状态估计和相角测量单元

关于状态估计和相角测量单元第1页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五状态估计和PMU和SCADA数据相比WAMS测量增加了测量类型---相角测量测量数据精度高---测量装置的等级高，同步误差小速度快第2页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五tsts-2ts-1tp-4tp-3tp-2tp-1tp—SCADA量测—PMU量测利用PMU量测的状态估计SCADA与WAMS的联合第3页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五相角测量单元(PMU)和

广域测量系统（WAMS)MeasurementsSCADAPMUWAMSWideAreaMeasurementSystem关键问题：如何有效地利用同步相量测量数据为系统安全可靠运行服务PMU开发：90年代初，随GPS接收器的普及第4页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五量测周期短(ms)：10ms,20ms

量测点少：几个站至十几个站数据量大：1/10ms100/s6,000/min360,000/h8,640,000/d海量数据，需要数据挖掘，不然调度人员不能观察第5页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五PMU相角测量单元正弦交流电路，电压和电流可以表述为对于上面简单的系统，有就是

知道两个节点的电压相角，支路电流就能准确计算出来。第6页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五相角，是时间正弦波零时刻的角度。计算支路电流，必须知道支路两端节点电压的幅值和相角。两个节点电压的相角，是面向相同“零时刻”（同一个系统时钟）的角度。第7页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五如果不同步,时间不同步引起的误差为如果时间误差为1ms，则

1毫秒误差=18度。测量相角，对时间要求高对时系统时钟第8页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五PMU：相角测量单元第9页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五WAMS：WideAreaMeasurementSystem

WAMSofElectricalGRID=PMUBasedWAMS观察电网的时间密度，从秒数量级推进到毫秒数量级！第10页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五PMU测量及应用发电厂和重要变电站安装PMU单元,对母线电压和线路电流进行三相交流采样采用相量算法计算正负零序相量、频率和功率，对于发电厂还得到机组的内电势相量由GPS接收器提供的高精度时钟信号将测量结果打上时标遵循共同的接口协议将带时标的相量数据打包,高速通信网络传送到数据中心数据中心对各子站的相量进行同步处理和存储计算系统惯性中心角度和各机组、母线的相对相角应用程序，对相量数据实时评估,动态监视电网安全稳定性进行离线分析为系统的优化运行提供依据与控制结合，提高电网的安全稳定水平和传输能力第11页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五由PMU子站、调度中心站（主站）和国家电力数据通信网组成。PMU子站包括GPS、测量、监控和通信四个主要功能模块。GPS模块接收GPS授时信号，为测量和监控模块提供高精度时间信息测量模块采集和处理模拟量和开关量，生成带时标的同步相量数据；监控模块对PMU子站各功能模块进行监视和管理；就地计算机提供交互式人机界面，便于运行和调试时修改有关配置参数PMU子站经通信模块接入数据网，与主站进行通信。WAMS的构成第12页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五主站设在省调度中心，包括通信前置机、服务器和应用工作站（1）数据中心由负责WAMS系统中心站与各子站以及其他数字系统数据通信的通信模块，

以时间为断面保存数秒内（时间长度可定制）的实时相量数据库，对数据中心的数据和程序进行综合管理配置以及人机交互的数据中心管理模块，用以存放非实时数据和各种配置信息，并对其进行管理的历史数据库及其管理模块，提供WAMS信息的Web方式发布和管理的Web服务器构成。WAMS主站应用系统构成第13页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五（2）调度工作站调度工作站设置在省调度室，主要完成WAMS的实时监测和分析功能，供调度员及时掌握时空坐标下的电网动态运行特性，主要包括系统图形界面、综合相量监视、机组安全稳定运行区域、进相深度和失稳预测、在线扰动识别等功能在PMU布点数目比较多的情况下，可实现利用各子站实时数据进行故障的定区，识别系统短路故障、机组振荡与失步、同调机组的识别、电压失稳等。提供“动画获取和回放”工具，可抓取显示界面任意区域的动态图像，并保存成.AVI文件格式，备将来回放和编辑。第14页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五

（3）分析工作站分析工作站设置在运行方式处，主要完成WAMS的离线和事后分析工作，为系统运行方式的制定和校核提供依据。主要功能包括扰动重演与分析子站数据回放利用频域分析工具分析系统的振荡模式仿真曲线校核自动读取BPA仿真计算结果,与实测曲线进行比较以及谐波分析负荷特性与机组参数的辨识等功能第15页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五主要实现发电机进相控制、根据实时相角变化轨迹，实现诸如切机、切负荷、快关汽门、解列、再同步等一系列紧急安全控制、为发电机的励磁控制、调速控制、SVC电压控制提供同步相量信息实现闭环反馈控制。第二十八届中国电网调度运行会收录论文全集-6--6-（4）稳控服务器第16页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五暂稳控制电压稳定稳态控制-状态估计保护-第17页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五知道了当前毫秒级数据可知系统状态,不需要01启动地计算有利于系统动态（如摇摆情况）分析计算过程可更多地依赖测量,对于数学模型要求不同,可以大幅度简化计算的复杂性可以进行电压电流计算,对状态估计影响计算更依赖测量,适应于测量第18页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五第19页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五第20页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五在传统状态估计中

引入高精度电压测量引入高精度电流测量采用全部WAMS测量值的线性算法在依据WAMS的线性算法中

引入SCADA功率转换成电流的数据线性和非线性估计混合进行第21页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.1.引入高精度电压测量1.1把PMU测量值作为状态量的真值减少了被估计的状态量的个数可用于稳定控制对坏数据的检测识别要求在20~30ms,以保证稳定控制装置能在100ms内确定第22页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五1.2增加PMU节点电压相量测量方程其雅可比矩阵的相应元素为1，使主对角元素增大，当权重较大时可提高估计精度，而低精度的相角测量对状态估计影响很小在原算法出现病态时，可减小迭代次数第23页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五1.3引入PMU电压测量做初始值有PMU测量的节点以PMU测量值为初值，其它节点仍采用平值启动（flatstart）第24页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.2.引入高精度电流测量电压和电流是线性的，但是是复数代数方程，采用极坐标表示，实部虚部分开线性关系不复存在和电压相结合，变换成功率测量，再进行状态估计第25页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.3.采用全部WAMS测量值的线性算法电压由直角坐标表示e+jf由PMU测量得到的电压相量，节点电流注入相量和支路电流相量的测量，算出点压、电流的虚部和实部的测量值，测量方程为z=Hx+vH系数矩阵第26页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五第27页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五线性方程直接求解，不再需要迭代

计算速度非常快，但必须系统可观测，还要有一定的冗余度，要求有足够多的PMU,目前还难于达到

要求第28页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.4.在依据WAMS的线性算法中

引入SCADA功率转换成电流的数据

对于没有WAMS量测的支路，引入伪量测的概念，通过量测变换的方法把SCADA系统中的支路功率量测转换成等效支路电流相量量测，具体做法如第29页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.5.SCADA与WAMS量测构成混和量测的状态估计每隔1分钟，传统非线性的最小二乘状态估计，其中计及PMU的相角测量，如1.和2.每隔5秒钟采用来自PMU的数据进行线性的状态估计如4.PMU测量不足，需要依靠前一时刻的SCADA估计结果，进行节点负荷预报，转换成电流相量的形式，伪量测，共同进行线性状态估计第30页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.6.PMU配置测量系统的可观测性可直接测量型母线：该种母线配置有PMU，其母线电压和交汇于此母线的电流可以直接测量，记为M型母线。可计算型母线：没有配置PMU但状态可观的母线，即该母线可以直接或间接利用PMU的电流量测量计算得出该母线的电压，记为C-1型母线和C-2型母线，C-2型母线仅由一零注入的C-1型母线相连不可观测型母线：除M、C型两类母线外，其它均为不可观测型母线，记为U型母线。第31页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.7.不良数据的检测与辨识两套系统的测量数据同时同地出错的概率较小，可以互为备用，相互校对当SCADA出错时，对其可疑数据取相应的WAMS中的电压数据，或计算出相应的功率数据，替代SCADA数据当WAMS检出可以数据时，又与其采样速度远高于SCADA数据，只有在平稳的电网运行状态下,才可以相互校对第32页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五9.7.7.基于PMU的动态状态估计动态状态估计能合理利用当前量测，有能有效跟踪系统动态，多采用KALMAN滤波算法WAMS系统数据同步性好，数据采集、传输快，可实时监测系统动态二者的结合能更好的发挥优势PMU相结合的动态状态估计也是线性的，计算速度提高新息图和PMU的结合，可形成交流新息图建模，更好的进行坏数据和拓扑变化的识别第33页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五第十章调度员模拟培训拟调度员培训模拟器提供与实际系统完全相同的运行环境，用来培训调度员完成电力系统正常和故障下的操作任务。设计目标认识和理解电力系统运行规律；取得各种状态：安全、不安全、紧急和恢复条件下的决策与控制经验；增强在现有信息和控制条件下作出调度决策的能力。设计原则对电力系统动态行为仿真模拟；精确模拟调度员用的人机会话（MMI）培训全部EMS功能，不多不少精确模拟EMS计算机的性能。第34页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五电力系统、能量管理系统和调度员培训模拟器的关系电力系统模型教员系统网络分析发电控制发电控制软件平台数据收集数据收集网络分析硬件平台电力系统教员学员调度员调度员培训模拟调度室电力系统电力系统模型调度室模型第35页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五电力系统模型潮流计算进行电力系统模拟，电力系统模型中用到的潮流属于动态潮流也就是说，常规潮流的平衡条件得不到满足时，系统中存在净加速功率或净减速功率，动态潮流将净加速功率分配给各机组，而不是由平衡机承担第36页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五

当系统负荷变化时，产生不平衡功率，而系统的净加速功率可由系统的总注入功率减去总的负荷与网损得到，表示为:系统的净加速功率第37页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五

在系统中出现功率差额时,系统的实际情况是系统的频率发生了变化，其关系应满足:系统的功率-频率特性第38页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五为系统频率变化和净加速功率的关系为全系统有功功率的失配量第39页，共47页，2022年，5月20日，8点6分，星期五动态潮流问题要