配电系统状态估计DSE

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,配电系统状态估计,(DSE),报告人：董树锋,导师：卢强 教授,2005.5,主要内容,配电系统状态估计,(DSE),概述,DSE,的基本理论,配电系统结构特点和建模,配电系统状态估计的方法,工作目标和计划,1.,配电系统状态估计,(DSE),概述,1.1,问题的提出,用户对电能质量和可靠性要求越来越高；,配电系统,SCADA,系统被越来越多地安装，能够提供实时数据供配电系统分析和控制使用；,出于经济性的考虑，测量设备安装的数目是有限的，因此,实时数据是不足,的；,由于设备和通讯的问题，传送到控制中心的数据有可能不正确，不可靠或者是时延的；,DSE,是解决上述问题一种高效的方法,1.,配电系统状态估计,(DSE),概述,1.2 DSE,的功能,探测网络拓扑变化；,估计出系统的状态，计算出系统的潮流分布；,是其他配电自动化高级应用的基础,1.,配电系统状态估计,(DSE),概述,1.3 SE,的历史,输电系统级的状态估计，已经有,30,多年的应用历史，已经成为一项成熟的技术,对配电状态估计的研究不过是近十几年的事,如何把输电系统成熟的状态估计技术运用到配电系统中，是,DSE,技术研究的一个主要的方向,2.DSE,的基本理论,电力系统的量测量方程可表示为,(2-1),式中,z,为量测值矢量；,h(x,),为量测量的计算值矢量；,v,为量测误差矢量,采用加权最小二乘估计，则给定量测矢量,z,以后,状态估计矢量,x,是使目标函数,J,(x,),达到最小的,x,的值,(2-2),式中 表示量测量的权重，且是对角阵，,当,x,使得,J,(x,),最小时：,(2-3),叫量测,Jacobian,矩阵,2.DSE,的基本理论,（,2-3,）式是个非线性方程组，不易用解析的方法直接求解，可以用牛顿拉夫逊方法迭代求解，第,i,步迭代中，有,(2-4),(2-5),（,2-4,）式中 称为,Gain,矩阵,当 小于一个足够小的数,时，我们认为迭代已经收敛，求得的,x,即为状态估计后的状态变量,3.,配电系统结构特点和建模,3.1,配电系统的结构特点,配电系统主要是由馈线构成，而馈线主要是辐射形式的，在某些情况下可能有少量的弱环网结构出现，而且最主要是单环网；,配电系统是三相不对称的，馈线的支路可能是单相、双相或者三相的；,馈线的负荷很分散，这些负荷对民用电往往是单相或者三相，对商业和工业用电来说往往是三相的；,馈线段部分常是很短的线路，没有经过换位，支路电阻,r,和电抗,x,之比,r/x,一般比较大；,3.,配电系统结构特点和建模,3.2,配电系统馈电线建模,根据根据配电系统的特点，馈电线采用三相建模，如图：,将地节点消去，,电压电流关系可以写成：,(3-1),3.,配电系统结构特点和建模,3.2,配电系统馈电线建模,将上式写成导纳矩阵形式有：,三相馈电线的等值电路为：,(3-2),4.,配电系统状态估计的方法,配网通常缺少实时量测，需要补充虚拟量测数据才能够进行状态估计计算。因此有必要发展适合配电网的状态估计算法。目前，,DSE,一般都采用加权最小二乘法,(WLS),4.,配电系统状态估计的方法,4.1,不同状态估计方法之间的区别,状态变量的选取,节点电压做为状态量,(,直角坐标,/,极坐标,),支路电流作为状态量,(,直角坐标,/,极坐标,),对量测量的处理,对量测量不转换；,功率量测、电流幅值量测都转换成等效电流量测；,建模的细节,4.2,主要的几种方法,4.2.1,Baran,将,节点电压和相角作为状态变量,，利用,Jacobian,矩阵做迭代,问题是如果,P,Q,测量值不足的情况下，对电流相角无法比较准确的估计，算法的收敛好坏就很难保证，并且该算法需要求,Jacobian,矩阵，计算量大,4.2,主要的几种方法,4.2.2,Baran,和,kelley,提出了一种基于支路电流的状态估计算法。该方法,以支路电流为状态变量，,通过量测变换，将各种量测变换成等值的复电流量测，使法方程三相解耦，稍加改动，就可应用于弱环状的配电网。该算法忽略电压幅值量测，,Gain,矩阵较复杂，很大程度上限制了它在实时数据不足的配电系统中的应用,4.2,主要的几种方法,4.2.3 Lu,，,Teng,和,Liu,提出了一种配电状态估计的实用算法。,在,直角坐标,下，用,节点电压的实部和虚步作为状态量,。,由上面两式，可得：,(4-1),(4-2),4.2.3,Lu,Teng,和,Liu,提出的一种配电状态估计的实用算法。,多种类型量测，包括支路功率量测，支路电流幅值量测，节点注入功率量测，节点注入电流幅值量测都相应的转换成等效电流量测，并用直角坐标表示，电压幅值量测转化为等效电压量测，并用直角坐标表示，得到一个,恒定的,Jacobian,矩阵。,该算法能够处理环网和所有现有的量测，,Gain,矩阵恒定，只需要做一次因子分解,。,不足之处在于，该算法的,Gain,矩阵三相不解耦，虚实部也不解耦，收敛性的好坏与等效电流量测和等效电压量测的估计好坏有关。,4.2,主要的几种方法,4.2.4,小结,还有不少方法是对上面介绍的几种方法的改进,状态变量的选择和量测量的变换应该有利于获得恒定的,Gain,矩阵，减少计算量,如果,Gain,矩阵可以三相解耦或者虚实部解耦，可以提高计算速度，很多改进都是在这方面下功夫,5.,工作目标和计划,5.1,需求分析,需要一种实用、稳定、高效、易于编程实现的状态估计核心算法，针对配电系统特性，可以用于对大规模配电系统的状态估计,需要实用化的软件，它应该包含上述的核心算法，同时具备跨平台，可视化操作的特点，适用于工程实际，程序需要利用中间件技术，采用统一接口，易于扩展，适应于各种数据库平台,5.,工作目标和计划,5.2,工作目标,设计配电系统状态估计算法,很强的输入数据适应性,算法的适应面广，效率高,输出结果标准化,编写新的配电系统状态估计计算软件,跨平台,结合实时数据库中间件,在面向对象的基础上构架,5.,工作目标和计划,5.3,工作计划,第一阶段,(2005.52005.7),：现有理论算法进一步深入研究和消化吸收，设计出一种可以实用化的算法,第二阶段,(2005.72005.12),：再分为,2,到,3,个阶段，分别利用上述算法进行软件设计工作，编写出新的状态估计软件,通过多个算例对理论研究的结果进行验证,分析，并且根据结果来总结,思考和修订,Thank you!,