State estimation for real-time monitoring of distribution systems

Utilities currently use historical customer load data to forecast the loads in their distribution feeders for real-time feeder analysis and control. In this paper a three-phase state estimation method is developed to increase the accuracy of this load data. The method is based on the weighted least square approach and uses a three-phase node voltage formulation. The method can handle power, voltage, and current measurements. Test results indicate that state estimation can improve the forecasted load data by using real-time measurements. The effectiveness of branch current measurements were also tested     

基于负荷电流的配电网状态估计研究

基于负荷电流的配电网状态估计方法以负荷电流为状态变量,将支路测量函数用负荷电流表示,利用三相潮流计算方法得到支路电流的状态估计值,从而降低了状态估计问题的求解空间,提高了算法的收敛性和计算速度,通过将该算法与三相潮流计算法比较,结果表明状态估计算法在效果、速度、收敛性方面都较常规方法优越。     

基于预测残差的配电网三相状态估计

为了提高配电网状态估计的计算精度和计算速度,针对常规抗差状态估计算法迭代次数较多的特点,给出了一种以节点电压为状态量,基于预测残差的配电网三相抗差状态估计方法。利用了配电网中各种类型的量测,通过对节点电压和支路电流的相位变换,以及对电流幅值量测进行的等效量测变换,实现了整个雅可比矩阵的常数化,在迭代过程中保持不变,降低了计算量。基于预测残差的信息设置抗差状态估计中的等价权,避免了常规抗差状态估计算法对等价权修正中不必要的多次迭代,提高了收敛速度。算例分析表明,所提的算法抗差能力强、计算速度快、数值稳定性和鲁棒性较好。     

基于多分支电流混合量测的配电网三相状态估计

同步相量测量应用于配电网高级应用中是近年来的研究热点。针对配电网同步相量与智能电表的混合量测问题,提出一种以支路电流为状态变量的配电网状态估计方法。该方法在含分布式光伏接入的配电网中,将微型同步相量测量单元(Micro-Synchronous Phasor Measurement Unit,μPMU)和智能电表量测数据进行等效变换,实现异构数据支路电流幅值量测误差最小。首先,基于混合量测系统,推导三相量测方程模型。然后,运用加权最小二乘法实现了三相支路电流的状态估计。所提方法适用于三相不平衡、多分支电流量测的配电网。最后,通过对含分布式光伏的IEEE 37节点系统进行仿真,验证了方法的有效性。     

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。     

配电网状态估计中的量测变换技术

分析了不同情况下状态估计算法中量测变换技术的应用情况，导出了量测变换的具体数学表达式和量测变换后各数据量权重的确定。文章分别对基于牛顿法的状态估计算法，以节点电压电流方程式为基础的状态估计算法及基于支路电流的配电网状况估计算法进行了比较，从文中分析可以看出，量测变换技术的应用虽提高了算法的运算速度但牺牲了估计精度。因此在应用量测变换技术时，须因地制宜，在速度和精度之间寻求平衡。     

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。     

基于复数域标幺化的配电网三相不对称快速分解状态估计算法

提出一种基于复数域标幺化的配电网三相不对称快速分解状态估计算法。基于坐标变换的思想,引入基准相角进行复数域标幺化,对阻抗进行整体移相,减小R/X比值,弱化电压相角对有功、电压幅值对无功的影响,实现配电网状态估计的快速分解;根据网络特性,得出使得快速分解估计方法可靠收敛的最优基准相角的选取原则;为适应PQ快速分解状态估计模型,将电流幅值量测等效处理为功率量测。标准测试算例的仿真结果表明,所提快速分解状态估计方法在保证估计精度的同时,可改善配电网状态估计数值计算的稳定性,提高大规模配电网状态估计的在线计算速度。     

一种估算对侧信息的配电网单端故障测距方法

提出了一种估算对侧信息的配电网单端故障测距方法。该方法基于线路的分布参数时域模型及0、1、2模网络,根据首端的采样信息,先推算故障端口的模电压及首端流入故障支路的模电流,并由故障端口的模电压估算末端的电压电流信息,进而得到末端流入故障支路的模电流。利用故障支路的0、1、2模电流瞬时值相等的边界条件,建立了测距函数,并通过搜索法求解,实现了故障测距。所提出的算法可同时利用故障后的稳态量及暂态量进行测距计算,且仅需采样单端信息,不受配网分支、过渡电阻、故障点位置及中性点运行方式等因素的影响。大量的EMTP数字仿真结果验证了该算法的准确性和适用性。     

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。     

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。     

一种配电网状态估计实用算法的探讨

文章介绍了一种新的配电网状态估计算法。该算法中的潮流算法是基于ZBUS法的潮流算法，并针对配电网的树状辐射形结构，采用了基于支路电流的量测变换方法以处理量测量，经特殊处理后也可以方便地处理电流幅值量测和节点电压量测。文中还给出了6节点、IEEE9节点和湖北恩施40节点配电网的计算结果。计算结果表明，文中所提算法能大大提高数据精度，并能快速可靠收敛。     

基于状态空间截断和隔离范围推导的高压配电网可靠性评估

针对高压配电网特点,分别从故障阶数、网络结构和停电时间三个方面研究了状态空间截断。分析了多重故障对高压配电网可靠性的影响,指出对于高压配电网可靠性评估应考虑到的合理故障阶数为二阶;提出了一种快速确定二阶故障有效支路组合的网络拓扑搜索方法,并对每组有效支路组合建立了一种元件组合树以确定有效元件组合;若某二阶故障有效状态停电时间占比小于阈值,可直接忽略。对二阶故障有效状态提出了利用一阶故障隔离范围进行推导以快速获得二阶故障隔离范围的方法。所提方法对状态空间进行了有效截断,同时避免了确定隔离范围时重复拓扑搜索。     

辐射状配电网支路电流法潮流计算的收敛特性研究

对支路电流法收敛机理进行了理论分析，阐述了该方法在辐射状配网潮流计算时具有线性收敛的特性，指出支路电流法收敛特性与线路的尺／义无关，其收敛条件在一般的配电系统中都能够得到满足。对配网潮流支路电流法在给定收敛精度和恒定阻抗负荷条件下达到收敛时所需的迭代次数进行了深入研究，得到配网潮流支路电流法用于2节点系统时迭代次数的估算公式。在此基础上给出了多节点配电系统潮流计算迭代次数的估算公式，给出的算例验证了得出的估算公式是可行的。     

基于深度神经网络伪量测建模的交直流混合配电网交替迭代法状态估计

当前配电网状态估计面临的一个突出问题是实时量测数量不足,难以实现全网可观性。为了给配电管理系统提供准确的基础数据,提出一种基于深度神经网络伪量测建模的交直流混合配电网交替迭代状态估计方法。首先,建立电压源换流器的稳态模型和混合配电网的实时量测模型;然后,利用历史量测数据对深度神经网络进行离线训练,建立负荷节点注入功率的伪量测模型;最后,对交流区域和直流区域进行交替迭代状态估计,在交替过程中区域间交换VSC支路状态量的估计值,保证了边界状态量的一致性。算例测试结果表明,所提方法能在实时量测覆盖率低的情况下,准确估计混合配电网的状态值。     

基于深度神经网络伪量测建模的交直流混合配电网交替迭代法状态估计

当前配电网状态估计面临的一个突出问题是实时量测数量不足,难以实现全网可观性。为了给配电管理系统提供准确的基础数据,提出一种基于深度神经网络伪量测建模的交直流混合配电网交替迭代状态估计方法。首先,建立电压源换流器的稳态模型和混合配电网的实时量测模型;然后,利用历史量测数据对深度神经网络进行离线训练,建立负荷节点注入功率的伪量测模型;最后,对交流区域和直流区域进行交替迭代状态估计,在交替过程中区域间交换VSC支路状态量的估计值,保证了边界状态量的一致性。算例测试结果表明,所提方法能在实时量测覆盖率低的情况下,准确估计混合配电网的状态值。     

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。     

支持大规模电流量测的配网抗差状态估计方法

提出一种适用于以支路电流幅值量测为主的配网状态估计方法。该方法以支路首端功率和支路电流幅值的平方作为待求变量,从而简化了量测方程,可以方便考虑电流幅值量测且不需要做任何量测转换。所提出的方法可以综合利用电压幅值量测、功率量测和电流量测,且能够处理辐射电网、弱环网以及电缆线充电电容等情况。同时,分析该方法的可观测特性,表明新方法不需要增加量测配置的冗余度。最后,给出辐射状和弱环网的算例,以验证该方法的实用性。     

Multiphase transmission line modeling for voltage sag estimation

This paper presents a novel approach for voltage sag indices calculation based on instantaneous voltage estimation. The estimation uses traditional state estimation where redundant measurements are available. The estimation is based on time domain state estimation which uses time domain modeling of the power network. The time domain current monitoring is used to have linear mapping and to achieve high performance of voltage sag estimation. The fault estimation procedure is prior of the voltage sag estimation. This paper shows a possible for fault instance detection, fault location identification and fault type estimation method that are required to estimate voltage sag for different line models utilizing residual analysis and topology error processing. Lumped parameter and distributed parameter transmission line modeling are developed to estimate instantaneous voltage at a three-phase power system in time domain. Magnitude and duration of voltage sag as main indices are calculated from the estimated instantaneous bus voltage. The performance of the novel approach is tested on IEEE 14 bus system and the results are shown.     

基于潮流估计和分块负荷削减的配电网可靠性评估算法

基于中压配电网闭环设计、开环运行的特点,以及元件电压降落、功率损耗及树状网络潮流分布的特点,推导出了节点电压、支路传输功率与支路阻抗的关系。在节点负荷矩基础上推导出了计算和修正节点负荷矩的等值阻抗和等值功率计算公式;提出了配电网故障解析中负荷转移后的电压估计模型、送端馈线潮流估计模型和受端馈线潮流估计模型,提高了可靠性评估中元件故障状态下潮流计算的效率。以分块链表简化配电网的结构并给出分块负荷削减的模型,实现了计及潮流约束的配电网可靠性评估。IEEE 33节点系统和工程算例仿真表明,文中提出的负荷削减模型与潮流估算模型相结合可快速、准确地实现中压配电网的可靠性计算,具有较高的工程实用价值。