電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化第7章_EMS-狀態(tài)估計(jì)ppt課件

1、North China Electric Power UniversityEMS(5)-狀態(tài)估計(jì)l主講人：齊鄭lqizheng319126電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)必要性 SCADA數(shù)據(jù)不齊全 SCADA數(shù)據(jù)不精確 受干擾時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)狀態(tài)估計(jì)定義定義：利用實(shí)時(shí)量測(cè)系統(tǒng)的冗余度，提高精度和自動(dòng)排除隨機(jī)干擾所引起的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，估計(jì)出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。70年代初期，Larson和Debs在綁那維爾電力公司展開(kāi)卡爾曼逐次濾波狀態(tài)估計(jì)的研究1970年F.C.Schweppe等提出電力系統(tǒng)最小二乘狀態(tài)估計(jì)算法狀態(tài)估計(jì)的作用1、降低量測(cè)系統(tǒng)投資，少裝測(cè)點(diǎn)2、計(jì)算出未測(cè)量的電氣量3、利用量測(cè)系統(tǒng)的冗余信息，辨識(shí)壞數(shù)據(jù)，同時(shí)

2、提高量測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性重點(diǎn)重點(diǎn)狀態(tài)估計(jì)-壞數(shù)據(jù)的檢測(cè)與辨識(shí)l量測(cè)預(yù)處理、拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)、遙測(cè)壞數(shù)據(jù)的檢測(cè)和辨識(shí)l量測(cè)預(yù)處理：去掉明顯的壞數(shù)據(jù)l拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)：找出開(kāi)關(guān)、刀閘的狀態(tài)錯(cuò)誤l遙測(cè)壞數(shù)據(jù)的檢測(cè)和辨識(shí)l采用估計(jì)-檢測(cè)和辨識(shí)-再估計(jì)-再檢測(cè)和辨識(shí)的迭代模式拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)l找出開(kāi)關(guān)、刀閘的狀態(tài)遙信錯(cuò)誤l利用遙測(cè)量有無(wú)及測(cè)值大小信息推斷電氣設(shè)備的連通情況，從而得出遙信錯(cuò)誤信息l一般在估計(jì)計(jì)算前進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)線路兩端潮流合理而一端開(kāi)關(guān)錯(cuò)開(kāi)線路兩端潮流合理而一端開(kāi)關(guān)錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)估計(jì)-提高測(cè)量準(zhǔn)確性98. 005. 1108 . 905. 1xxxxAV10伏10歐n哪個(gè)對(duì)？哪個(gè)對(duì)？l一個(gè)例子一個(gè)

3、例子:l(見(jiàn)右圖見(jiàn)右圖)l已知電阻已知電阻10歐姆，歐姆，V=9.8伏，伏，I=1.05A，確定估，確定估計(jì)電流。計(jì)電流。221.05( ) (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）量測(cè)方程量測(cè)方程vxhZvHxZ)(式(1)為線性條件下,式(2)為非線性條件下Zm1維量測(cè)矢量xn1維狀態(tài)矢量, vm1維量測(cè)誤差矢量H量測(cè)矩陣mn）h(.) 非線性量測(cè)函數(shù)m1）(1)(2)量測(cè)方程的特點(diǎn)特點(diǎn)1：方程個(gè)數(shù)m大于狀態(tài)

4、變量的個(gè)數(shù)n特點(diǎn)2：多余m-n個(gè)方程為矛盾方程，找不到常規(guī)意義上的解，只能用擬合的方法求在某種估計(jì)意義上的解方法1：最小二乘估計(jì))(xhZ21.( )( ) ( )( )TTmiiiMinJ xZh xZh xZh x x n滿足上述目標(biāo)的滿足上述目標(biāo)的 稱為稱為x的最小二乘估計(jì)值的最小二乘估計(jì)值n對(duì)量測(cè)方程對(duì)量測(cè)方程建立目標(biāo)函數(shù)，求極小值建立目標(biāo)函數(shù)，求極小值l測(cè)量值：lI=1.05A=1.05p.u.，lU=9.8V=0.98p.u.,lP=9.6W=0.96p.u.l量測(cè)方程：lZ1=x+v1lZ2=Rx+v2lZ3=Rx2+v3l狀態(tài)量x為電流I22(1.05) 2(0.98) 4 (

5、0.96) 0 xxxx( )0J xx30.041.015 0 xx0.9917x n令l目標(biāo)函數(shù)：l Min. J(x)=(1.05-x)2+(0.98-x) 2+(0.96-x2 ) 2l狀態(tài)的估計(jì)值狀態(tài)的估計(jì)值x=0.9917l量測(cè)的估計(jì)值：量測(cè)的估計(jì)值：l 電流電流I=x=0.9917p.u.=0.9917Al 電壓電壓U=Rx=0.9917p.u.=9.917Vl 有功有功P=Rx2=0.9835p.u.=9.835Wl量測(cè)容余度提高后，電流量測(cè)的估計(jì)誤差：量測(cè)容余度提高后，電流量測(cè)的估計(jì)誤差：真值量測(cè)值誤差估計(jì)值真值量測(cè)值誤差估計(jì)值 誤差誤差 估計(jì)值估計(jì)值 誤差誤差.05 0.0

6、5 1.015 0.015 0.9917 -0.0083 例例 例例方法2：加權(quán)最小二乘估計(jì)miiiiTxhZWxhZWxhZxJMin12)()()()(.W=diag(W1,W2,Wm)新目標(biāo)函數(shù)：新目標(biāo)函數(shù)：若事先知道量測(cè)值的精度，可給精度高的儀表若事先知道量測(cè)值的精度，可給精度高的儀表賦較大的權(quán)值，以提高估計(jì)精度賦較大的權(quán)值，以提高估計(jì)精度222211( )(1.05)(0.98)min0.050.02J xxx22221.050.980.050.021.0103110.050.02x1.03%0.0103rxx電氣量電流I(誤差)直接測(cè)量值0.05A非加權(quán)估計(jì)0.015A加權(quán)估計(jì)0.

7、0103A上例中設(shè)真值為I=1A，U=10V，P=10W其他方法lNewton法l快速P-Q解耦法l正交變換解法lNewton法解非線性方程組問(wèn)題()kkkkkxJf xxxx 110002202100( )1( )()|.02!( )()xxTTxTf xfxf xxxxxf xxxxf xx l 疊代格式 雅可比矩陣( )Tf xJxx0 x1x2x3f(x)xyf(x0)x=-f(x0)/( )Tf xxl一般非線性方程一般非線性方程 f(x)=0狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題( )( ) 0TJ xH W Z h xx1( )( )( )min2TJ xZh xW Zh xl 目標(biāo)函數(shù)( )Th xHx

8、量測(cè)Jacobian矩陣211( )( )min2miiiiJ xw Zh x121,iiWRw( )( )( )0TJ xf xH W Zh xxMarkov估計(jì)l求解狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題111()()()kkTTkkkkkfxf xH WHH W Z h xxxxxl 用牛頓法求解( )( )( )0TJ xf xH W Zh xx00( )|( ) 0 xf xx f xx 在x0附近泰勒展開(kāi)，忽略二次以上的項(xiàng)：牛頓法狀態(tài)估計(jì)迭代格式：牛頓法狀態(tài)估計(jì)迭代格式：( )( )( )()TTf xH W Z h xh xH WHHxxx狀態(tài)估計(jì)的流程 輸 入 數(shù) 據(jù) ： SCADA 量 測(cè) SCADA 映 射 量 測(cè) 預(yù) 過(guò) 濾 拓 撲 分 析 拓 撲 檢 錯(cuò) 拓 撲 分 析 網(wǎng) 絡(luò) 可 觀 測(cè)性 分 析 狀 態(tài) 估 計(jì) 迭 代 壞 數(shù) 據(jù) 檢 測(cè)與 辨 識(shí) 有 壞 數(shù) 據(jù) ？ 計(jì) 算 全 網(wǎng) 潮流 分 布 N Y 母 線 負(fù) 荷 預(yù)測(cè) 模 型 維 護(hù) 狀態(tài)估計(jì)與潮流計(jì)算的關(guān)系1、潮流計(jì)算是狀態(tài)估計(jì)的一個(gè)特例2、狀態(tài)估計(jì)用于處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，或者有冗余的矛盾方程的場(chǎng)合3、潮流計(jì)算用于無(wú)冗余矛盾方程的場(chǎng)合4、在線應(yīng)用中，潮流計(jì)算在狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，也就是說(shuō)，由狀態(tài)估計(jì)提供