一種引入pmu量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：判斷電力系統(tǒng)的代數(shù)可觀性；判斷PMU量測(cè)信息的可觀性；進(jìn)行大電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)。本發(fā)明提供一種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，基于快速分解估計(jì)算法，有效利用PMU量測(cè)信息，增加量測(cè)冗余度，提高了估計(jì)精度；并保證計(jì)算效率和計(jì)算速度，滿足電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線要求。
【專利說明】—種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種狀態(tài)估計(jì)方法，具體講涉及一種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]同步相量測(cè)量單元以全球定位系統(tǒng)GPS提供的精確時(shí)間為基準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的同步測(cè)量，提供大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)在同一參考時(shí)間框架下各關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)信息，提高了系統(tǒng)的可觀性，并為提高系統(tǒng)的可控性和可靠性提供了新的視角和思路。
[0003]I988年,Bonneville電力局（BPA)在美國(guó)西部電力協(xié)調(diào)聯(lián)盟（Western ElectricCoordinating Council region, WECC,即原WSCC)首次使用了相量測(cè)量裝置,并對(duì)這些在弗吉尼亞理工開發(fā)的原型機(jī)進(jìn)行了室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。1993年，弗吉尼亞理工成功研制了全球第一臺(tái)可商用的同步相量測(cè)量裝置。IEEE電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和控制委員會(huì)設(shè)立了一個(gè)專門委員會(huì)，于 1995 年率先起草了 IEEE1344 標(biāo)準(zhǔn)（IEEE Standard for Synchrophasors forpower systems)，并于2005年修訂為IEEE Std PC37. 118—2005，為同步相量測(cè)量技術(shù)的各項(xiàng)細(xì)節(jié)如同步相量測(cè)量方法、通信接口的規(guī)則、推薦的標(biāo)準(zhǔn)和可能的應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。
[0004]我國(guó)相關(guān)工作起步于1994年主要有中國(guó)電力科學(xué)研究院、各所大學(xué)和設(shè)備生產(chǎn)商從事研究、開發(fā)和批量生產(chǎn)，并分別與各電網(wǎng)公司陸續(xù)在一些區(qū)域電網(wǎng)展開試點(diǎn)應(yīng)用。1995年中國(guó)電力科學(xué)研究院與臺(tái)灣歐華公司共同研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)同步相量測(cè)量裝置，并于1995年在南方電網(wǎng)500kV天廣聯(lián)絡(luò)線上安裝了兩臺(tái)相角測(cè)量裝置ADX3000，用于監(jiān)視聯(lián)絡(luò)線相角的擺動(dòng)，廣義上可說是我國(guó)第一套WAMS(Wide Area Measurement System,廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）。
[0005]目前，國(guó)內(nèi)主要電網(wǎng)的WAMS系統(tǒng)均已投入實(shí)際運(yùn)行，據(jù)初步估算，我國(guó)已投入電網(wǎng)運(yùn)行的同步相量測(cè)量裝置超過1000套。已開發(fā)或正在研究、開發(fā)的WAMS可預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能主要有兩類：
[0006](I)基本功能，包括集成相量數(shù)據(jù)平臺(tái)（收集與同步各PMU的數(shù)據(jù)，提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口等）、廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)視與分析、同步擾動(dòng)數(shù)據(jù)記錄與反演；
[0007](2)先進(jìn)功能，包括發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、在線低頻振蕩檢測(cè)與分析、模型及其參數(shù)辨識(shí)、仿真校驗(yàn)、混合狀態(tài)估計(jì)、在線擾動(dòng)辨識(shí)、功角穩(wěn)定預(yù)測(cè)與告警、動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定監(jiān)視、緊急控制框架中的在線預(yù)決策、廣域保護(hù)、廣域HVDC阻尼控制等。
[0008]就應(yīng)用總體水平而言，國(guó)內(nèi)基本上和國(guó)外同步；就制造總體水平和生產(chǎn)能力而言，以及WAMS系統(tǒng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)性能、先進(jìn)功能、運(yùn)行管理與規(guī)劃建設(shè)等方面國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比并不遜色。
[0009]目前，傳統(tǒng)線性估計(jì)以PQ分解法的最小二乘估計(jì)為基礎(chǔ)，使用SCADA量測(cè)(進(jìn)行迭代計(jì)算。由于SCADA系統(tǒng)僅能提供節(jié)點(diǎn)注入功率、支路潮流、電壓幅值和電流幅值量測(cè)，且存在著數(shù)據(jù)精度低、同步性差等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)現(xiàn)代大電網(wǎng)對(duì)更高的估計(jì)精度和更好估計(jì)效率的需要，因此，單純依賴SCADA量測(cè)的傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)方法有待改進(jìn)；傳統(tǒng)的非線性狀態(tài)估計(jì)是以加權(quán)最小二乘法為基礎(chǔ)，根據(jù)電力體統(tǒng)的特征，將雅克比矩陣常數(shù)化，將有功和無功分解，即快速分解法。在工程合理的精度范圍內(nèi)，快速分解法具有很好的收斂特性，計(jì)算速度快又省內(nèi)存，是一種公認(rèn)的狀態(tài)估計(jì)優(yōu)良算法。
[0010]隨著WAMS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，WAMS量測(cè)數(shù)據(jù)以其測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)嚴(yán)格同步、數(shù)據(jù)傳輸延遲小等特點(diǎn)為狀態(tài)估計(jì)增加了新的品質(zhì)更好的數(shù)據(jù)源，并且，WAMS實(shí)現(xiàn)了廣域范圍內(nèi)母線電壓和支路電流相量的直接測(cè)量，在測(cè)量類型上為狀態(tài)估計(jì)提供了額外的量測(cè)數(shù)據(jù)，將會(huì)大大緩解狀態(tài)估計(jì)精度和計(jì)算工作量這兩方面的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，基于快速分解估計(jì)算法，有效利用PMU量測(cè)信息，增加量測(cè)冗余度，提高了估計(jì)精度；并保證計(jì)算效率和計(jì)算速度，滿足電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線要求。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0013]本發(fā)明提供一種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，所述方法包括以下步驟:
[0014]步驟1:判斷電力系統(tǒng)的代數(shù)可觀性；
[0015]步驟2:判斷PMU量測(cè)信息的可觀性；
[0016]步驟3 進(jìn)行大電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)。
[0017]所述步驟I中，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)為η、測(cè)量向量維數(shù)為m的電力系統(tǒng)，如果該電力系統(tǒng)線性量測(cè)模型系數(shù)矩陣的秩rank (H) =2n-l，即H滿秩，則認(rèn)為該電力系統(tǒng)代數(shù)可觀。
[0018]所述步驟2中，根據(jù)電力系統(tǒng)的代數(shù)可觀性，判斷PMU量測(cè)信息的可觀性；分為以下情況:
[0019]A、若滿足rank(H)=2n_l，則表明PMU量測(cè)信息完全可觀；
[0020]B、若滿足rank (H)≥a*(2n_l)，則表明PMU量測(cè)信息大量可觀，其中a為0.95~0.9 ；
[0021](:、若滿足^1^01)〈&*(211-1)，則表明PMU量測(cè)信息少量可觀；
[0022]D、若滿足rank (H)=0，則表明PMU量測(cè)信息完全不可觀。
[0023]所述步驟3中，根據(jù)PMU量測(cè)信息的可觀性進(jìn)行大電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)分為以下情況:
[0024]A、若PMU量測(cè)信息完全可觀，則采用直角坐標(biāo)線性模型進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)；
[0025]B、若PMU量測(cè)信息大量可觀，則利用SCADA量測(cè)補(bǔ)充PMU不可觀測(cè)的區(qū)域，進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)；
[0026]C、若PMU量測(cè)信息少量可觀，則進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)；
[0027]D、PMU量測(cè)信息完全不客觀，則無需進(jìn)行引入PMU的線性估計(jì)。
[0028]采用直角坐標(biāo)線性模型進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)具體過程為:
[0029]采用電壓實(shí)部和虛部作為狀態(tài)量，采用節(jié)點(diǎn)電壓、節(jié)點(diǎn)注入電流和支路電流的實(shí)部和虛部作為量測(cè)量，于是量測(cè)方程用線性方程表示為:
[0030]z = h (X) +V = Ax+v(I)[0031]其中，z為量測(cè)量，X為狀態(tài)量，V為隨機(jī)誤差，A為一次系數(shù)矩陣，h(x)是根據(jù)狀
態(tài)量X的量測(cè)的計(jì)算值,且有一^ = A， h(x) = Ax；
[0032]目標(biāo)函數(shù)表示為:
[0033]J(x) = [z-Ax]TR_1 [z-Ax](2)
[0034]其中，IT1為權(quán)值矩陣，J(X)為最小二乘目標(biāo)函數(shù)；
[0035]線性狀態(tài)估計(jì)方程為:
,Tisih =[ATR umAfM H"'z(3)
[0036]其中，R-1 ω為第η次計(jì)算的權(quán)值矩陣，產(chǎn)丨丨為第n+1次計(jì)算的估計(jì)值；
[0037]計(jì)算殘差的偏差量/;丨="?有:
[0038]=max|r(i:{,"u)|C4)
[0039]其中，.為殘差，表示為:
[0040]r(,,h) =Z^(W)!Sj
[0041]其中，為根據(jù)n+1次狀態(tài)估計(jì)值，f~所得到量測(cè)計(jì)算值;
[0042]由于對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)精度受電流量測(cè)精度的影響大，而受電壓量測(cè)的影響小，故僅計(jì)算電流最大的殘差，修正電流量測(cè)的權(quán)重，有
[0043]R-K—=R:n(6)
[0044]其中，RJ”為殘差最大值對(duì)應(yīng)的量測(cè)的修正權(quán)重矩陣，之再進(jìn)行一次線性估計(jì)，直到滿足<eF ,且<εβ，其中,Λ?0為電壓修正量,相角修正量，ε,Ρ ε 0是根
I Imsx Vmm νΔνAO
據(jù)精度預(yù)設(shè)的收斂門檻值；若已對(duì)某量測(cè)修正，則不再對(duì)該量測(cè)的權(quán)重進(jìn)行修正。
[0045]利用SCADA量測(cè)補(bǔ)充PMU不可觀測(cè)的區(qū)域，進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)具體過程為:
[0046]使用上標(biāo)O表示PMU量測(cè)可觀測(cè)區(qū)域,上標(biāo)U表示PMU量測(cè)不可觀測(cè)區(qū)域,則節(jié)點(diǎn)電壓方程可表不為:
【權(quán)利要求】
1.一種引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:判斷電力系統(tǒng)的代數(shù)可觀性； 步驟2:判斷PMU量測(cè)信息的可觀性； 步驟3:進(jìn)行大電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述步驟I中，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)為η、測(cè)量向量維數(shù)為m的電力系統(tǒng)，如果該電力系統(tǒng)線性量測(cè)模型系數(shù)矩陣的秩rank (H) =2n-l，即H滿秩，則認(rèn)為該電力系統(tǒng)代數(shù)可觀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述步驟2中，根據(jù)電力系統(tǒng)的代數(shù)可觀性，判斷PMU量測(cè)信息的可觀性；分為以下情況: A、若滿足rank(H)=2n-l，則表明PMU量測(cè)信息完全可觀； B、若滿足rank(H)≥a*(2n_l)，則表明PMU量測(cè)信息大量可觀，其中a為0.95~0.9 ; C、若滿足rank(H)〈a* (2n_l)，則表明PMU量測(cè)信息少量可觀； D、若滿足rank(H)=O,則表明PMU量測(cè)信息完全不可觀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述步驟3中，根據(jù)PMU量測(cè)信息的可觀性進(jìn)行大電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)分為以下情況: A、若PMU量測(cè)信息完全可觀，則采用直角坐標(biāo)線性模型進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)； B、若PMU量測(cè)信息大量可觀，則利用SCADA量測(cè)補(bǔ)充PMU不可觀測(cè)的區(qū)域，進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)； C、若PMU量測(cè)信息少量可觀，則進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)； D、PMU量測(cè)信息完全不客觀，則無需進(jìn)行引入PMU的線性估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:采用直角坐標(biāo)線性模型進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)具體過程為: 采用電壓實(shí)部和虛部作為狀態(tài)量，采用節(jié)點(diǎn)電壓、節(jié)點(diǎn)注入電流和支路電流的實(shí)部和虛部作為量測(cè)量，于是量測(cè)方程用線性方程表示為:z = h (X) +V = Ax+v(I) 其中，ζ為量測(cè)量，X為狀態(tài)量，V為隨機(jī)誤差，A為一次系數(shù)矩陣，h (x)是根據(jù)狀態(tài)量X的量測(cè)的計(jì)算值，且有
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:利用SCADA量測(cè)補(bǔ)充PMU不可觀測(cè)的區(qū)域，進(jìn)行線性狀態(tài)估計(jì)具體過程為: 使用上標(biāo)O表示PMU量測(cè)可觀測(cè)區(qū)域,上標(biāo)U表示PMU量測(cè)不可觀測(cè)區(qū)域,則節(jié)點(diǎn)電壓方程可表示為:
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)中，分別引入PMU電壓量測(cè)信息和相角量測(cè)信息、PMU功率量測(cè)信息以及PMU電流量測(cè)信息進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:弓丨APMU電壓量測(cè)信息和相角量測(cè)信息進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)具體過程為: 1)直接將PMU節(jié)點(diǎn)電壓相量量測(cè)方程加入到非線性狀態(tài)估計(jì)中，PMU電壓和相角量測(cè)方程為:
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:弓丨入PMU功率量測(cè)信息進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)具體過程為:
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的引入PMU量測(cè)信息的大電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:弓丨APMU電流量測(cè)信息進(jìn)行非線性狀態(tài)估計(jì)具體過程分為以下兩種情況: 1)將電流量轉(zhuǎn)化為支路潮流，有
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103840452SQ201410077078
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】趙昆, 顏磊, 李理, 王少芳, 宋旭日, 賈育培, 王磊, 郎燕生, 李強(qiáng), 李森 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院