《文献综述与选题报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《文献综述与选题报告（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、文献综述与选题报告培养单位： 电机工程与应用电子技术系专 业： 电气工程硕 士 生： 董 树 锋导 师： 卢 强 教授第一部分 课题背景和意义1.1 配电系统状态估计概述随着用户对电能供给的质量和可靠性要求越来越高，配电自动化系统（DAS）必将被越来越多的变电站所采用，DAS监视和控制配电系统电力设备，同时对电压、电流、功率量进行测量，并传送到控制中心；配电管理系统（DMS）也在快速发展，帮助调度员处理数据和系统分析1；配电系统的状态估计（DSE）是DMS的主要功能之一，在DSE的基础上，能提高监测、控制和对配电系统经济调度的能力15。状态估计的功能是将从数据采集与监控系统()传来的生数据（低
2、精度、不完整及不良数据）转为完整、合理、误差小的一组数据。其主要任务是利用系统的遥测、遥信信息，按开关状态建立网络模型，并对实时量测数据进行粗检测，剔除其中的不良数据，对不足的量测点补充伪量测，以保证冗余度，从而估计出系统的状态，计算出系统的潮流分布；同时利用计算结果分析系统的运行状态，加强全网的可观测性。由于许多客观原因（比如基于经济性的考虑），配电系统实时测量设备安装的数量有限，DSE所需要的实时量测数据是不足的，必须用伪量测数据和虚拟量测数据来补充。伪量测数据主要来源是配电系统负荷的历史数据；虚拟量测，比如节点功率的零注入，则是一种无误差的数据。在实时量测还不够多的现实情况下，利用伪量测
3、和虚拟量测，尤其是零注入量测变得非常重要。配电系统中存在很多开关，如何得到系统的最新的网络拓扑，尤其是在有突发事件发成的情况下，保证控制中心的网络拓扑正确性，是配电自动化的主要目标之一。DSE可以用于探测网络拓扑的变化，提高对配电系统的监控能力1。同时，在配电系统的优化、控制方面，例如网络重构、无功优化和电压控制等，仍需要利用DSE的结果，可以说，DSE是配电系统所有高级应用功能的基础和前提。状态估计技术在输电系统中的发展和应用已经有30多年的历史，已经成为一项成熟的技术，而对DSE的研究不过是近十几年的事，如何把输电系统成熟的状态估计技术运用到配电系统中，是DSE技术研究的一个主要的方向1。
4、1.2 DSE的基本理论电力系统的量测量方程可表示为(1)式中z为量测值矢量；h(x)为量测量的计算值矢量；v为量测误差矢量；设量测量共m个,则上述矢量均为m维;x为状态量;设系统节点数为n,则x一般为2n-2维。采用加权最小二乘估计，则给定量测矢量z以后,状态估计矢量x是使目标函数(2)达到最小的x的值。式中表示量测量的权重，且是对角阵(维)。当x使得最小时，(3)其中叫量测Jacobian矩阵。上式是个非线性方程组，不易用解析的方法直接求解，可以用牛顿拉夫逊方法迭代求解，第i步迭代中，有(4)(5)(4)式中称为Gain矩阵。当小于一个足够小的数时，我们认为迭代已经收敛，求得的x即为状态估
5、计后的状态变量。第二部分 现状和问题 至今，配电系统的状态估计已经被很多人研究过，这方面的进展也很可观；但是，随着配电自动化水平的提高和网络技术日新月异的发展，电力工业管理体制向市场化迈进，配电系统状态估计方面又充满了挑战和机遇。要解决好这些问题，我们必须对配电系统和配电系统状态估计的现状作更清楚的认识。2.1 配电系统结构特点和建模 配电系统状态估计面临的机遇和挑战都是基于配电系统的结构特点的，配电系统的特点可以从以下几个方面来看：（1）配电系统主要是由馈线构成，而馈线主要是辐射形式的，在某些情况下可能有少量的弱环网结构出现，而且最主要是单环网；（2）配电系统是三相不对称的，馈线的支路可能是
6、单相、双相或者三相的；（3）馈线的负荷很分散，这些负荷对民用电往往是单相或者三相，对商业和工业用电来说往往是三相的；（4），馈线段部分常是很短的线路，没有经过换位，支路电阻r和电抗x之比r/x一般比较大；根据根据配电系统的特点，馈电线采用三相建模，如图1。图1 三相馈电线路的阻抗根据图1可以建立的节点阻抗阵，将地节点消去，可以得到的矩阵，电压电流关系可以写成(6)将上式写成导纳矩阵形式有(7)图2是三相馈电线的等值电路。图2 三相馈电线的等值电路2.2 配电系统量测数据1） 实时量测现代配电网自动化系统能提供的实时量测相对于整个配电系统来说是很少的，可以说是局部冗余全局不足。由于许多客观原因的
7、限制，配电系统中的实时量测设备的安装数量是有限的。在变电站的母线上设置有电压量测，馈线出口处放置功率和电流幅值量测。线路上重要的开关/刀闸上会配置电流幅值和功率量测。对于某些重负荷，可以放置实时量测以利于负荷监控。另外，联络开关上也会装配量测，通常以电流量测为主。尽管在联络开关打开时，这些量测不起作用，但是在负荷转移和网络重构的操作和分析时，会起到有益的作用。2） 伪量测对于配电系统，缺乏足够的实时量测是真正的挑战，通常的弥补办法是构造伪量测。伪量测最主要来源是各用户负荷的历史数据，怎样利用伪量测来进行更精确的状态估计成为普遍的问题，而且已有很多的这方面的研究。各种配电状态估计算法，对于实时量
8、测的修正都非常小，关键在于如何修正伪量测，可以说，实时量测信息对于确定实时量测点的状态起着决定性的作用，而为数众多的伪量测信息对于那些非实时量测点的状态起着至为重要的作用。2.3 配电系统状态估计的方法配电系统不同于输电系统的特点有：网络呈辐射状，规模庞大；三相不平衡；量测配置相对不足，状态估计需要补充预测的负荷数据才能进行；量测中有电流幅值量测，无方向信息；大量短支路的存在会产生数值计算上的困难等等。这些特点决定了配电系统的一些分析计算方法与发输电系统不同。例如，发输电系统中的状态估计/潮流计算大多采用快速分解法，这种方法计算速度较快，但该方法是基于下面的假设条件电压幅值约等于1；电压相角约
9、等于0；线路rx。这三个假设在配电系统中并不能成立。在此外，配网通常缺少实时量测，需要补充虚拟量测数据才能够进行状态估计计算。因此有必要发展适合配电网的状态估计算法。目前，DSE一般都采用加权最小二乘法(WLS)。文献2 提出一种三相状态估计算法。将节点电压和相角作为状态变量，利用Jacobian矩阵做迭代。该文作者Baran假设变电站电源点的电压为三相平衡，然后巧妙地进行变量变换。在对电压和电流的三相分量移相之后，依然保持公式的原有形式，并且每个节点电压的a，b，c相电压的相位差很小(10度)，因此Jacobian阵中与电压/功率量测有关的元素近似为常数。对于支路电流幅值量测值的处理是这样的
10、，首先，假定电压都为1，相角都为0，只利用只含有电压/功率量测量的元素的Jacobian矩阵进行迭代k（比如3）次，然后利用第一步得到电流相角的近似值，添加Jacobian矩阵中有关电压/电流量测量的元素，考虑功率和电流量测进行迭代，直到收敛，每次迭代中观察电流相角的变化，如果变化很大的话，要修正Jacobian矩阵。这样就产生一个问题：如果P,Q测量值不足的情况下，对电流相角无法比较准确的估计，算法的收敛好坏就很难保证，并且该算法需要求Jacobian矩阵，计算量大。为了弥补文献2方法的不足，Baran和kelley在文献3 提出了一种基于支路电流的状态估计算法。该方法以支路电流为状态变量，
11、明显区别于以节点电压为状态变量的传统状态估计方法。Baran 忽略节点电压量测，以支路电流为状态量，通过量测变换，将各种量测变换成等值的复电流量测，使法方程三相解耦，使信息阵与支路阻抗无关，数值条件良好，尤其是当没有电流幅值量测时，量测函数和法方程呈线性，法方程不但三相解耦，而且实虚部也解耦，计算效率很高，另外该算法在实现时有着配电潮流计算类似的前推回推计算过程，编程简单。 另外，该方法稍加改动，就可应用于弱环状的配电网。该算法忽略电压幅值量测，Gain矩阵较复杂，很大程度上限制了它在实时数据不足的配电系统中的应用。文献4针对文献3中算法的不足，对该算法进行了改进。原算法在处理功率量测方面非常
12、出色，Jacobian矩阵只包含1或者-1，并且三相解耦，虚实部也解耦；然而在处理电流幅值量测的时候，虽然三相解耦，但是虚实部不解耦，并且每次迭代都要重新形成Jacobian矩阵；在处理环网的时候，使得整个Gain矩阵三相不解耦。文献4通过对电流幅值量测转变为等效电流量测，在环网的处理上，利用了拉格朗日乘子，最后得到了一个恒定的Jacobian矩阵，Gain矩阵的因子分解只需要做一次。在对Gain矩阵解耦的过程中，并不需要对电压、相角和r/x做任何假设。改进后的算法在a)Rb的假设条件下，实现了处理等式约束后的Gain矩阵的解耦。文献9 中Lin和Teng明确的提出了一种配电快速分解状态估计算法，在文献6的基础上，最后得到了一个恒定的Jacobian矩阵，Gain矩阵的因子分解只需要做一次。在对Gain矩阵解耦的过程中，并不需要对电压、相角和r/x做任何假设，这是与输电网快速分解法所不同的，并且在相同r/x，虚实部相同的权重下，解耦是严格的。文献10
