电力系统自动化-第13讲-电力系统调度自动化课件2

第十三讲电力系统调度自动化（2）主讲人：盛义发南华大学电气工程学院第十三讲电力系统调度自动化（2）主讲人：盛义发UniversityofSouthChinapage22022/12/22电力系统状态估计UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage32022/12/22一、电力系统状态估计的必要性调度自动化的高级功能都需要可靠数据作为输入数据集，可靠数据集就是状态估计程序的输出结果。（1）上传数据不齐全数据采集设备的投资是相当昂贵的。在一些重要厂站中设置了RTUUniversityofSouthChinapage3UniversityofSouthChinapage42022/12/22一、电力系统状态估计的必要性（2）上传数据不精确数据采集和传送的每一个环节都会产生误差UniversityofSouthChinapage4UniversityofSouthChinapage52022/12/22一、电力系统状态估计的必要性（3）受干扰时会出现错误数据变电站存在高强度的电磁干扰尽管已经采取了滤波和抗干扰编码等措施，仍然会出现个别错误数据。UniversityofSouthChinapage5UniversityofSouthChinapage62022/12/22AV10伏10欧哪个对？例1：已知电阻10欧姆，V=9.8伏，I=1.05A，确定估计电流。二、状态估计的基本原理UniversityofSouthChinapage6UniversityofSouthChinapage72022/12/22最小二乘法（LS）的基本原理采用最小二乘法（LS）UniversityofSouthChinapage7UniversityofSouthChinapage82022/12/22测量值：I=1.05A=1.05p.u.，U=9.8V=0.98p.u.,P=9.6W=0.96p.u.量测方程：Z1=x+v1Z2=Rx+v2Z3=Rx2+v3状态量x为电流I最小二乘法（LS）的基本原理例2UniversityofSouthChinapage8UniversityofSouthChinapage92022/12/22最小二乘法（LS）的基本原理令目标函数：

Min.J(x)=(1.05-x)2+(0.98-x)2+(0.96-x2)2UniversityofSouthChinapage9UniversityofSouthChinapage102022/12/22最小二乘法（LS）的基本原理状态的估计值x=0.9917量测的估计值：

电流I=x=0.9917p.u.=0.9917A

电压U=Rx=0.9917p.u.=9.917V

有功P=Rx2=0.9835p.u.=9.835W量测容余度提高后，电流量测的估计误差：真值量测值误差估计值误差估计值误差１１.050.051.0150.0150.9917-0.0083

例１例２UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage112022/12/22加权最小二乘估计W=diag(W1,W2,…,Wm)新目标函数：若事先知道量测值的精度，可给精度高的仪表赋较大的权值，以提高估计精度UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage122022/12/22加权最小二乘估计加权最小二乘法（WLS）UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage132022/12/22利用状态估计减少误差电气量电流I(误差)直接测量值0.05A非加权估计0.015A加权估计0.0103A例中设真值为I=1A，U=10V，P=10WUniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage142022/12/22三、电力系统状态估计状态变量选取各母线电压幅值和相位

测量量选取母线注入功率、支路功率和母线电压数值状态估计的目标函数基本加权最小二乘法状态估计的迭代修正公式UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage152022/12/22Newton法解非线性方程组问题一般非线性方程f(x)=0叠代格式

雅可比矩阵x0x1x2x3f(x)xyf(x0)Δx=-f(x0)/UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage162022/12/22状态估计※求解※目标函数量测Jacobian矩阵Markov估计UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage172022/12/22状态估计※用牛顿法求解在x0附近泰勒展开，忽略二次以上的项：牛顿法状态估计迭代格式：UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage182022/12/22状态估计包含量测系统结构，网络参数，仪表精度等信息信息矩阵估计误差:估计误差期望值:估计误差方差:一般来说，测点越多，越小，估计精度越高UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage192022/12/22状态估计根据不同的量测类型，分别写出量测函数h(x)，然后求导量测类型分：线路有功、无功、电流，变压器有功、无功、电流母线电压、注入有功、无功、电流量测Jacobian矩阵UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage202022/12/22H矩阵的求取举例－线路潮流12UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage212022/12/22H矩阵的求取举例12UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage222022/12/22H矩阵的求取举例12UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage232022/12/22H矩阵的求取举例P12Q12m:量测个数k=2*n,母线节点数UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage242022/12/22状态估计计算流程UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage252022/12/22从状态估计到潮流计算若H可逆，则：从状态估计迭代公式得出了潮流计算的迭代公式UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage262022/12/22状态估计与潮流计算的关系潮流计算是状态估计的一个特例状态估计用于处理实时数据，或者有冗余的矛盾方程的场合潮流计算用于无冗余矛盾方程的场合在线应用中，潮流计算在状态估计的基础上进行，也就是说，由状态估计提供经过加工处理过的熟数据，作为潮流计算的原始数据UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage272022/12/22电力系统状态估计UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage282022/12/22小结1、状态估计的必要性2、最小二乘原理3、加权最小二乘原理4、最小二乘计算方法的实例5、状态估计与潮流计算之间的关系6、状态估计计算7、电力系统状态估计UniversityofSouthChinapage2第十三讲电力系统调度自动化（2）主讲人：盛义发南华大学电气工程学院第十三讲电力系统调度自动化（2）主讲人：盛义发UniversityofSouthChinapage302022/12/22电力系统状态估计UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage312022/12/22一、电力系统状态估计的必要性调度自动化的高级功能都需要可靠数据作为输入数据集，可靠数据集就是状态估计程序的输出结果。（1）上传数据不齐全数据采集设备的投资是相当昂贵的。在一些重要厂站中设置了RTUUniversityofSouthChinapage3UniversityofSouthChinapage322022/12/22一、电力系统状态估计的必要性（2）上传数据不精确数据采集和传送的每一个环节都会产生误差UniversityofSouthChinapage4UniversityofSouthChinapage332022/12/22一、电力系统状态估计的必要性（3）受干扰时会出现错误数据变电站存在高强度的电磁干扰尽管已经采取了滤波和抗干扰编码等措施，仍然会出现个别错误数据。UniversityofSouthChinapage5UniversityofSouthChinapage342022/12/22AV10伏10欧哪个对？例1：已知电阻10欧姆，V=9.8伏，I=1.05A，确定估计电流。二、状态估计的基本原理UniversityofSouthChinapage6UniversityofSouthChinapage352022/12/22最小二乘法（LS）的基本原理采用最小二乘法（LS）UniversityofSouthChinapage7UniversityofSouthChinapage362022/12/22测量值：I=1.05A=1.05p.u.，U=9.8V=0.98p.u.,P=9.6W=0.96p.u.量测方程：Z1=x+v1Z2=Rx+v2Z3=Rx2+v3状态量x为电流I最小二乘法（LS）的基本原理例2UniversityofSouthChinapage8UniversityofSouthChinapage372022/12/22最小二乘法（LS）的基本原理令目标函数：

Min.J(x)=(1.05-x)2+(0.98-x)2+(0.96-x2)2UniversityofSouthChinapage9UniversityofSouthChinapage382022/12/22最小二乘法（LS）的基本原理状态的估计值x=0.9917量测的估计值：

电流I=x=0.9917p.u.=0.9917A

电压U=Rx=0.9917p.u.=9.917V

有功P=Rx2=0.9835p.u.=9.835W量测容余度提高后，电流量测的估计误差：真值量测值误差估计值误差估计值误差１１.050.051.0150.0150.9917-0.0083

例１例２UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage392022/12/22加权最小二乘估计W=diag(W1,W2,…,Wm)新目标函数：若事先知道量测值的精度，可给精度高的仪表赋较大的权值，以提高估计精度UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage402022/12/22加权最小二乘估计加权最小二乘法（WLS）UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage412022/12/22利用状态估计减少误差电气量电流I(误差)直接测量值0.05A非加权估计0.015A加权估计0.0103A例中设真值为I=1A，U=10V，P=10WUniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage422022/12/22三、电力系统状态估计状态变量选取各母线电压幅值和相位

测量量选取母线注入功率、支路功率和母线电压数值状态估计的目标函数基本加权最小二乘法状态估计的迭代修正公式UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage432022/12/22Newton法解非线性方程组问题一般非线性方程f(x)=0叠代格式

雅可比矩阵x0x1x2x3f(x)xyf(x0)Δx=-f(x0)/UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage442022/12/22状态估计※求解※目标函数量测Jacobian矩阵Markov估计UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage452022/12/22状态估计※用牛顿法求解在x0附近泰勒展开，忽略二次以上的项：牛顿法状态估计迭代格式：UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage462022/12/22状态估计包含量测系统结构，网络参数，仪表精度等信息信息矩阵估计误差:估计误差期望值:估计误差方差:一般来说，测点越多，越小，估计精度越高UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage472022/12/22状态估计根据不同的量测类型，分别写出量测函数h(x)，然后求导量测类型分：线路有功、无功、电流，变压器有功、无功、电流母线电压、注入有功、无功、电流量测Jacobian矩阵UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage482022/12/22H矩阵的求取举例－线路潮流12UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage492022/12/22H矩阵的求取举例12UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage502022/12/22H矩阵的求取举例12U