含新能源发电的电力系统状态估计研究

含新能源发电的电力系统状态估计研究
摘要：传统的状态估计条件在新能源发电的基础上发生了改变，这对电力系
统的状态估计中对含新能源电网的调度和控制产生了一定的影响，对此，本文通
过静态状态估计算法、动态状态估计算法、分层状态估计算法分析电力系统的主
要算法，并从对象维度、时间维度、关键技术问题对含新能源发电的电力系统状
态估计进行研究，希望由此提升相应条件下全网状态估计的准确性。

关键词：新能源发电；电力系统；状态估计
前言：对于电力系统调度和运行，以往会采用固定参数模型的方式，但这种
方式对于系统符合动态特性的分析很难满足其要求，状态估计的准确度相对也比
较低。

但随着技术的发展，应用超短负荷预测技术可以提升整体的准确度，状态
估计也可以通过该项技术大大提升预测的准确性和实用性。

在以往的电力系统状
态估计中，其所应用的各项边界条件可以进行准确的控制，结果具有一定的准确性，而含新能源发电在并入电网中由于不确定性，新能源发电渗透率比较低，影
响这电力系统的运行状态，提升了电力系统的运行风险。

随着新能源发电的快速
发展，当发电渗透率逐渐增加时，就会给电力系统的整体运行带来一定的影响，
传统的状态估计也不在适用，含有新能源发电的电力系统状态估计也会收到一定
的限制。

因此，在新能源发电具有不确定性的基础上，应加强对含有新能源发电
的电力系统状态估计的研究，促使新能源电力并网能够促进电力系统的稳定运行。

1电力系统状态估计概念简述
在电力系统电网调度中心中能量管理系统(energy management system)中的
核心模块就是电力系统状态估计，这关乎于电网是否能够正常的运行。

能量管理
系统包括多种功能，在进行细化之后，可以将其分成两个部分，一部分主要是当
电网中产生变化时，能够实时对变化程度进行分析，实现在线应用，另一部分时
对于电网中产生潮流断面时进行分析，此状态下时通过离线状态的应用。

所以，
可以说状态估计是电力系统实现电网调度和运行控制的重要基础内容，在此过程
中可以根据电力系统中的各种数据新型进行分析，从而对电力系统的整体运行状
态进行估计，最终可以分析出电网运行状态是否能够安全经济的运行。

在在线应
用的软件中也是通过电力系统状态估计下运行的[1]。

2电力系统状态估计主要算法
2.1静态状态估计算法
静态状态估计算法主要以加权最小二乘准则为主，通过数据采集与监控系统
采集数据，包括节点注入功率、电压和电流幅值和WAMS系统采集到的电流和电
压相量，利用数据采集与监控系统的量测值、系统网格参数和电网拓扑等信息，
对不良数据进行辨识。

达到催系统状态变量的最优估计，但它的稳定性比较差。

2.2动态状态估计算法
该算法依托于扩展卡尔曼滤波的方法，主要在含负荷预测信息的动态估计中
使用，具有状态估计和预测的能力。

动态状态估计算法是在静态状态估计的基础
上进行的，对于引入数据进行预测，结合实时运行状态，从而进行对电力系统状
态估计。

2.3分层状态估计算法
分层状态估计主要分为两种类型，一种是按地理或物理将其分为不同的区域，按区域划分进行的分层状态估计，这种方法可以将整个电力系统经过划分形成多
个子系统，个子系统之间不产生连接。

第一层为子系统状态估计，主要对子系统
的状态变量进行状态估计，第二层为边界系统的状态估计，是在第一层的基础上
对全网进行状态估计。

第二种方法是按照生产运行和管理的对象实施分层状态估计，比如厂站-调度中心的两个分层状态估计、变电站-调度中心两个分层状态估计。

2含新能源发电的分层状态估计研究
由于新能源发电具有不确定性，在并入电网中会给电力系统的运行带来一定
的影响，导致电力系统电网的调度和运行控制对状态估计具有了新的要求，对此，
有效的改善电网对不良数据的辨别能力。

增强电力系统状态估计的准确度，提出
含新能源发电的分层状态估计，以时间对象维度和时间维度两个方面进行研究和
分析，并提出一些关键技术问题[2]。

2.1对象维度
对此，分层状态估计采用的是新能源电站-调度中心两层进行分析。

对于新
能源电站，通过对电站量测信息、设备运行性能、检修情况等生产管理信息的采
集之后，根据电站静态模型和参数对电站进行实时的状态估计，同时为保证预测
的准确性，要将气象预测信息、设备检修方案、开关故障概率模型进行对电站运
行状态的预测，然后将生成的预测结果、模型、电站可调节能力信息和电站的实
时状态估计上传到调度中心能量管理系统中。

在调度中心，能量管理系统可以实
现对上传信息的拼接，组成一个区域电网的模型，从而实现对全网实时状态估计
和趋势预测。

2.2时间维度
在电力系统运行的过程中，状态估计可以实现对电力系统运行的实时监测，
为电力系统能够保持安全稳定的运行，加强运行控制决策，必须要准确的掌握电
力系统的实时运行状态，并根据各种预测的信息对电力系统的运行状态进行预测，对于可能发生的变化要及时的采取相应的解决措施，对此，就要充分的掌握各种
数据信息，并对相应的信息进行拼接。

在进行实时状态估计时，需要应用到电站
中设备的开关、支路和母线的信息，对此，可以采用历史储存中经过辨识处理的
数据为基础，并结合大数据技术，分析电站中不同设备的运行特征，从而为后续
对设备实时运行状态估计做好数据信息的准备，提高电站设备运行状态估计的准
确性[3]。

在进行电力系统运行状态及变化趋势的预测时，要以上述中电站设备运行的
实时状态为基础，建立电站模型，得出预测的状态估计结果，同时结合气象预测
信息、设备检修方案、开关故障概率模型等进一步预测电站的运行状态。

2.3关键技术问题
首先，在进行对电力系统的状态估计时，可以充分利用新能源在一定条件下的特征和规律，通过历史储存数据、测试数据及故障录波数据，对数据进行深度分析，从中找出电站设备在相应条件下的运行特征，然后建立状态估计模型，对电站的运行状态进行准确的估计。

其次，对于电站设备信息的提取，由于电站中的设备比较多，数据信息量大，再加上量测设备的配置问题，有些设备无法得到准确的信息，这就需要对设备之间的联系进行展开分析，提高电站运行状态的准确度[4]。

结语：总而言之，电力系统状态估计是电力系统调度和运行控制的基础。

新能源发电具有的不确定性，在以往新能源发电并入电网时，由于渗透率比较低，对电网的安全运行不会起到很大的影响，但随着我国新能源的大力发展，经过调查发现，目前新能源发电渗透率已经超过35%，在这样的情况下，新能源发电的不确定性已经对电力系统的运行造成了一定的影响，比如增加了电网中对电压的控制难度、提高了电力运行的风险等。

因为新能源发电的不确定性会改变以往状态估计时的边界条件，还极大的降低了电力系统中对不良数据的辨识能力，对于电力系统运行状态预测等状态估计的功能也产生了不同程度的影响。

对此，为积极解决新能源发电不确定性带来的影响，提出含新能源发电的分层状态估计，充分考虑新能源发电的特点，对各种数据进行分析，从而实现对电力系统的实时状态估计和预测，提升状态估计的准确性。

参考文献
[1] 朱罡, 王茂春. 含新能源发电的电力系统状态估计研究[J]. 电网与清洁能源, 2020, 36(4):10.
[2] 王焯楠. 新能源发电技术在电力系统中的有效应用[J]. 电力设备管理, 2021，000(14):3.
[3] 谭建, 李先锋. 探讨新能源发电技术在电力系统中的有效应用[J]. 建材与装饰, 2020，000(7):2.
[4] 栾庆亮. 能源科技新能源发电与分布式发电及其对电力系统的影响[J]. 电子乐园, 2021，000(1):1.。