一种引入pmu量测信息的大电网状态估计方法
【专利摘要】本发明提供一种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，包括以下步骤：判断电力系统的代数可观性；判断PMU量测信息的可观性；进行大电网的状态估计。本发明提供一种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，基于快速分解估计算法，有效利用PMU量测信息，增加量测冗余度，提高了估计精度；并保证计算效率和计算速度，满足电力系统的实时在线要求。
【专利说明】—种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种状态估计方法，具体讲涉及一种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法。
【背景技术】
[0002]同步相量测量单元以全球定位系统GPS提供的精确时间为基准，可实现对电力系统各个节点的同步测量，提供大规模互联电力系统在同一参考时间框架下各关键点的实时稳态、动态信息，提高了系统的可观性，并为提高系统的可控性和可靠性提供了新的视角和思路。
[0003]I988年,Bonneville电力局（BPA)在美国西部电力协调联盟（Western ElectricCoordinating Council region, WECC,即原WSCC)首次使用了相量测量装置,并对这些在弗吉尼亚理工开发的原型机进行了室内和现场测试。1993年，弗吉尼亚理工成功研制了全球第一台可商用的同步相量测量装置。IEEE电力系统继电保护和控制委员会设立了一个专门委员会，于 1995 年率先起草了 IEEE1344 标准（IEEE Standard for Synchrophasors forpower systems)，并于2005年修订为IEEE Std PC37. 118—2005，为同步相量测量技术的各项细节如同步相量测量方法、通信接口的规则、推荐的标准和可能的应用提供了标准依据。
[0004]我国相关工作起步于1994年主要有中国电力科学研究院、各所大学和设备生产商从事研究、开发和批量生产，并分别与各电网公司陆续在一些区域电网展开试点应用。1995年中国电力科学研究院与台湾欧华公司共同研制了国内第一台同步相量测量装置，并于1995年在南方电网500kV天广联络线上安装了两台相角测量装置ADX3000，用于监视联络线相角的摆动，广义上可说是我国第一套WAMS(Wide Area Measurement System,广域监测系统）。
[0005]目前，国内主要电网的WAMS系统均已投入实际运行，据初步估算，我国已投入电网运行的同步相量测量装置超过1000套。已开发或正在研究、开发的WAMS可预期实现的功能主要有两类：
[0006](I)基本功能，包括集成相量数据平台（收集与同步各PMU的数据，提供标准数据接口等）、广域动态监视与分析、同步扰动数据记录与反演；
[0007](2)先进功能，包括发电机运行状态监视、在线低频振荡检测与分析、模型及其参数辨识、仿真校验、混合状态估计、在线扰动辨识、功角稳定预测与告警、动态电压稳定监视、紧急控制框架中的在线预决策、广域保护、广域HVDC阻尼控制等。
[0008]就应用总体水平而言，国内基本上和国外同步；就制造总体水平和生产能力而言，以及WAMS系统的规范标准、技术性能、先进功能、运行管理与规划建设等方面国内与国外相比并不逊色。
[0009]目前，传统线性估计以PQ分解法的最小二乘估计为基础，使用SCADA量测(进行迭代计算。由于SCADA系统仅能提供节点注入功率、支路潮流、电压幅值和电流幅值量测，且存在着数据精度低、同步性差等缺点，难以适应现代大电网对更高的估计精度和更好估计效率的需要，因此，单纯依赖SCADA量测的传统状态估计方法有待改进；传统的非线性状态估计是以加权最小二乘法为基础，根据电力体统的特征，将雅克比矩阵常数化，将有功和无功分解，即快速分解法。在工程合理的精度范围内，快速分解法具有很好的收敛特性，计算速度快又省内存，是一种公认的状态估计优良算法。
[0010]随着WAMS技术的发展和应用，WAMS量测数据以其测量精度高，数据严格同步、数据传输延迟小等特点为状态估计增加了新的品质更好的数据源，并且，WAMS实现了广域范围内母线电压和支路电流相量的直接测量，在测量类型上为状态估计提供了额外的量测数据，将会大大缓解状态估计精度和计算工作量这两方面的困难。
【发明内容】
[0011]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，基于快速分解估计算法，有效利用PMU量测信息，增加量测冗余度，提高了估计精度；并保证计算效率和计算速度，满足电力系统的实时在线要求。
[0012]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0013]本发明提供一种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，所述方法包括以下步骤:
[0014]步骤1:判断电力系统的代数可观性；
[0015]步骤2:判断PMU量测信息的可观性；
[0016]步骤3 进行大电网的状态估计。
[0017]所述步骤I中，对于节点数为η、测量向量维数为m的电力系统，如果该电力系统线性量测模型系数矩阵的秩rank (H) =2n-l，即H满秩，则认为该电力系统代数可观。
[0018]所述步骤2中，根据电力系统的代数可观性，判断PMU量测信息的可观性；分为以下情况:
[0019]A、若满足rank(H)=2n_l，则表明PMU量测信息完全可观；
[0020]B、若满足rank (H)≥a*(2n_l)，则表明PMU量测信息大量可观，其中a为0.95~0.9 ；
[0021](:、若满足^1^01)〈&*(211-1)，则表明PMU量测信息少量可观；
[0022]D、若满足rank (H)=0，则表明PMU量测信息完全不可观。
[0023]所述步骤3中，根据PMU量测信息的可观性进行大电网的状态估计分为以下情况:
[0024]A、若PMU量测信息完全可观，则采用直角坐标线性模型进行线性状态估计；
[0025]B、若PMU量测信息大量可观，则利用SCADA量测补充PMU不可观测的区域，进行线性状态估计；
[0026]C、若PMU量测信息少量可观，则进行非线性状态估计；
[0027]D、PMU量测信息完全不客观，则无需进行引入PMU的线性估计。
[0028]采用直角坐标线性模型进行线性状态估计具体过程为:
[0029]采用电压实部和虚部作为状态量，采用节点电压、节点注入电流和支路电流的实部和虚部作为量测量，于是量测方程用线性方程表示为:
[0030]z = h (X) +V = Ax+v(I)[0031]其中，z为量测量，X为状态量，V为随机误差，A为一次系数矩阵，h(x)是根据状
态量X的量测的计算值,且有一^ = A， h(x) = Ax；
[0032]目标函数表示为:
[0033]J(x) = [z-Ax]TR_1 [z-Ax](2)
[0034]其中，IT1为权值矩阵，J(X)为最小二乘目标函数；
[0035]线性状态估计方程为:
,Tisih =[ATR umAfM H"'z(3)
[0036]其中，R-1 ω为第η次计算的权值矩阵，产丨丨为第n+1次计算的估计值；
[0037]计算残差的偏差量/;丨="?有:
[0038]=max|r(i:{,"u)|C4)
[0039]其中，.为残差，表示为:
[0040]r(,,h) =Z^(W)!Sj
[0041]其中，为根据n+1次状态估计值，f~所得到量测计算值;
[0042]由于对电力系统状态估计精度受电流量测精度的影响大，而受电压量测的影响小，故仅计算电流最大的残差，修正电流量测的权重，有
[0043]R-K—=R:n(6)
[0044]其中，RJ”为残差最大值对应的量测的修正权重矩阵，之再进行一次线性估计，直到满足<eF ,且<εβ，其中,Λ?0为电压修正量,相角修正量，ε,Ρ ε 0是根
I Imsx Vmm νΔνAO
据精度预设的收敛门槛值；若已对某量测修正，则不再对该量测的权重进行修正。
[0045]利用SCADA量测补充PMU不可观测的区域，进行线性状态估计具体过程为:
[0046]使用上标O表示PMU量测可观测区域,上标U表示PMU量测不可观测区域,则节点电压方程可表不为:
【权利要求】
1.一种引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:判断电力系统的代数可观性； 步骤2:判断PMU量测信息的可观性； 步骤3:进行大电网的状态估计。
2.根据权利要求1所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:所述步骤I中，对于节点数为η、测量向量维数为m的电力系统，如果该电力系统线性量测模型系数矩阵的秩rank (H) =2n-l，即H满秩，则认为该电力系统代数可观。
3.根据权利要求2所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:所述步骤2中，根据电力系统的代数可观性，判断PMU量测信息的可观性；分为以下情况: A、若满足rank(H)=2n-l，则表明PMU量测信息完全可观； B、若满足rank(H)≥a*(2n_l)，则表明PMU量测信息大量可观，其中a为0.95~0.9 ; C、若满足rank(H)〈a* (2n_l)，则表明PMU量测信息少量可观； D、若满足rank(H)=O,则表明PMU量测信息完全不可观。
4.根据权利要求1所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:所述步骤3中，根据PMU量测信息的可观性进行大电网的状态估计分为以下情况: A、若PMU量测信息完全可观，则采用直角坐标线性模型进行线性状态估计； B、若PMU量测信息大量可观，则利用SCADA量测补充PMU不可观测的区域，进行线性状态估计； C、若PMU量测信息少量可观，则进行非线性状态估计； D、PMU量测信息完全不客观，则无需进行引入PMU的线性估计。
5.根据权利要求4所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:采用直角坐标线性模型进行线性状态估计具体过程为: 采用电压实部和虚部作为状态量，采用节点电压、节点注入电流和支路电流的实部和虚部作为量测量，于是量测方程用线性方程表示为:z = h (X) +V = Ax+v(I) 其中，ζ为量测量，X为状态量，V为随机误差，A为一次系数矩阵，h (x)是根据状态量X的量测的计算值，且有
6.根据权利要求4所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:利用SCADA量测补充PMU不可观测的区域，进行线性状态估计具体过程为: 使用上标O表示PMU量测可观测区域,上标U表示PMU量测不可观测区域,则节点电压方程可表示为:
7.根据权利要求4所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:进行非线性状态估计中，分别引入PMU电压量测信息和相角量测信息、PMU功率量测信息以及PMU电流量测信息进行非线性状态估计。
8.根据权利要求7所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:弓丨APMU电压量测信息和相角量测信息进行非线性状态估计具体过程为: 1)直接将PMU节点电压相量量测方程加入到非线性状态估计中，PMU电压和相角量测方程为:
9.根据权利要求7所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:弓丨入PMU功率量测信息进行非线性状态估计具体过程为:
10.根据权利要求7所述的引入PMU量测信息的大电网状态估计方法，其特征在于:弓丨APMU电流量测信息进行非线性状态估计具体过程分为以下两种情况: 1)将电流量转化为支路潮流，有
【文档编号】G06Q50/06GK103840452SQ201410077078
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】赵昆, 颜磊, 李理, 王少芳, 宋旭日, 贾育培, 王磊, 郎燕生, 李强, 李森 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院