1、North China Electric Power UniversityEMS(5)-狀態估計l主講人：齊鄭lqizheng319126電力系統狀態估計必要性 SCADA數據不齊全 SCADA數據不精確 受干擾時出現錯誤數據狀態估計定義定義：利用實時量測系統的冗余度，提高精度和自動排除隨機干擾所引起的錯誤數據，估計出系統運行狀態。70年代初期，Larson和Debs在綁那維爾電力公司展開卡爾曼逐次濾波狀態估計的研究1970年F.C.Schweppe等提出電力系統最小二乘狀態估計算法狀態估計的作用1、降低量測系統投資，少裝測點2、計算出未測量的電氣量3、利用量測系統的冗余信息，辨識壞數據，同時

2、提高量測數據的準確性重點重點狀態估計-壞數據的檢測與辨識l量測預處理、拓撲錯誤辨識、遙測壞數據的檢測和辨識l量測預處理：去掉明顯的壞數據l拓撲錯誤辨識：找出開關、刀閘的狀態錯誤l遙測壞數據的檢測和辨識l采用估計-檢測和辨識-再估計-再檢測和辨識的迭代模式拓撲錯誤辨識l找出開關、刀閘的狀態遙信錯誤l利用遙測量有無及測值大小信息推斷電氣設備的連通情況，從而得出遙信錯誤信息l一般在估計計算前進行拓撲錯誤辨識拓撲錯誤辨識線路兩端潮流合理而一端開關錯開線路兩端潮流合理而一端開關錯開狀態估計-提高測量準確性98. 005. 1108 . 905. 1xxxxAV10伏10歐n哪個對？哪個對？l一個例子一個

3、例子:l(見右圖見右圖)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，確定估計電流。計電流。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）量測方程量測方程vxhZvHxZ)(式(1)為線性條件下,式(2)為非線性條件下Zm1維量測矢量xn1維狀態矢量, vm1維量測誤差矢量H量測矩陣mn）h(.) 非線性量測函數m1）(1)(2)量測方程的特點特點1：方程個數m大于狀態

4、變量的個數n特點2：多余m-n個方程為矛盾方程，找不到常規意義上的解，只能用擬合的方法求在某種估計意義上的解方法1：最小二乘估計)(xhZ21.( )( ) ( )( )TTmiiiMinJ xZh xZh xZh x x n滿足上述目標的滿足上述目標的 稱為稱為x的最小二乘估計值的最小二乘估計值n對量測方程對量測方程建立目標函數，求極小值建立目標函數，求極小值l測量值：lI=1.05A=1.05p.u.，lU=9.8V=0.98p.u.,lP=9.6W=0.96p.u.l量測方程：lZ1=x+v1lZ2=Rx+v2lZ3=Rx2+v3l狀態量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目標函數：l Min. J(x)=(1.05-x)2+(0.98-x) 2+(0.96-x2 ) 2l狀態的估計值狀態的估計值x=0.9917l量測的估計值：量測的估計值：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量測容余度提高后，電流量測的估計誤差：量測容余度提高后，電流量測的估計誤差：真值量測值誤差估計值真值量測值誤差估計值 誤差誤差 估計值估計值 誤差誤差.05 0.0

6、5 1.015 0.015 0.9917 -0.0083 例例 例例方法2：加權最小二乘估計miiiiTxhZWxhZWxhZxJMin12)()()()(.W=diag(W1,W2,Wm)新目標函數：新目標函數：若事先知道量測值的精度，可給精度高的儀表若事先知道量測值的精度，可給精度高的儀表賦較大的權值，以提高估計精度賦較大的權值，以提高估計精度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)直接測量值0.05A非加權估計0.015A加權估計0.

7、0103A上例中設真值為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狀態估計問題( )( ) 0TJ xH W Z h xx1( )( )( )min2TJ xZh xW Zh xl 目標函數( )Th xHx

8、量測Jacobian矩陣211( )( )min2miiiiJ xw Zh x121,iiWRw( )( )( )0TJ xf xH W Zh xxMarkov估計l求解狀態估計問題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，忽略二次以上的項：牛頓法狀態估計迭代格式：牛頓法狀態估計迭代格式：( )( )( )()TTf xH W Z h xh xH WHHxxx狀態估計的流程 輸 入 數 據 ： SCADA 量 測 SCADA 映 射 量 測 預 過 濾 拓 撲 分 析 拓 撲 檢 錯 拓 撲 分 析 網 絡 可 觀 測性 分 析 狀 態 估 計 迭 代 壞 數 據 檢 測與 辨 識 有 壞 數 據 ？ 計 算 全 網 潮流 分 布 N Y 母 線 負 荷 預測 模 型 維 護 狀態估計與潮流計算的關系1、潮流計算是狀態估計的一個特例2、狀態估計用于處理實時數據，或者有冗余的矛盾方程的場合3、潮流計算用于無冗余矛盾方程的場合4、在線應用中，潮流計算在狀態估計的基礎上進行，也就是說，由狀態估計提供