[发明专利]变电站-调度中心两级分布式电网的非线性状态估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变电站-调度中心两级分布式电网的非线性状态估计方法，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

能量管理系统(Energy management system，以下简称EMS)是基于计算机的现代电力系统的调度自动化系统，其任务是对电力系统进行实时采集、监视、分析、优化和控制决策。电力系统状态估计是EMS的基础和核心环节，状态估计是利用从电力系统中采集的实时量测信息，排除错误信息，计算出完整、一致和可信的电力系统实时变量，保证EMS控制决策的正确性。

传统状态估计在电力调度中心实施，利用远方终端单元(Remote Terminal Unit，以下简称RTU)采集遥测、遥信生数据并通过数据采集与监控系统(Supervisory Control AndData Acquisition，以下简称SCADA)上传到调度中心，集中完成全网拓扑分析和状态估计。由于传送到调度中心的信息量的先天不足，通过传统状态估计模型和算法的改进，已无法从根本上解决调度中心自动化基础数据的准确性问题，拓扑错误、非线性迭代发散、大误差等导致的集中式状态估计的不可用，已成为世界范围内调度中心高级应用实用化中的一个瓶颈问题。造成上述问题的一个根本原因在于信息分布和处理的不合理。一方面，调度中心的信息过于集中。全网电网模型(含设备参数、静态拓扑、一次单线图)的建立都要在调度中心完成，工作量随着电网规模的日益增大而显著增加。同时，调度中心的维护人员不可能对电网的每个细节都非常熟悉，潜在的出错可能性非常大，这种参数错误或拓扑错误将湮没在庞大的电网模型信息中，难以排查。另一方面，调度中心的信息在局部又不够冗余。为了避免海量信息传输和存储，厂站侧通常只将调度中心最关心的部分信息上送，因此调度中心无法获得变电站内部的大量冗余的量测采集信息。由于量测冗余度不足，致使拓扑检错和坏数据辨识成为困扰调度中心多年的难点问题。此外，这种集中式的调度中心一旦受到灾难打击，很容易导致全部功能的瘫痪，难以自愈。

基于全球定位系统(global positioning system，GPS)的相量测量单元(phasormeasurement unit，以下简称PMU)能够给电力系统提供高精度高采样频率的相量量测值，包括各测点的复电压、复电流、功率及频率量测，从而使电力系统线性状态估计成为可能。论文《Tao Yang，Hongbin Sun，Anjan Bose.Two-level PMU-based Linear State Estimator.IEEEPES Power Systems Conference & Exposition，Seattle，USA，March 16-18，2009》提出了一种基于PMU的变电站——调度中心两级分布式线性状态估计方法，即首先在各个变电站中利用相量量测单元进行变电站本地的线性状态估计，同时辨识出模拟量坏数据和开关开合状态坏数据，获得熟数据。然后，通过通信网络将熟数据传送给调度中心，实现全网的线性状态估计。这种方法有效提高了全网状态估计的可靠性，特别是提高了拓扑检错的能力。但是，这种方法只采用PMU的量测进行线性状态估计，因此仅仅适用于装有PMU的变电站，对绝大部分无PMU的变电站无法适用。即便对于装有PMU的变电站，由于没有利用RTU量测，降低了量测冗余度和量测错误辨识能力。与此同时，该方法对网络结构进行了简化，假设系统运行在三相平衡条件下，在变电站中进行单相状态估计并将单相估计结果上传给调度中心，调度中心无法监控电网三相不平衡程度及非全相运行的情况。

出于成本的考虑，在未来相当长的一段时间内，电力系统不可能装设足够多的PMU，以满足全系统可观测性的要求，因此一种比较可行的方案是把PMU和原有的RTU构成混合测量系统，利于多源的量测数据对系统进行混合的非线性状态估计，既提高量测冗余度，又具有普遍适用性。同时，实际电力系统运行时，通常三相不完全平衡，结构不完全对称。例如：三相参数不对称、负荷不对称、非全相运行和检修及电气化铁路都会造成电力系统的三相不平衡。电力系统三相不平衡时产生的负序电流和谐波对电力设备的危害性很大，如果不采取措施，会对电力系统运行造成负面影响，还可能引起继电保护装置的误动作。因此，调度中心人员需了解电网的三相不平衡度，发现非全相运行的状态，做出快速正确的调度决策，并及时维修故障部分。同时，三相不平衡也是传统状态估计精度不高的一个重要原因。因此，变电站中状态估计应采用三相模型，并向调度中心上传三相不平衡度和非全相运行信息，便于监控电网三相不平衡程度及非全相运行的情况。