电力系统调度自化EMS状态估计课件.ppt

North China Electric Power UniversityEMS(5)-状态估计l主讲人：齐郑第1页，共26页电力系统状态估计必要性 SCADA数据不齐全 SCADA数据不精确 受干扰时出现错误数据8/8/20222North China Electric Power University第2页，共26页状态估计定义定义：利用实时量测系统的冗余度，提高精度和自动排除随机干扰所引起的错误数据，估计出系统运行状态70年代初期，Larson和Debs在绑那维尔电力公司展开卡尔曼逐次滤波状态估计的研究1970年F.C.Schweppe等提出电力系统最小二乘状态估计算法8/8/20223North China Electric Power University第3页，共26页状态估计的作用1、降低量测系统投资，少装测点2、计算出未测量的电气量3、利用量测系统的冗余信息，辨识坏数据，同时提高量测数据的准确性重点重点8/8/20224North China Electric Power University第4页，共26页状态估计-坏数据的检测与辨识l量测预处理、拓扑错误辨识、遥测坏数据的检测和辨识n量测预处理：去掉明显的坏数据n拓扑错误辨识：找出开关、刀闸的状态错误n遥测坏数据的检测和辨识l采用估计-检测和辨识-再估计-再检测和辨识的迭代模式8/8/20225North China Electric Power University第5页，共26页。

拓扑错误辨识l找出开关、刀闸的状态（遥信）错误l利用遥测量有无及测值大小信息推断电气设备的连通情况，从而得出遥信错误信息l一般在估计计算前进行拓扑错误辨识8/8/20226North China Electric Power University第6页，共26页拓扑错误辨识线路两端潮流合理而一端开关错开8/8/20227North China Electric Power University第7页，共26页状态估计-提高测量准确性AV10伏10欧n哪个对？哪个对？l一个例子一个例子:l(见右图见右图)l已知电阻已知电阻10欧姆，欧姆，V=9.8伏，伏，I=1.05A，确定估计电，确定估计电流8/8/20228North China Electric Power University第8页，共26页最小二乘法（最小二乘法（LS）8/8/20229North China Electric Power University第9页，共26页量测方程量测方程式(1)为线性条件下,式(2)为非线性条件下Zm1维量测矢量xn1维状态矢量,vm1维量测误差矢量H量测矩阵（mn）h(.)非线性量测函数（m1）(1)(2)8/8/202210North China Electric Power University第10页，共26页。

量测方程的特点特点1：方程个数m大于状态变量的个数n特点2：多余m-n个方程为矛盾方程，找不到常规意义上的解，只能用拟合的方法求在某种估计意义上的解8/8/202211North China Electric Power University第11页，共26页方法1：最小二乘估计n满足上述目标的满足上述目标的 称为称为x的最小二乘估计值的最小二乘估计值n对量测方程对量测方程建立目标函数，求极小值建立目标函数，求极小值8/8/202212North China Electric Power University第12页，共26页l测量值：nI=1.05A=1.05p.u.，nU=9.8V=0.98p.u.,nP=9.6W=0.96p.u.l量测方程：nZ1=x+v1nZ2=Rx+v2nZ3=Rx2+v3l状态量x为电流I8/8/202213North China Electric Power University第13页，共26页n令l目标函数：Min.J(x)=(1.05-x)2+(0.98-x)2+(0.96-x2)28/8/202214North China Electric Power University第14页，共26页。

l状态的估计值状态的估计值x=0.9917l量测的估计值：量测的估计值：l 电流电流I=x=0.9917p.u.=0.9917Al 电压电压U=Rx=0.9917p.u.=9.917Vl 有功有功P=Rx2=0.9835p.u.=9.835Wl量测容余度提高后，电流量测的估计误差：量测容余度提高后，电流量测的估计误差：真值量测值误差估计值真值量测值误差估计值 误差误差 估计值估计值 误差误差.05 0.05 1.015 0.015 0.9917 -0.0083 例例 例例8/8/202215North China Electric Power University第15页，共26页方法2：加权最小二乘估计W=diag(W1,W2,Wm)新目标函数：新目标函数：若事先知道量测值的精度，可给精度高的仪表赋较若事先知道量测值的精度，可给精度高的仪表赋较大的权值，以提高估计精度大的权值，以提高估计精度8/8/202216North China Electric Power University第16页，共26页8/8/202217North China Electric Power University第17页，共26页。

电气量电流I(误差)直接测量值0.05A非加权估计0.015A加权估计0.0103A上例中设真值为I=1A，U=10V，P=10W8/8/202218North China Electric Power University第18页，共26页其他方法lNewton法l快速P-Q解耦法l正交变换解法l8/8/202219North China Electric Power University第19页，共26页Newton法解非线性方程组问题l叠代格式 雅可比矩阵x0 x1x2x3f(x)xyf(x0)x=-f(x0)/l一般非线性方程一般非线性方程 f(x)=08/8/202220North China Electric Power University第20页，共26页状态估计问题l目标函数量测Jacobian矩阵Markov估计l求解8/8/202221North China Electric Power University第21页，共26页状态估计问题l用牛顿法求解在x0附近泰勒展开，忽略二次以上的项：牛顿法状态估计迭代格式：牛顿法状态估计迭代格式：8/8/202222North China Electric Power University第22页，共26页。

状态估计的流程8/8/202223North China Electric Power University第23页，共26页状态估计与潮流计算的关系1、潮流计算是状态估计的一个特例2、状态估计用于处理实时数据，或者有冗余的矛盾方程的场合3、潮流计算用于无冗余矛盾方程的场合4、应用中，潮流计算在状态估计的基础上进行，也就是说，由状态估计提供经过加工处理过的熟数据，作为潮流计算的原始数据8/8/202224North China Electric Power University第24页，共26页8/8/202225North China Electric Power University第25页，共26页状态估计对SCADA的要求l量测有一定的冗余度l量测配置合理l开关/刀闸的状态基本正确l实时信息的同时性较好8/8/202226North China Electric Power University第26页，共26页。