电力系统运行与控制概论课件

郭瑞鹏郭瑞鹏浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院电力系统运行与控制概论电力系统运行与控制概论内容提纲内容提纲n电力系统电力系统n电力系统工程电力系统工程n电力系统控制技术的发展过程电力系统控制技术的发展过程n电力系统运行的基本概念电力系统运行的基本概念n电力系统控制中心的典型功能电力系统控制中心的典型功能电力系统电力系统n一次系统：由发电、输电、变电、配电、用电等环节一次系统：由发电、输电、变电、配电、用电等环节构成的电能生产、传输、使用的完整系统。包括各种电构成的电能生产、传输、使用的完整系统。包括各种电力设备（如：电力线路、变压器、母线、开关、刀闸、力设备（如：电力线路、变压器、母线、开关、刀闸、电容器、电抗器、避雷器、电容器、电抗器、避雷器、PTPT、CTCT等）。等）。n二次系统：信息系统二次系统：信息系统n发电厂控制系统（分布式控制发电厂控制系统（分布式控制系统系统DCSDCS）n变电站控制系统（变电站控制系统（RTURTU、继电保护、继电保护、变电站综合自变电站综合自动化）动化）n需求侧负荷控制（负控系统）需求侧负荷控制（负控系统）n电力系统控制（能量管理系统、配电管理系统、电电力系统控制（能量管理系统、配电管理系统、电能量采集系统）能量采集系统）控制系统分类控制系统分类n发电厂控制系统（分布式控制发电厂控制系统（分布式控制系统系统DCSDCS）n变电站控制系统（变电站控制系统（RTURTU、继电保护、继电保护、变电站综合自动化）变电站综合自动化）n需求侧负荷控制（负控系统）需求侧负荷控制（负控系统）n电力系统控制（能量管理系统、配电管理系统）电力系统控制（能量管理系统、配电管理系统）能能量量流流与与信信息息流流电力系统运行的四个准则电力系统运行的四个准则n安全供电安全供电n频率质量及电压质量频率质量及电压质量n经济运行经济运行n环境保护环境保护电力系统运行状态电力系统运行状态状态状态能量平衡能量平衡技术及经济约束技术及经济约束N-1安全准则安全准则正常满足满足满足警戒满足满足不满足紧急满足不满足不满足崩溃不满足不满足不满足恢复不满足满足不满足电力系统运行状态电力系统运行状态正常状态正常状态警戒状态警戒状态（预防控制）预防控制）紧急状态紧急状态（紧急控制）（紧急控制）崩溃状态崩溃状态（切机、切负荷、断开线路）（切机、切负荷、断开线路）恢复状态恢复状态（重新并列、恢复负荷）（重新并列、恢复负荷）不安全不安全危险危险电力系统运行的分解电力系统运行的分解数据采集存储数据采集存储长、中、短期长、中、短期负荷预测负荷预测发电计划发电计划交换计划交换计划检修计划检修计划无功计划无功计划AGCAVC调度操作调度操作电网分析电网分析培训模拟培训模拟预预调调度度调调度度中中调调度度后后电网仿真软件电网仿真软件EMS系统系统超短期负荷预测超短期负荷预测EMS系统的典型功能系统的典型功能数据收集级数据收集级能量管理级能量管理级网络分析级网络分析级培训模拟级培训模拟级高高级级应应用用电能质量安全性经济性稳定性SCADA，数据收集、监控数据收集、监控。总体信息，分析、控制总体信息，分析、控制 AGCAGC、负荷预测等、负荷预测等。全面信息全面信息，分析、控制，分析、控制状状态估计、调度员潮流、态估计、调度员潮流、AVCAVC等。等。DTS:模拟，培训、校核。模拟，培训、校核。电力调度自动化的发展电力调度自动化的发展(一）一）模拟盘 电话LFCEDC 193019401950图1 电力调度自动化的发展(一)SCADA AGC 调度中心 电力调度自动化的发展电力调度自动化的发展(二）二）安全分析 NERC SCADA AGC NAS负荷预测 DTS报价 竞价 标准化 中间件电力企业信息与应用一体化安全校核实时预防性分析各类等值方法1970198019902000北美大停电图2 电力调度自动化的发展(二)美加大停电电力市场EMS PMOS 高级应用软件高级应用软件(EMS总体结构总体结构）能量管理系统能量管理系统培训模拟培训模拟计计 算算 机机核武器核武器!网络分析网络分析数据收集与监控数据收集与监控支持系统支持系统操作系统操作系统计计 算算 机机能量管理能量管理常规武器常规武器!运载工具运载工具!网络分析网络分析数据收集与监控数据收集与监控支持系统支持系统操作系统操作系统计计 算算 机机能量管理能量管理SCADA网络拓扑网络拓扑实时模式实时模式AGC安全约束调度安全约束调度自动电压控制自动电压控制研究模式研究模式机组组合机组组合水电计划水电计划交换计划交换计划燃料计划燃料计划检修计划检修计划发电计划发电计划系统负荷预测系统负荷预测母线负荷预测母线负荷预测调度员潮流调度员潮流安全约束调度安全约束调度电电 压压 稳稳 定定预想故障分析预想故障分析最优潮流最优潮流网络重构网络重构短路电流计算短路电流计算暂态稳定暂态稳定DTS高级应用软件高级应用软件(EMSEMS应用软件应用软件)状态估计状态估计高级应用软件高级应用软件(执行顺序执行顺序)SCADA网络建模网络建模AGC负荷预测负荷预测拓扑分析拓扑分析状态估计状态估计网络分析软件网络分析软件高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构网络建模网络建模(功能与实现功能与实现)n网络建模功能网络建模功能结构建模：网络的结构建模：网络的连接关系连接关系。参数建模：设备的参数建模：设备的物理参数物理参数。n实现实现1.1.图模库一体化图模库一体化2.2.图库分离图库分离+校验（非图模）校验（非图模）网络建模网络建模(要求要求)n网络建模要求网络建模要求 1.1.保证连接关系正确。保证连接关系正确。2.2.各元件的物理参数要完整、准确。各元件的物理参数要完整、准确。注意：物理量单位、数值正确，数据完整。注意：物理量单位、数值正确，数据完整。3.3.实际系统改动后及时更新。实际系统改动后及时更新。hlmhml网络拓扑网络拓扑n连接点模型连接点模型 也称为物理模型，反映系统各元件连接关系。也称为物理模型，反映系统各元件连接关系。n拓扑点模型拓扑点模型 也也称称为为计计算算模模型型，它它与与网网络络方方程程联联系系在在一一起起，反反映各节点通过支路的连接关系映各节点通过支路的连接关系。网络拓扑网络拓扑(连接点模型连接点模型)acb10ebads10_2112100ebacb22eacb23aunalda_bus126bcb11ebbds11_2102100ebbcb22ebcb23bunbldb_bus126ccb10ebcds10_2002111cldc_bus126c_busa_busb_busabacbcaxfa010a220c220b220b010bxf网络拓扑网络拓扑(拓扑点模型拓扑点模型)41032网络拓扑网络拓扑(功能与步骤功能与步骤)n拓扑分析功能：拓扑分析功能：n中心任务：连接点模型中心任务：连接点模型 拓扑点模型拓扑点模型n动态着色（是否带电、是否环网供电）动态着色（是否带电、是否环网供电）n路径追踪路径追踪n拓扑分析步骤：拓扑分析步骤：连接点连接点拓扑点拓扑点电气岛电气岛闭合开关闭合开关支路支路网络拓扑网络拓扑(原理与方法原理与方法)n原理与方法原理与方法n深度优先搜索深度优先搜索n广度优先搜索广度优先搜索网络拓扑网络拓扑(深度优先深度优先)深度优先搜索ABFEIJDCHG网络拓扑网络拓扑(广度优先广度优先)广度优先搜索1522233412路径追踪方便路径追踪方便网络拓扑网络拓扑(搜索范围搜索范围)n全局拓扑全局拓扑对全网进行拓扑分析。对全网进行拓扑分析。n局部拓扑局部拓扑状态变化时，仅分析变化部分对拓扑结果的影响，状态变化时，仅分析变化部分对拓扑结果的影响，对原有拓扑结果进行修改，得到新的拓扑结果。对原有拓扑结果进行修改，得到新的拓扑结果。大大提高拓扑分析的速度。大大提高拓扑分析的速度。高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构调度员潮流调度员潮流(功能与数据源功能与数据源)n功能功能n在研究态下分析各种运行方式的运行状态。在研究态下分析各种运行方式的运行状态。n 数据源数据源n实时方式实时方式:状态估计结果；状态估计结果；n未来方式未来方式:发电计划和负荷预测；发电计划和负荷预测；n历史方式历史方式:以前保存的以前保存的;n假想方式假想方式:用户用户(调度员调度员)在单线图上设置。在单线图上设置。调度员潮流调度员潮流(中心任务与问题特点中心任务与问题特点)n中心任务中心任务n问题特点问题特点多元非线性方程组多元非线性方程组迭代迭代可能不收敛。可能不收敛。功率注入功率注入母线电压母线电压调度员潮流调度员潮流(基本要求基本要求)n基本要求基本要求1.1.收敛可靠性（尤其病态系统）收敛可靠性（尤其病态系统）2.2.计算正确计算正确3.3.功能实用、完备功能实用、完备4.4.使用方便、灵活使用方便、灵活调度员潮流调度员潮流(常用方法常用方法)n常用方法常用方法1.1.牛顿拉夫逊法牛顿拉夫逊法(1960s(1960s，19671967年年Tinney)Tinney)极坐标、直角坐标极坐标、直角坐标2.PQ2.PQ分分快速分解法快速分解法(XB(XB型、型、BXBX型型)解法解法(1970s(1970s，19741974年年Stott)Stott)3.3.最优乘子法最优乘子法4.4.辐射状电网的前推回代法辐射状电网的前推回代法牛顿拉夫逊法基本原理牛顿拉夫逊法基本原理n牛顿法基本原理牛顿法基本原理(f(x)=0)状态修正状态修正收敛条件收敛条件逐次线性化：直线（切线）代替曲线逐次线性化：直线（切线）代替曲线近似解近似解方程数方程数=变量数变量数潮流平衡方程潮流平衡方程潮流平衡方程潮流平衡方程直角坐标：直角坐标：极坐标：极坐标：极坐标潮流平衡方程极坐标潮流平衡方程(2*n-p-2)潮流的残差方程潮流的残差方程:f(x)=0极坐标牛顿拉夫逊法修正方程极坐标牛顿拉夫逊法修正方程P、Q 潮流方程的残差向量潮流方程的残差向量(n-1、n-p-1)；、V 母线电压修正向量母线电压修正向量(n-1、n-p-1)；线性方程组可用高斯消去法求解线性方程组可用高斯消去法求解雅可比矩阵雅可比矩阵牛顿拉夫逊法流程图牛顿拉夫逊法流程图P 、|Q 电压初始化电压初始化计算残差计算残差 P、Q修正量修正量 、V修正修正、V计算雅可比矩阵计算雅可比矩阵牛顿法潮流框图牛顿法潮流框图形成导纳矩阵形成导纳矩阵直角坐标潮流基本方程直角坐标潮流基本方程直角坐标牛顿拉夫逊法潮流修正方程直角坐标牛顿拉夫逊法潮流修正方程P、Q、V2 潮流方程的残差向量潮流方程的残差向量(n-1、n-p-1、p)；e、f 母线电压修正向量母线电压修正向量(n-1、n-1)；雅可比矩阵雅可比矩阵调度员潮流调度员潮流(PQ分解法分解法)nPQPQ分解法分解法高压电网有功、无功相对解耦性质高压电网有功、无功相对解耦性质n忽略雅可比矩阵中忽略雅可比矩阵中 P P/V V和和 Q Q/而将而将P P和和Q Q 解耦解耦n假设假设 很小很小 n假设假设 调度员潮流调度员潮流(PQ分解法分解法)n修正方程修正方程B节点导纳矩阵的电纳部分节点导纳矩阵的电纳部分(n-1)(n-1)B”节点导纳矩阵的电纳部分节点导纳矩阵的电纳部分(n-p-1)(n-p-1)P和Q解耦!调度员潮流调度员潮流(PQ分解法分解法)系数矩阵特点系数矩阵特点1.1.(2n)(2n)阶阶 2(2(nn)阶，阶，减少了内存和计算量。减少了内存和计算量。2.2.B、B”为常数阵，只需一次因子表分解，缩短了计算时间为常数阵，只需一次因子表分解，缩短了计算时间3.3.雅可比阵不对称，而雅可比阵不对称，而B、B”对称，减少了内存对称，减少了内存分析分析1.1.收敛判据不变，结果是精确的收敛判据不变，结果是精确的2.2.P、Q 迭代交替进行，迭代交替进行，部分部分考虑了考虑了耦合耦合关系关系(Q 是用新是用新计算计算)3.3.迭代次数增加，每步时间少，总时间少迭代次数增加，每步时间少，总时间少4.4.当当R/XR/X较大时，算法收敛性差，不适用于低压配网。较大时，算法收敛性差，不适用于低压配网。调度员潮流调度员潮流(PQ分解法种类分解法种类)nPQPQ分解法种类分解法种类n1.1.有的模型，方程右端项不除以有的模型，方程右端项不除以V B B 、B B”都取导纳矩阵电纳部分，但为了改进收敛性，有所变化都取导纳矩阵电纳部分，但为了改进收敛性，有所变化n2.B2.B-导纳矩阵电纳部分导纳矩阵电纳部分(虚部虚部)n3.B3.B-电纳矩阵去掉对地支路电纳矩阵去掉对地支路n4.B4.B-电纳矩阵去掉对地支路和变比电纳矩阵去掉对地支路和变比nXBXB法：法：B B-电纳矩阵取电纳矩阵取1/1/xnBXBX法：法：B B-去掉去掉型等效电路对地支路型等效电路对地支路(包括变压器包括变压器)B B”-电纳矩阵取电纳矩阵取-1/-1/x，加，加型等效电路对地支路型等效电路对地支路(包括变压器包括变压器)快速分解法快速分解法调度员潮流调度员潮流(性能比较性能比较)算法算法牛顿法牛顿法快速分解法快速分解法收敛性收敛性好好(4(4、5 5次次)较好较好速速 度度略慢略慢略快略快内内 存存略多略多略少略少初值要求初值要求略高略高略低略低R/X任意任意小小适应范围适应范围任意电网任意电网35kV及以上电网及以上电网调度员潮流调度员潮流(病态条件病态条件)n潮流计算的病态条件潮流计算的病态条件电力系统往往存在病态条件，给潮流计算带来了电力系统往往存在病态条件，给潮流计算带来了困难。困难。小阻抗支路是最小阻抗支路是最常见的病态条件，三绕组变压常见的病态条件，三绕组变压器中压侧或短线路器中压侧或短线路。ik:1jjx调度员潮流调度员潮流(小阻抗支路对策小阻抗支路对策)n小阻抗支路对策小阻抗支路对策 1.1.用较大的阻抗代替用较大的阻抗代替 2.2.选用快速分解法选用快速分解法；对于小阻抗支路，快速分解法比牛顿法对于小阻抗支路，快速分解法比牛顿法收敛性好收敛性好；3.3.改进电压初值改进电压初值；4.4.对极坐标牛顿法的雅可比矩阵进行改进对极坐标牛顿法的雅可比矩阵进行改进；调度员潮流调度员潮流(稀疏矩阵稀疏矩阵)n稀疏矩阵稀疏矩阵 潮流计算需要矩阵运算，且运算量很大。潮流计算需要矩阵运算，且运算量很大。电网两节电网两节点无支路，导纳矩阵的元素为零。点无支路，导纳矩阵的元素为零。大部分元素为零，为大部分元素为零，为稀疏矩阵。对零元素的存储和计算都是多余的。稀疏矩阵。对零元素的存储和计算都是多余的。n节点优化编号节点优化编号 解方程的消去过程，会增加非零元素，称为注入元解方程的消去过程，会增加非零元素，称为注入元素。注入元素的多少与消去顺序素。注入元素的多少与消去顺序(节点编号节点编号)有关，需要有关，需要节点优化编号。节点优化编号。调度员潮流调度员潮流(潮流中控制模型潮流中控制模型)n潮流中的控制模型潮流中的控制模型n多机联合调整缓冲母线功率多机联合调整缓冲母线功率 缓冲母线缓冲母线分配，多种分配系数。分配，多种分配系数。n多机联合调整母线电压多机联合调整母线电压 调压母线调压母线虚拟虚拟PV分配分配调度员潮流调度员潮流(发散原因及对策发散原因及对策)n潮流收敛性问题潮流收敛性问题n状态估计结果差：状态估计结果差：检查状态估计结果检查状态估计结果n系统不平衡功率过大系统不平衡功率过大n小阻抗影响：小阻抗影响：采用合适的算法、初值采用合适的算法、初值n数据错误：数据错误：各种对错误的处理方法、对可疑各种对错误的处理方法、对可疑数据通过列表提示数据通过列表提示调度员潮流调度员潮流(改善收敛性改善收敛性)n不平衡功率的控制不平衡功率的控制n缓冲机的选择缓冲机的选择n选择在电气重心选择在电气重心n选择在高压母线（缓冲机联合调整）选择在高压母线（缓冲机联合调整）nPVPV 母线的选择母线的选择n不宜过多不宜过多n不在相邻母线上设置不在相邻母线上设置PV PV 母线母线PVPVPVPV调度员潮流调度员潮流(应用应用)n合、解环潮流合、解环潮流n方式调整方式调整n为其它应用提供数据基础为其它应用提供数据基础高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构状态估计状态估计(功能功能)n问题的提出问题的提出nSCADASCADA量测数据不全量测数据不全(完整性完整性)nSCADASCADA量测数据不准量测数据不准(可靠性可靠性)n功能：功能：生数据生数据熟数据熟数据 由由SCADASCADA量量测测数数据据确确定定网网络络拓拓扑扑及及运运行行状状态态。功功能能包包括括：网网络络拓拓扑扑、拓拓扑扑错错误误辨辨识识、可可观观测测性性分分析析、状状态态估估计计、不不良良数数据据检检测测与与辨辨识识、变变压压器器抽抽头头估估计计等。等。状态估计状态估计(基本流程基本流程)基本流程图拓扑拓扑错误错误辨识辨识有无可观可观测性测性检测检测状态状态估计估计不良数不良数据检测据检测与辨识与辨识实实时时库库状态估计状态估计(拓扑错误辨识拓扑错误辨识)n拓扑错误辨识拓扑错误辨识n分分合合n合合分分n给出可疑遥信，并纠正部分错误遥信给出可疑遥信，并纠正部分错误遥信n原理：根据遥测与遥信的冲突进行判断。原理：根据遥测与遥信的冲突进行判断。n难点：小电流支路不易确定难点：小电流支路不易确定状态估计状态估计(可观测性分析可观测性分析)n可观测性分析及其作用可观测性分析及其作用n能够估计出全部状态量的量测系统具有可观测性能够估计出全部状态量的量测系统具有可观测性n量测冗余度量测冗余度k=(m-n)/nn分析确定可观测部分和不可观测部分分析确定可观测部分和不可观测部分n不可观测部分的处理不可观测部分的处理n不参与状态估计不参与状态估计n增加母线注入伪量测，维持系统的可观测性增加母线注入伪量测，维持系统的可观测性状态估计状态估计(可观测性分析方法可观测性分析方法)n可观测性分析的方法可观测性分析的方法n数学分析法数学分析法n如果状态估计的雅可比矩阵的秩等于状态量数，可观测。如果状态估计的雅可比矩阵的秩等于状态量数，可观测。n如果信息矩阵能成功地完成因子分解，对角项不出现零值，如果信息矩阵能成功地完成因子分解，对角项不出现零值，则可观测。则可观测。n方法严格，计算复杂。方法严格，计算复杂。n逻辑判断法逻辑判断法n通过量测追踪判断系统的可观测性。通过量测追踪判断系统的可观测性。n概念清晰，逻辑容易出现不完整概念清晰，逻辑容易出现不完整。状态估计状态估计(伪量测伪量测)n伪量测伪量测 不是真正的量测，而是在量测系统中人为加入的数据，状态不是真正的量测，而是在量测系统中人为加入的数据，状态估计把它当成量测处理，权重有所不同。估计把它当成量测处理，权重有所不同。n典型值、负荷预测、发电计划型伪量测典型值、负荷预测、发电计划型伪量测n精度低、权重小。精度低、权重小。n基尔霍夫型伪量测：绝对准确、权重大、始终使用基尔霍夫型伪量测：绝对准确、权重大、始终使用n零注入。零注入。n零阻抗支路两端电压差。零阻抗支路两端电压差。状态估计状态估计(基本概念基本概念)量测向量(m)状态向量(n)量测方程(m)量测冗余度量测冗余度k=(m-n)/n状态估计状态估计(基本概念基本概念)估计值量测值残 差误 差真值状态估计状态估计(基本方程基本方程)n状态估计目标函数状态估计目标函数 采用逐次采用逐次线性化线性化迭代迭代：量测方程在量测方程在x处泰勒展开，处泰勒展开，并保留至并保留至一阶项一阶项(线性化线性化)，然后求最小值，得到增量方程。，然后求最小值，得到增量方程。权重信息矩阵加权平方和！如何解？非线性！状态估计状态估计(方法方法)n基本加权最小二乘状态估计基本加权最小二乘状态估计(牛顿法牛顿法)计算时间略长，对系统资源要求高。计算时间略长，对系统资源要求高。n快速分解状态估计算法快速分解状态估计算法 与快速分解法潮流计算一样，对信息矩阵进与快速分解法潮流计算一样，对信息矩阵进行行PQPQ分解，降低了计算维数，计算速度略快；权分解，降低了计算维数，计算速度略快；权系数变动范围较大时收敛性变差。系数变动范围较大时收敛性变差。状态估计（信息矩阵）的病态性质状态估计（信息矩阵）的病态性质n为了得到较好的估计值，对误差较小的量测给为了得到较好的估计值，对误差较小的量测给较大的权重，误差较大的量测给较小的权重；较大的权重，误差较大的量测给较小的权重；n量测误差方差相差很大，如假设一般量测方差量测误差方差相差很大，如假设一般量测方差为为1 1时，基尔霍夫型量测方差应设为时，基尔霍夫型量测方差应设为0.10.10.01,0.01,而预测型和计划型伪量测应设为而预测型和计划型伪量测应设为5 51010，这样权，这样权重相差重相差10104 410106 6倍，病态严重。倍，病态严重。状态估计状态估计(正交变换技术正交变换技术)n提高数值稳定性；提高数值稳定性；n牛顿法、快速分解法均可；牛顿法、快速分解法均可；n利用稀疏矩阵技术及分块矩阵技术利用稀疏矩阵技术及分块矩阵技术,减少减少内存占用，提高计算速度。内存占用，提高计算速度。n列编号优化列编号优化n变转轴逐列消去法变转轴逐列消去法状态估计状态估计(不良数据不良数据)n不良数据的检测与辨识不良数据的检测与辨识n所谓不良数据是指量测误差所谓不良数据是指量测误差(遥测值与遥测值与真实值真实值之差之差)大大于某一标准的遥测数据。于某一标准的遥测数据。n只有排除不良数据才能得到正确的状态估计结果。只有排除不良数据才能得到正确的状态估计结果。n不良数据的检测：找出可疑量测数据的过程。不良数据的检测：找出可疑量测数据的过程。n不良数据的辨识：找出真正不良数据的过程。不良数据的辨识：找出真正不良数据的过程。n可辨识性可辨识性n去掉不良数据仍保持可观测性的量测系统。去掉不良数据仍保持可观测性的量测系统。残差：估计值残差：估计值?状态估计状态估计(不良数据的种类不良数据的种类)n稳定的错数稳定的错数n量测设备损坏；量测设备损坏；n量测相反；量测相反；n量测映射错误；量测映射错误；n零量测与无量测。零量测与无量测。n随机出现的错误数据随机出现的错误数据n量测采集时受到干扰量测采集时受到干扰n量测传送时受到干扰量测传送时受到干扰状态估计状态估计(残差方程残差方程)n不良数据检测与辨识的基本原理不良数据检测与辨识的基本原理残差方程残差方程r=Wv状态估计状态估计(不良数据检测方法不良数据检测方法)n不良数据的检测方法不良数据的检测方法n粗检测粗检测超过规定的极限或变化速度超过可能的极限的量测，超过规定的极限或变化速度超过可能的极限的量测，直接排出。直接排出。n量测突变检测量测突变检测近两次采样的变化量超过门槛值。近两次采样的变化量超过门槛值。n残差型检测残差型检测残差超过门槛值。残差超过门槛值。n残差和突变联合检测残差和突变联合检测状态估计状态估计(不良数据辨识方法不良数据辨识方法)n不良数据的辨识方法不良数据的辨识方法n残差搜索法残差搜索法将量测残差由大到小排队，逐一检测。将量测残差由大到小排队，逐一检测。n非二次准则法非二次准则法迭迭代代过过程程中中，将将残残差差大大的的量量测测赋赋以以较较小小的的权权重重，影影响响减减小小，残残差差更更大大，权权重更小，如此循环，直至收敛。不适合快速分解法重更小，如此循环，直至收敛。不适合快速分解法n零残差法零残差法迭代过程中，将残差大的量测的残差置零，消除影响。适合快速分解法迭代过程中，将残差大的量测的残差置零，消除影响。适合快速分解法n总体型估计辨识法总体型估计辨识法利用残差方程利用残差方程r=Wv，估计估计n逐次型估计辨识法逐次型估计辨识法残差搜索法，但不总体迭代，利用残差与状态的线性修正关系。残差搜索法，但不总体迭代，利用残差与状态的线性修正关系。状态估计状态估计(常见问题常见问题)n量测反向；量测反向；n变压器档位错误、开关状态错误；变压器档位错误、开关状态错误；n连接关系错误；连接关系错误；n参数错误；参数错误；n量测与设备不对应量测与设备不对应(变压器出口有多个分支，线路变压器出口有多个分支，线路T T接）接）n旁路代；旁路代；n厂用电不正确；厂用电不正确；高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构静态安全分析静态安全分析(功能功能)n功能功能通过预想故障分析（通过预想故障分析（N-1N-1扫描），确定系统扫描），确定系统的安全水平。的安全水平。确定故障的危害程度。确定故障的危害程度。静态安全分析静态安全分析(功能功能)n功能功能 定义故障：全面、直观、灵活、方便。定义故障：全面、直观、灵活、方便。分析故障：准确、全面、确定危害程度。分析故障：准确、全面、确定危害程度。静态安全分析静态安全分析(特点特点)n定义故障方便、灵活、全面定义故障方便、灵活、全面 可以方便、灵活、全面地定义预想故障，故障设可以方便、灵活、全面地定义预想故障，故障设备备类型类型（线路、变压器、机组、负荷、（线路、变压器、机组、负荷、母线等母线等）不限不限。n考虑自动装置（如：考虑自动装置（如：备自投备自投）的作用）的作用n准确准确 精确潮流计算精确潮流计算 精确开断潮流方法精确开断潮流方法(补偿法补偿法)。静态安全分析静态安全分析(扰动类型扰动类型)静态安全分析的预想事故集通常包括：静态安全分析的预想事故集通常包括：1.1.支路开断：输电线路、变压器退出运行；支路开断：输电线路、变压器退出运行；2.2.发电机、负荷的开断；发电机、负荷的开断；3.3.考虑自动装置的动作，备自投等考虑自动装置的动作，备自投等静态安全分析静态安全分析(扰动后对策扰动后对策)1.1.支路开断涉及网络结构变化，需要计算支路开断涉及网络结构变化，需要计算开断潮流开断潮流；2.2.发电机、负荷开断需要考虑发电机、负荷开断需要考虑发电机出力分配发电机出力分配问题，必要问题，必要时，还需要考虑频率变化；时，还需要考虑频率变化；3.3.自动装置动作后，拓扑结构发生变化，需重新进行拓扑自动装置动作后，拓扑结构发生变化，需重新进行拓扑分析。分析。静态安全分析静态安全分析(开断潮流开断潮流)n近似算法近似算法n叠加原理叠加原理n直流潮流直流潮流n一次一次PQPQ迭代迭代n精确算法精确算法n补偿法补偿法n因子表局部修正法因子表局部修正法静态安全分析静态安全分析(备自投模型备自投模型)ABCABABABCABAB开关开断，作为备用；开关闭合，被备用；高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构系统负荷预测系统负荷预测(功能功能)n负荷预测功能负荷预测功能 历历史史负负荷荷未未来来的的系系统统负负荷荷。分分为为超超短短期期、短短期期、中期和长期负荷预测。中期和长期负荷预测。负负荷荷预预测测对对电电力力系系统统控控制制、运运行行和和计计划划都都是是非非常常重重要要的的，对对电电力力市市场场下下的的商商业业化化运运营营有有实实际际的的经经济济意意义。义。高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构短路电流计算短路电流计算(功能功能)功能功能 故障计算是在指定的故障条件下计算故障电流及故障计算是在指定的故障条件下计算故障电流及其电压，用以检查保护定值、分析保护的动作行为、其电压，用以检查保护定值、分析保护的动作行为、校核开关遮断容量。校核开关遮断容量。不需单独输入网络参数（包括零序网参数）。不需单独输入网络参数（包括零序网参数）。短路电流计算短路电流计算(故障类型故障类型)n简单故障类型简单故障类型n三相短路三相短路n单相短路接地单相短路接地n两相短路接地两相短路接地n两相短路两相短路n单相断线单相断线n两相断线两相断线n复杂故障类型复杂故障类型n多处简单故障组合多处简单故障组合n不同地点两相接地不同地点两相接地横向横向故障故障纵向纵向故障故障短路电流计算短路电流计算(故障位置故障位置)n故障位置故障位置n母线故障母线故障n线路故障线路故障n变压器出口故障（内部故障：匝间短路）变压器出口故障（内部故障：匝间短路）n发电机机端故障发电机机端故障短路电流计算短路电流计算(要求要求)n可以取实时网络状态和潮流计算结果；可以取实时网络状态和潮流计算结果；n可以根据绕组连接类型及中性点接地可以根据绕组连接类型及中性点接地方式自动生成零序网络；方式自动生成零序网络；n零序网参数可以自动计算和人工输入。零序网参数可以自动计算和人工输入。短路电流计算短路电流计算(算法算法)n相分量法相分量法n对称分量法对称分量法n叠加原理叠加原理+正序等效定则正序等效定则n修改导纳矩阵法修改导纳矩阵法短路电流计算短路电流计算(正序等效定则正序等效定则)n正序等效定则正序等效定则1.0附加阻抗短路电流计算短路电流计算(修改导纳矩阵法修改导纳矩阵法)不突变电源等值注入计算电源等值注入计算高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构电压无功优化电压无功优化(功能功能)n调节无功设备调节无功设备降低系统网损、校正违界电压。降低系统网损、校正违界电压。无功设备：发电机无功设备：发电机(调相机调相机)、电容器、电容器(电抗器电抗器)、变压器、变压器n优化结果优化结果形成控制策略、供用户参考。形成控制策略、供用户参考。优化结果：发电机优化结果：发电机(调相机调相机)电压、电容器电压、电容器(电抗器电抗器)投切、变压投切、变压器档位调节器档位调节电压无功优化电压无功优化(数学模型数学模型)n数学模型数学模型控制变量控制变量状态变量状态变量目标函数等式约束不等式约束电压无功优化电压无功优化(目标函数目标函数)n目标函数目标函数n网损最小网损最小n校正违界电压校正违界电压n调整量最小调整量最小n电压无功优化电压无功优化(约束条件约束条件)n约束条件约束条件n机组无功出力限值约束机组无功出力限值约束n变压器分接头约束变压器分接头约束n并联补偿器的容量约束并联补偿器的容量约束n元件的动作时间间隔约束元件的动作时间间隔约束n元件的动作次数约束元件的动作次数约束电压无功优化电压无功优化(控制变量控制变量)n控制量控制量n发电机电压发电机电压n变压器分接头位置变压器分接头位置n无功补偿设备调整无功补偿设备调整n电压无功优化电压无功优化(问题的特点问题的特点)n问题的特点问题的特点1.1.非线性：目标函数、等式约束、大部分不非线性：目标函数、等式约束、大部分不等式约束都是非线性。等式约束都是非线性。2.2.离散变量：电容器离散变量：电容器(电抗器电抗器)容量、变压器容量、变压器档位都是离散的。档位都是离散的。3.3.约束多：约束方程多，不等式约束的处理约束多：约束方程多，不等式约束的处理是算法成败的关键。是算法成败的关键。电压无功优化电压无功优化(方法方法)n连续量优化算法连续量优化算法n逐次线性规划法逐次线性规划法n逐次二次规划法逐次二次规划法n简化梯度法简化梯度法n乘子罚函数法乘子罚函数法n半光滑牛顿法半光滑牛顿法n光滑牛顿法光滑牛顿法n内点法内点法n离散量优化算法离散量优化算法n分支定界法分支定界法nBode分解法分解法n人工智能类算法人工智能类算法如：遗传算法如：遗传算法电压无功优化电压无功优化(优化的结果优化的结果)n优化结果优化结果1.1.如果基态潮流无越限、或越限很少，可以如果基态潮流无越限、或越限很少，可以得到得到网损下降网损下降的优化结果。的优化结果。2.2.如果基态潮流越限很多，优化结果可能消如果基态潮流越限很多，优化结果可能消除全部或部分越限，但除全部或部分越限，但网损一般要增加网损一般要增加。高级应用软件高级应用软件(目录目录)n高级应用软件概述高级应用软件概述n网络建模与网络拓扑网络建模与网络拓扑n调度员潮流调度员潮流n状态估计状态估计n静态安全分析静态安全分析n负荷预测负荷预测n短路电流计算短路电流计算n电压无功优化电压无功优化n网络重构网络重构网络重构网络重构(功能功能)n通过调节开关的分合状态（运行方式），在保证通过调节开关的分合状态（运行方式），在保证辐射状供电的前提下，达到降低网损或消除设备过辐射状供电的前提下，达到降低网损或消除设备过载等目的。载等目的。n提供多个优化方案及相应的经济或安全指标，供提供多个优化方案及相应的经济或安全指标，供用户参考。用户参考。n每个优化方案提供开关调整策略，方便用户分析。每个优化方案提供开关调整策略，方便用户分析。网络重构网络重构(原理原理)网络重构算法网络重构算法n最优流模式法最优流模式法n支路交换法支路交换法n人工智能类方法人工智能类方法支路交换法基本原理支路交换法基本原理n对于初始的辐射状运行网，每次合一个联络开关对于初始的辐射状运行网，每次合一个联络开关形成一个环的同时，断开该环上的一个分段开关以形成一个环的同时，断开该环上的一个分段开关以解环，使电网恢复为辐射网，从而实现负荷转移，解环，使电网恢复为辐射网，从而实现负荷转移，以优化电网的运行方式。以优化电网的运行方式。n就供电网络而言，在该操作前后，解环点发生变就供电网络而言，在该操作前后，解环点发生变化，相当于以新联络开关对应的支路替换原联络开化，相当于以新联络开关对应的支路替换原联络开关对应的支路，故形象地称之为支路交换。关对应的支路，故形象地称之为支路交换。具体目标包括：具体目标包括：提高电压合格率；提高电压合格率；保证适当的电压稳定水平；保证适当的电压稳定水平；避免离散设备频繁调节；避免离散设备频繁调节；保证控制的平稳性；保证控制的平稳性；降低电能损耗。降低电能损耗。实时监视电网的电压无功运行状况，给出电压无功调整策略,通过闭环控制使电网尽可能地运行在最优无功运行状态或附近。AVC控制目标控制目标AVC系统总体结构系统总体结构三级电压控制模式三级电压控制模式“软软”三级电压控制模式三级电压控制模式两级电压控制模式两级电压控制模式电压控制模式电压控制模式二二级级控控制制机组机组励磁系统励磁系统电容器电容器电抗器电抗器主变分接头主变分接头变电站变电站监控系统监控系统电厂电厂AVCAVC装置装置电压无功优化电压无功优化一一级级控控制制省调省调AVCAVC主站主站分钟级分钟级秒级秒级地调地调AVCAVC系统系统电容器电容器电抗器电抗器主变分接头主变分接头变电站变电站监控系统监控系统遥控遥调指令遥控遥调指令遥控遥调指令遥控遥调指令高压母线高压母线电压定值电压定值无功范围无功范围两级电压控制模式两级电压控制模式以较短的周期以较短的周期(分钟级分钟级)启动电压无功优化计算，使优启动电压无功优化计算，使优化结果能够真实反映电网的电压无功运行状况。化结果能够真实反映电网的电压无功运行状况。缺点：对状态估计及电压无功优化算法的计算性能及可缺点：对状态估计及电压无功优化算法的计算性能及可靠性提出了更高的要求。靠性提出了更高的要求。优化结果直接下发至相关厂站实施闭环控制，保证控优化结果直接下发至相关厂站实施闭环控制，保证控制效果与优化结果一致。制效果与优化结果一致。两级电压控制模式的基本思路两级电压控制模式的基本思路状态估计理论及算法日益成熟，状态估计算法的状态估计理论及算法日益成熟，状态估计算法的可靠性及速度能够满足可靠性及速度能够满足AVCAVC两级电压控制的要求。两级电压控制的要求。随着电网基础自动化水平的日益提高，状态估计随着电网基础自动化水平的日益提高，状态估计的可用率及精度将逐年提高。的可用率及精度将逐年提高。基于原对偶内点法的电压无功优化算法的收敛可基于原对偶内点法的电压无功优化算法的收敛可靠性高，性能优越。靠性高，性能优越。采用基于采用基于SCADASCADA量测的电压校正控制模型作为后量测的电压校正控制模型作为后备，具备不依赖于状态估计的能力。备，具备不依赖于状态估计的能力。两级电压控制模式应用前景两级电压控制模式应用前景谢谢！谢谢！