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基于PMU量测的电力系统状态估计研究

作　者: 李强
导　师: 于尔铿
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力系统状态估计线性状态估计相量量测装置(PMU) 量测配置模拟退火技术
分类号: TM732
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文简要回顾了我国电网和调度自动化系统的基本情况，分析了电力系统状态估计的国内外研究现状。结合我国实际情况，讨论了网络建模中遇到的问题，提出了进行网络建模的几种方法，对采用IEC61970标准进行外网模型交换的方法也进行了研究。对常用的状态估计算法进行了分析和比较，讨论了我国状态估计算法的实际应用情况。以电力系统状态完全可观测和配置相量量测装置(PMU)数目最小为目标，提出了一种改进的相量量测装置最优配置方法。该算法将启发式方法和模拟退火方法有效结合以确保得到最优解。通过本文提出的配置原则提高了启发式方法的初始方案质量，通过改进配置模型缩少了模拟退火方法的寻优范围，从而提高了求解速度。还提出一种基于节点邻接矩阵的快速可观测性分析方法。分析了相量量测装置的量测误差情况，指出了相量量测参与状态估计计算的必要性。在完全使用相量量测的情况下，提出了基于直角坐标系的实数形式的电力系统线性量测方程，和相应的线性静态状态估计算法。对负荷预报加潮流计算的系统状态预报方法进行了改进，通过对误差协方差阵计算公式的推导与简化，提出了新的预报误差协方差阵计算公式，并将其与线性量测方程相结合，提出了基于相量量测的线性动态状态估计算法。研究了PMU相量量测和SCADA量测混合使用时的数据匹配问题，提出了利用状态量转换预测得到预报系统状态和预报节点注入电流向量的方法。在此基础上，提出了使用PMU实时相量量测和预报节点注入电流向量的线性静态状态估计算法，同时提出了使用PMU实时相量量测和预报系统状态的线性动态状态估计算法。本文将这两种算法与传统状态估计算法相结合，组成了基于混合量测的状态估计混合算法，保证了状态估计的计算精度。混合算法有效地减少了状态估计的计算时间，对PMU的量测配置也没有严格的要求，具有很好的通用性；采用IEEE测试例题和东北电网实例对提出的算法进行了验证，为实际应用做好了技术准备。

全文目录

内容提要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-20
  1.1 状态估计国内外研究现状  6-16
    1.1.1 电力系统实时网络模型和网络拓扑分析  6-7
    1.1.2 电力系统状态估计算法  7-8
    1.1.3 可观测性分析  8-9
    1.1.4 不良数据处理  9-10
    1.1.5 参数辨识  10
    1.1.6 拓扑错误辨识  10-11
    1.1.7 状态估计的鲁棒性  11-13
    1.1.8 基于相量量测的状态估计  13-15
    1.1.9 状态估计的其他问题  15-16
  1.2 我国电网和调度自动化概况  16-18
  1.3 本文所做的主要工作  18-20
第二章常用状态估计算法  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 静态状态估计算法  20-25
    2.2.1 加权最小二乘算法  20-22
    2.2.2 Givens正交变换算法  22-23
    2.2.3 混合法  23
    2.2.4 带等式约束的法方程法  23-24
    2.2.5 Hachtel增广矩阵法  24-25
    2.2.6 五种算法的比较  25
  2.3 动态状态估计算法  25-29
    2.3.1 卡尔曼滤波原理  25-26
    2.3.2 卡尔曼滤波方程  26-28
    2.3.3 动态状态估计  28-29
  2.4 状态估计算法的实际应用情况  29-31
  2.5 小结  31-32
第三章网络建模问题研究  32-39
  3.1 引言  32-33
  3.2 内部网络建模  33-34
  3.3 外部网络建模  34-36
  3.4 采用IEC61970标准进行外网模型交换  36-38
  3.5 网络参数  38
  3.6 小结  38-39
第四章 PMU最优配置方法  39-56
  4.1 引言  39-40
  4.2 考虑PMU特点的快速可观测分析方法  40-42
  4.3 启发式拓扑搜索配置算法  42-45
  4.4 模拟退火校核和配置算法  45-48
  4.5 快速PMU量测配置算法  48-49
  4.6 数值试验结果  49-53
  4.7 考虑量测冗余的PMU配置方法  53-55
  4.8 小结  55-56
第五章基于相量量测的线性状态估计算法  56-68
  5.1 引言  56-57
  5.2 PMU量测误差分析  57-58
  5.3 基于直角坐标系的线性电力系统网络方程  58-60
  5.4 线性量测方程和雅克比系数矩阵  60-61
  5.5 基于相量量测的线性静态状态估计  61
  5.6 基于相量量测的线性动态状态估计  61-65
  5.7 数值试验结果  65-66
  5.8 算法的使用条件  66
  5.9 小结  66-68
第六章基于混合量测的混合状态估计算法  68-87
  6.1 引言  68-69
  6.2 SCADA量测与PMU量测的匹配问题  69-71
  6.3 状态量转换修正与预测  71-72
  6.4 线性静态状态估计混合算法  72-74
  6.5 线性动态状态估计混合算法  74-76
  6.6 数值模拟  76-81
  6.7 东北电网实例  81-86
  6.8 小结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-96
攻读博士学位期间发表的学术论文  96-97
攻读博士学位期间完成的主要工作  97-99
致谢  99

基于PMU量测的电力系统状态估计研究

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