電力系統(tǒng)狀態(tài)估計

1、狀態(tài)估計的定義（課后題）狀態(tài)估計的作用和步驟（課后題）狀態(tài)估計與潮流計算的聯(lián)系和區(qū)別（課后題）各種狀態(tài)估計模型和算法的特點（課后題）相關的概念和定義（課后題）電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的主要內(nèi)容是什么？有哪些變量需要狀態(tài)估計？（06B）通常稱能夠表征電力系統(tǒng)特征所需最小數(shù)目的變量為電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量。電力系統(tǒng)的狀態(tài)估計就是要求能在測量量有誤差的情況下，通過計算以得到可靠的并且為數(shù)最小的狀態(tài)變量值。電力系統(tǒng)的測量量一般包括支路功率、節(jié)點注入功率、節(jié)點電壓模值等；狀態(tài)變量是各節(jié)點的電壓模值和相角。什么是狀態(tài)估計？環(huán)境噪聲使理想的運動方程無法精確求解。測量系統(tǒng)的隨機誤差，使測量向量不能直接通過理想的測量方程求

2、出狀態(tài)真值。通過統(tǒng)計學的方法加以處理以求出對狀態(tài)向量的估計值。這種方法，稱為狀態(tài)估計。按運動方程與以某一時刻的測量數(shù)據(jù)作為初值進行下一時刻狀態(tài)量的估計，叫做動態(tài)估計，僅僅根據(jù)某時刻測量數(shù)據(jù)，確定該時刻的狀態(tài)量的估計，叫做靜態(tài)估計。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的必要性？1) 電力系統(tǒng)需要隨時監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)；2) 需要提供調(diào)度員所關心的所有數(shù)據(jù)；3) 測量所有關心的量是不經(jīng)濟的，也是不可能的，需要利用一些測量量來推算其它電氣量；4) 由于誤差的存在，直接測量的量不甚可靠，甚至有壞數(shù)據(jù)；狀態(tài)估計的作用和流程？（下圖左）1) 降低量測系統(tǒng)投資，少裝測點；2) 計算出未測量的電氣量；3) 利用量測系統(tǒng)的冗余信息

3、，提高量測數(shù)據(jù)的精度（獨立測量量的數(shù)目與狀態(tài)量數(shù)目之比，成為冗余度）。狀態(tài)估計與潮流計算的關系？（上圖右）1) 潮流計算是狀態(tài)估計的一個特例；2) 狀態(tài)估計用于處理實時數(shù)據(jù)，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) 兩者的求解算法不同；5) 在線應用中，潮流計算在狀態(tài)估計的基礎上進行，也就是說，由狀態(tài)估計提供經(jīng)過加工處理過的熟數(shù)據(jù)，作為潮流計算的原始數(shù)據(jù)。狀態(tài)估計基本思路：1) 電力系統(tǒng)的測量量一般包括支路功率、節(jié)點注入功率、節(jié)點電壓模值等；狀態(tài)變量是各節(jié)點的電壓模值和相角。2) 定義測量量向量為，待求的系統(tǒng)狀態(tài)量為，通過網(wǎng)絡方程可以從估計的狀態(tài)量 ，求出估計的

4、計算值，如果測量有誤差，則計算值與實際值之間有誤差，稱為殘差向量。3) 求出的狀態(tài)量不可能使殘差向量為零，但可以得到一個使殘差平方和為最小的狀態(tài)估計值。各種狀態(tài)估計算法的特點：1) 基本加權最小二乘法的估計質(zhì)量和收斂性最好，是狀態(tài)估計的經(jīng)典解法和理論基礎，適合各種類型的量測系統(tǒng)。缺點是使用內(nèi)存多，計算量大，計算時間長，不適用于大型電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)估計。 2) 快速解耦法估計質(zhì)量和收斂性能在實用精度范圍內(nèi)與基本加權最小二乘法相近，而在計算速度和內(nèi)存耗量方面優(yōu)于基本加權最小二乘法，很實用，缺點是使用內(nèi)存較多，程序也比較復雜。3) 僅用支路量測量的唯支路法計算速度快，內(nèi)存省，對于純支路量測系統(tǒng)可以

5、得到滿意的估計結(jié)果，且運行經(jīng)驗豐富，缺點是不能處理注入型量測量。 4) 遞推狀態(tài)估計使用內(nèi)存最少，對注入型量測量具有一定的適應能力，程序簡單。缺點是收斂速度慢，計算時間長，估計質(zhì)量差。5) 數(shù)學規(guī)劃法的計算速度慢,但其受不良數(shù)據(jù)的影響較小。算法估計質(zhì)量和收斂性計算速度內(nèi)存使用對注入型量測量的適應性基本加權最小二乘好較慢多好快速分解法較好較快較多好量測變換法較好快較少不好遞推型算法一般慢少較好數(shù)學規(guī)劃好慢多好幾個概念：1) 可檢測：可以判斷系統(tǒng)中是否有壞數(shù)據(jù)；可辨識：若有壞數(shù)據(jù)，可以找出誰是壞數(shù)據(jù)（量測冗余度越大，壞數(shù)據(jù)的可檢測和可辨識性越好）。2) 不良數(shù)據(jù)：是指誤差大于某一標準(例如310倍

6、標準方差)的測量數(shù)據(jù)。3) 通常測量錯誤數(shù)據(jù)分為兩類：一類是穩(wěn)定的錯數(shù)(屬于設備和維修問題)；另一類是在一次采樣周期中隨機出現(xiàn)的錯誤數(shù)據(jù)(即下一次采樣不一定還是那幾個錯誤數(shù)據(jù))。狀態(tài)估計現(xiàn)場安裝后一段時間主要是消除第一類錯數(shù)，或者是設備損壞，或者是符號相反。隨著狀態(tài)估計使用時間加長和維護工作的完善，第一類錯數(shù)逐步減少，正常運行中往往開關狀態(tài)錯誤(測量錯或無測量)是引起這一類錯數(shù)的主要原因。第二類錯數(shù)是由測量與傳送系統(tǒng)質(zhì)量以及受到干擾而產(chǎn)生的。4) 不良數(shù)據(jù)檢測：判斷某次量測采樣中是否存在不良數(shù)據(jù)。 不良數(shù)據(jù)辨識：通過檢測確知量測采樣中存在不良數(shù)據(jù)后，確定不良數(shù)據(jù)具體側(cè)點位置。 不良數(shù)據(jù)估計：不

7、僅能確定不良數(shù)據(jù)具體側(cè)點位置，還能給出不良數(shù)據(jù)估計值。不良數(shù)據(jù)辨識定量化。 狀態(tài)估計修正：根據(jù)不良數(shù)據(jù)估計值，對原來受不良數(shù)據(jù)影響的狀態(tài)估計進行修正，從而排除不良數(shù)據(jù)的影響，獲得可靠狀態(tài)估計。5) 不同水平的檢測與辨識量測量的極限檢查：超出正常運行條件下的可能范圍，而系統(tǒng)又沒有事故或異常。 量測量的突變檢查：在平穩(wěn)負荷條件下，某一量測量超過正常變化速率或發(fā)生突變，隨后下一采樣時刻又恢復了。 量測量的相關檢查：一個量測量變化后，檢查與其緊密相關的數(shù)據(jù)是否也相應變化。 狀態(tài)估計中的檢測與辨識。一個測量系統(tǒng)利用狀態(tài)估計排除錯誤數(shù)據(jù)的能力與測量設備的數(shù)量及其分布有關，一是要求測量量總數(shù)M大于待求的狀態(tài)

8、量數(shù)N(冗余度K)：K=m-n0。 二是測量量分布要均勻，即這些測量量的測量方程能覆蓋住全網(wǎng)每一個狀態(tài)量還有余度。狀態(tài)估計辨識不良數(shù)據(jù)的能力來自于測量系統(tǒng)的冗余度，能夠估計出全部狀態(tài)量的測量系統(tǒng)具有可觀測性，而去掉不良數(shù)據(jù)仍保持可觀測性的測量系統(tǒng)具有可辨識性。6) 能夠利用量測系統(tǒng)算出的系統(tǒng)的狀態(tài)（電壓幅值和角度）叫可觀測。不良數(shù)據(jù)辨識殘差搜索辨識法1) 基本思路是將量測按殘差(加權殘差或標準化殘差)由大至小排隊，去掉殘差最大的測量量，重新進行狀態(tài)估計；再進行殘差檢測，還有可疑數(shù)據(jù)時繼續(xù)上述過程2) 如果檢測是成功的，那么殘差搜索辨識過程也應該是成功的，只是要進行多次狀態(tài)估計計算而耗費過多的時間，在大型電力系統(tǒng)的多不良數(shù)據(jù)辨識中無法實時應用。3) 為了縮短辨識時間，辯識技術沿著兩個方向前進：一是可疑數(shù)據(jù)組合辨識，二是避免重新進行狀態(tài)估計迭代。不良數(shù)據(jù)的估計辨識法應該說量測系統(tǒng)辨識不良數(shù)據(jù)的最大能力不會超過冗余度K，而且由于不良數(shù)據(jù)分布的不均勻性先破壞了局部可觀測性，實際上辨識能力遠遠低于這一數(shù)量。假設在一次測量中包含p個不良數(shù)據(jù)，而且由一可靠的檢測系統(tǒng)檢測出S個可疑數(shù)據(jù)，這里不妨用p和S分別表示不良數(shù)據(jù)和可疑數(shù)據(jù)的集合與數(shù)量，檢測功能可表示為，前一式表示不良數(shù)據(jù)已包含在可疑數(shù)據(jù)中，后一式表示這些不良數(shù)據(jù)可辨識。不良數(shù)據(jù)辨識的兩種算法的比較：指標方法殘差搜索估計辨識功能單個不良數(shù)據(jù)