1、North China Electric Power UniversityEMS(5)-状态估计主讲人：齐郑qizheng319126North China Electric Power Universitypage22022-8-15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North China Electric Power Universitypage32022-8-15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
2、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North China Electric Power Universitypage42022-8-15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North China Electric Power Universitypage52022-8-15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
3、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North China Electric Power Universitypage62022-8-15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North China Electric Power Universitypage72022-8-15拓扑错误辨识线路两端潮流合理而一端开关错开North China Electric Power Universitypage82022-8-15状态估计-提高测量准确性98.005.1
4、108.905.1xxxxAV10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，确定估计电流。计电流。North China Electric Power Universitypage92022-8-15221.05()(1.05)(0.98)min0.98xJ xxxx2(1.05)2(0.98)0Jxxx 1.050.981.0152x1.055%0.050.982%0.021.0150.015xvxvxrxx最小二乘法（最小二乘法（LS）North China Electric Power Un
5、iversitypage102022-8-15量测方程量测方程vxhZvHxZ)(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)North China Electric Power Universitypage112022-8-15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North China Electric Power Universitypage122022-8-15方法
6、1：最小二乘估计)(xhZ21.()()()()TTmiiiMinJ xZh xZh xZh x x 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North China Electric Power Universitypage132022-8-15l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INorth China Electric Power Un
7、iversitypage142022-8-1522(1.05)2(0.98)4(0.96)0 xxxx()0J xx30.041.015 0 xx0.9917x n令l目标函数：Min.J(x)=(1.05-x)2+(0.98-x)2+(0.96-x2)2North China Electric Power Universitypage152022-8-15l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.=9.835
8、Wl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North China Electric Power Universitypage162022-8-15方法2：加权最小二乘估计miiiiTxhZWxhZWxhZxJMin12)()()()(.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，以提高估计精度赋较大
9、的权值，以提高估计精度North China Electric Power Universitypage172022-8-15222211()(1.05)(0.98)min0.050.02J xxx22221.050.980.050.021.0103110.050.02x1.03%0.0103rxxNorth China Electric Power Universitypage182022-8-15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=10WNorth China Electric Power Univer
10、sitypage192022-8-15其他方法lNewton法l快速P-Q解耦法l正交变换解法lNorth China Electric Power Universitypage202022-8-15Newton法解非线性方程组问题()kkkkkxJf xxxx 110002202100()1()()|.02!()()xxTTxTf xfxf xxxxxf xxxxf xx l 叠代格式 雅可比矩阵()Tf xJxx0 x1x2x3f(x)xyf(x0)x=-f(x0)/()Tf xxl一般非线性方程一般非线性方程 f(x)=0North China Electric Power Univer
11、sitypage212022-8-15状态估计问题()()0TJ xH W Z h xx1()()()min2TJ xZh xW Zh xl 目标函数()Th xHx量测Jacobian矩阵211()()min2miiiiJ xw Zh x121,iiWRw()()()0TJ xf xH W Zh xxMarkov估计l求解North China Electric Power Universitypage222022-8-15状态估计问题111()()()kkTTkkkkkfxf xH WHH W Z h xxxxxl 用牛顿法求解()()()0TJ xf xH W Zh xx00()|()0
12、 xf xx f xx 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：()()()()TTf xH W Z h xh xH WHHxxxNorth China Electric Power Universitypage232022-8-15状态估计的流程 输 入 数 据：SCADA 量 测 SCADA 映 射 量 测 预 过 滤 拓 扑 分 析 拓 扑 检 错 拓 扑 分 析 网 络 可 观 测性 分 析 状 态 估 计 迭 代 坏 数 据 检 测与 辨 识 有 坏 数 据？计 算 全 网 潮流 分 布 N Y 母 线 负 荷 预测 模 型 维 护 No
13、rth China Electric Power Universitypage242022-8-15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、在线应用中，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。North China Electric Power Universitypage252022-8-15状态估计Vi,Pi,Qi,IiPij,Qij,IijVi,Pi,Qi潮流计算模拟操作：开关操作出力调整负荷调整分接头调整North China Electric Power Universitypage262022-8-15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
