理的现象时有发生。该文以IEEE 9系统和中国某实际电网为算例,对扩展状态估计法的性能进行深入研究,找到该方法存在的数值稳定性和局部最优性问题。继而提出一种基于Tabu搜索策略的参数估计方法,经IEEE9标准系统和实际电网算例验证,具有良好的数值稳定性和全局寻优能力,在实际电网得到在线应用。     

Wind power system state estimation with automatic differentiation technique

A wind power system state estimation method based on automatic differentiation technique is presented in this paper. A simplified RX model of wind turbine is introduced and used to be equivalent to wind power generator. As one of the state variables, the slip of wind power generator is introduced into state estimation process and the corresponding mathematical model is established. The proposed method takes into account the own characters of asynchronous generator and can easily combine with the original state estimation program. Furthermore, unlike the traditional method which needs to deduce all the formulas of derivatives and code them by hand, the Jacobian matrix is built automatically using automatic differentiation with sparse technique in the proposed method, the truncation error is avoided effectively, and the computational efficiency, speed and precision can be significantly improved. This paper demonstrates that the burdens of software developers are relieved greatly by automatic differentiation technique instead of hand-coded derivatives and the simplified RX model instead of the traditional RX model. Finally, it follows from the simulation results that the proposed method possesses good performance and can be well applied to state estimation for power system containing wind power generators.     

基于改进匹配潮流技术的配电网虚拟量测

针对缺少冗余量测的配电网系统,为了简化状态估计方法、保证计算精度,优化配电网络状态,基于匹配潮流思想提出了配电网虚拟量测的概念,建立了以电压量测自适应抗差加权最小二乘为目标函数、以网络潮流匹配和功率失配量分配参数方程为约束条件的虚拟量测数学模型,给出了引入混沌优化、强引导机制的改进粒子群优化求解方法,并详细介绍了配电网虚拟量测的应用流程。采用IEEE8、IEEE33、IEEE69节点系统对该方法进行测试,结果表明,方法可在较少的迭代次数内获得较为准确的配电网状态,且不涉及量测变换、矩阵计算,具有良好的应用前景。     

基于动态分区和多估计准则的电力系统自适应鲁棒状态估计

随着当前智能电网技术的高速发展,电力系统的组成和运行方式愈发复杂,对状态估计的鲁棒性和实时性也产生了更高的需求.为此,提出一种基于动态分区和多估计准则的电力系统自适应鲁棒状态估计.通过模糊c均值聚类筛选出系统中的可疑量测集,进而根据可疑量测的空间分布实现系统动态分区.考虑到不同估计器各自的特点和适应性,针对可疑量测区域和正常量测区域自适应选取不同的估计准则,在保证估计精度的同时兼顾计算效率.为了保证边界节点信息和联络线传输功率的一致性,引入边界协调信息作为等式约束,并基于交替方向乘子法进行求解.通过IEEE标准系统进行测试,结果表明所提方法具有较好的估计精度和鲁棒性,并且其估计效率较加权最小绝对值估计法有明显提升.     

最小信息损失状态估计中潮流和拓扑统一估计的通用理论

传统的电力系统状态估计方法具有严格的数学前提.为了提出更通用的状态估计方法,该文建立了遥信的广义信道模型,给出了遥信的信息损失计算式,发展了最小信息损失状态估计理论.将遥测和遥信在信息空间上统一建模,得到了潮流和拓扑统一估计的通用理论和方法,可以充分利用遥测和遥信等混合数据中所蕴含的信息量,对电网潮流和网络拓扑实施同步估计,并取消了传统状态估计必须保证拓扑正确的数学前提,为拓扑错误辨识提供了严格的数学基础.     

区域配电网实时状态估计器及其性能分析

设计了一种基于贝叶斯理论的区域配电网状态估计器,以解决随机性分布式电源接入区域配电网和测量装置数量有限给配电网状态估计带来的困难。首先依据前推回代潮流计算方法建立了配电网电压估计模型,应用贝叶斯理论设计了状态估计器,理论分析了改变监测装置位置和利用不同监测装置信息估计节点电压的影响。通过在IEEE 33节点配电系统仿真验证了文中所提出方法的正确性和有效性。进一步仿真分析了节点注入功率波动方差和测量装置位置对估计精度的影响,给出了监测装置的位置优化结果。文中为高渗透率分布式电源接入的区域配电网状态估计提供了理论和实用方法。