配电网状态估计-80页

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z z0 v b
z z0 v
式中，b--不良数据（Bad Data），它是附加到vσ上的异常大的误差。
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 1. 量测系统的数学描述
（2）量测设备的描述 包括量测设备的种类、装设地点、可用情况和仪表精度的信息。 仪表精度用量测误差方阵R表示：E[v σ v σ T]=R，它是mxm维对角阵， 各元素是：Ri=σi2。在状态估计中取量测误差方差阵的逆矩阵R-1为量 测量的加权阵。
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因为在正常量测条件下，误差大于 3 的量测值出现的概率仅 为0.27% 0 27%，即几乎是不可能出现的事。因此，误差大于 即几乎是不可能出现的事 因此 误差大于 3 的量测值 就可以认为是不良数据，但实用中所采用的不良数据的界限要远远 大于 3 的标准，一般为大于 的标准 般为大于 (6 ~ 7) 以上。 以上
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4.1 概述
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
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4.1 概述
状态估计是在获知全网的网络结构条件下 结合从馈线FTU和母 状态估计是在获知全网的网络结构条件下，结合从馈线 线RTU得到的实时功率和电压信息，补充对不同类型用户观测统计出 的负荷曲线和负荷预测数据以及抄表数据，运用新型的数学和计算机 手段，在线估计配电网用户实时负荷，由此获得全网当前时刻各部分 的运行状态和参数，为其他配电系统高级应用软件提供可靠的实时数 据信息。
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4.1 概述
4 1 1 实时数据的误差和不良数据 4.1.1
① 首先要由量测器（电压互 感器和电流互感器）测得 电压和电流； ② 通过功率变换器将两者相 通过功率变换 将 者相 乘并变换到统一规格的信 号电压； ③ 再由模/数转换器化为数学 编码； ④ 由远动通道送到调度中心， 再通过接口进入计算机。 这些环节均有误差 并可能出 这些环节均有误差，并可能出 现故障或受到干扰，因此量测 值与其真实值总是有差异的 值与其真实值总是有差异的。
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量测值z随每次采样而变化； 量测系统信息在运行中基本不变，仅在量测系统扩张或检修时才 出现变化。
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 2.电力网络的数学描述
电力网络在状态估计中的数学描述包括网络参数和网 络结线两个方面：
（1）网络参数p 固定的参数：包括线路参数和变压器参数。线路参数用电阻、电抗和对 地电纳表示，变压器参数用电抗和变比表示（一般不必考虑电阻）。这 些参数是由实际测试或设计计算中得到的，一般在运行中是不变化的。 变化的参数 网络的某些参数 如带负荷调压变压器的变比和补偿电容 变化的参数：网络的某些参数，如带负荷调压变压器的变比和补偿电容 器的电容值在运行中是变化的。
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4.1 概述
4 1 2 配电网状态估计的用途 4.1.2 配电网状态估计的主要功能是：
（6）参数估计。如果把某些可疑或未知的参数作为状态量处理时，也 ）参数估计 如果把某些可疑或未知的参数作为状态量处理时 也 可以用状态估计的方法估计出这些参数的值。例如带负荷自动改变分 接头位置的变压器，如果分接头位置信号没有传送到中调时，可以作 为参数把它估计出来 当然根据运行资料估计某些网络参数 以纠正 为参数把它估计出来。当然根据运行资料估计某些网络参数，以纠正 离线和在线计算中这些参数的较大误差也不是非常困难的事情。状态 估计的这种用法称为参数估计。 （7）通过状态估计的离线模拟试验。可以确定配电网合理的数据收集 ）通过状态估计的离线模拟试验 可以确定配电网合理的数据收集 与传送系统。即确定合适的测点数量及其合理分布，用以改进现有的 远动系统或规划未来的远动系统，使软件与硬件联合以发挥更大的效 益，既能保证数据的质量而又降低整个数据量测—传送—处理系统的 投资。
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z h( x, p, s) v v p c b
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 3.配电网状态估计的量测方程 配电网状态估计的量测方程：
z h( x )
p s
包括不良数据辨识的量测模型： 包括不良数据辨识的量测模型
对一个经过良好校对的量测系统来说 其误差具有正态分布的性 对一个经过良好校对的量测系统来说，其误差具有正态分布的性 质，即对应每一量测量，有量测误差标准差 σ ，在正常量测采样条件 下几乎有99.73% 99 73%量测值的误差在 3 的范围内，有 的范围内 有68%在 的范 围内。 一般来说，配电网遥测量的标准误差 σ 大约为正常量测范围的 0.5~2%
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4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 1. 量测系统的数学描述
（1）量测值z 每个量测值都是有误差的，可以描来自百度文库为：
式中，z0--假设的量测量的真值； 式中 假设的量测量的真值 vσ--量测误差，假设是均值为0，方差为σ2的正态分布随机矢量， 它是m维矢量。 有时量测值中还包含有不良数据，可以描述为：
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s c
式中，ζ--真实网络结线状态； c--网络结线错误。 网络结线错误
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 3.配电网状态估计的量测方程 配电网状态估计的量测方程：
式中 h() 是基于基尔霍夫定律建立的量测函数方程，其数目与量测 数一致 数 致，也是 也是m。 上式是最完整的量测模型，实际上针对不同的使用目的仅取其中 的一部分。
状态估计提高了数据精度，滤掉了不良数据，还相当于补足了一些 测点，并能得到某些难以直接量测的物理量（如结点电压的相角）。
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3
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配电网实时潮流问题的状态估计的输入和输出模型 配电网状态估计需要量测系统和电力网络两方面的数据和信息。
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 1. 量测系统的数学描述
量测系统的数学描述包括量测值和量测设备两方面：
（1）量测值 z
包括对支路有功功率和无功功率、结点注入有功功率和无功功率及 结点电压值的量测，是m维矢量。 量测值的来源有两个方面： 实 绝大多数是通过遥测得到的实时数据； 也有一小部分是人工设置的数据。这些非遥测数据被称为伪量测 （ Pseudo Measurement）数据。它们可能是预报值或者通过电话询问得 到的数值。
4.1 概述
4 1 1 实时数据的误差和不良数据 4.1.1
配电网调度中心接受到的不良数据的来源可能是： （1）量测与传送系统受到较大的随机干扰； （2）量测与传送系统出现的偶然故障； （3）配电网快速变化中各测点间的非同时量测； （4）系统正常操作或大干扰引起的过渡过程。
目前我国配电网中主要用微波和电力线载波通道传送数据，实测通 道的误码率在10-4~10-5之间。假设有一个200个测点、以30秒为周期的采 样系统 平均2.5~25分钟可能出现一个不良数据，那么一天可能接到到 样系统，平均 分钟可能出现 个不良数据 那么 天可能接到到 58~576个不良数据。
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目前，在大部分高压输电网中已经成功应用了状态估计，但是在 中低压城乡配电网中的应用还处于起步阶段。配电网是由变电所、配 电线路和配电变压器组成的网络结构 ，是直接面向用户的基础用电设 是直接面向用户的基础用电设 施，其运行的安全、可靠直接关系到是否能较好的满足人民日益增长 的用电要求，因此，配电网实时状态估计具有重要的实际意义。
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4.1 概述
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； 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、不可靠或者时延的； 配电网状态估计（DSE）是解决上述问题 ）是解决上述问题一种高效的方法 种高效的方法
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配电网中数据量测—传送—处理系统工作示意图
4.1 概述
4 1 1 实时数据的误差和不良数据 4.1.1 量测值与真实值的差值称为量测误差
配电网量测误差来源大体可归纳为 配电网量测误差来源大体可归纳为： （1）量测器（电压互感器和电流互感器）的误差； （2）变换器的误差； ）变换器的误差
配电网理论与应用 电 论与应
Distribution System Theory & Application
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第4讲 第 讲 配电网状态估计
何正友
2014.10.14
本讲内容
4.1概述 4 1概述 4.2配电网状态估计数学描述与算法 4 2配电网状态估计数学描述与算法 4.3基于量测变换的配电网状态估计
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4.1 概述
4 1 2 配电网状态估计的用途 4.1.2
综上所述，配电网状态估计是远动装置与数据库之间的重要一环。
① 输入：它从远动装置接受的是低精度、不完整、偶尔还有不良数据 的生数据。 的生数据
② 输出：它输出到数据库中的是提高了精度、完整而可靠的数据（熟 数据）。 数据）
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定义 — 生数据：这种由远动装置直接传送来的 数据具有较大的误差，偶尔还包含不良数据，习惯 上称为生数据。
4.1 概述
4 1 2 配电网状态估计的用途 4.1.2 配电网状态估计的主要功能是：
（1）根据量测量的精度（加权）和基尔霍夫定律（网络方程）按最佳估 计准则（一般为最小二乘准则）对生数据进行计算，得到最接近于系统 真实状态的最佳估计值 所以通过状态估计可以提高数据精度 真实状态的最佳估计值。所以通过状态估计可以提高数据精度。 （2）对生数据进行不良数据的检测与辨识，删除或改正不良数据，提高 数据系统的可靠性。 （3）推算出完整而精确的配电网的各种电气量。例如根据周围相邻的变 ）推算出完整而精确的配电网的各种电气量 例如根据周围相邻的变 电站的量测量推算出某一没有装远动装置的变电站的各种电气量。或者 根据现有类型的量测量推算另一些难以量测的电气量，例如根据有功功 率量测值推算各结点电压的相角。 （4）网络结线辨识或开关状态辨识。根据遥测量估计电网的实际开关状 态，纠正偶然出现的错误的开关状态信息，以保证数据库中电网结线方 式的正确性。 （5）数据预测。可以应用状态估计算法以现有的数据预测未来的趋势和 可能出现的状态（配电网负荷预测和水库来水预测） 这些预测的数据 可能出现的状态（配电网负荷预测和水库来水预测）。这些预测的数据 丰富了数据库的内容，为安全分析与运行计划等提供必要的计算条件。
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在一般状态估计模型中假设网络参数是无误差的，但由某些原因得 在 般状态估计模型中假设网络参数是无误差的 但由某些原因得 不到准确的网络参数时，也可以进行参数估计，这时要用到带误差的参 数误差模型： 式中，ρ--参数真值； p v vρ--参数误差；
4.1 概述
4 1 3 配电网状态估计问题的数学描述 4.1.3 2.电力网络的数学描述
（2）网络结线状态s 表示网络中支路的联接关系，主要决定于开关状态。通过遥信 表示网络中支路的联接关系 主要决定于开关状态 通过遥信 或电话通知得到运行中开关状态的变化，由结线分析得到网络结线 状态（即网络模型）。 在一般状态估计模型中假设网络结线状态s是准确的，但遥信传 送的开关状态出现错误时，将引起网络结线模型错误，这时要用包 含错误的网络结线模型：
（3）模/数转换器的误差；
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（4）数据传送过程的误差（用模拟量传送时）； （5）量测和传送过程中的时间延迟（量测器有一定的时间常数，传送设 备有一定的传送速度，采样又按一定的周期扫描）； （6）运行中三相不平衡及功率因数的变化，会给单相量测和计算带来误 差。
4.1 概述
4 1 1 实时数据的误差和不良数据 4.1.1