电力系统信息理论状态估计

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1、电力系统信息理论状态估计1.1研究目的电力系统中的任何控制决定，无论是自动还是手动，均依赖于实时访问系统的实际状态。由于状态从未直接可用，所以有一个称为状态估计的过程来估计状态变量，并从SCADA周期性获取的测量中得出其值。因此，传统上通过求解表征操作点的非线性方程组来解决问题。需要实时实现的准确性和鲁棒性对于这一过程至关重要，因为关于真实系统的知识是能源管理系统（EMS）功能效率的先决条件，而来自真实的国家可能导致不恰当或甚至危险的控制决定。尽管有数十年的合理成功的努力，开发了可靠地被业界用于大规模系统的强大的方法，但电力系统状态估计（PSSE或简称SE

2、）的问题仍然是研究人员关注的焦点。在传输系统实践的多年中，PSSE中已经接受了标准实践：基于加权最小二乘法（WLS）标准（最小均方误差准则或MSE的变体）和牛顿算法作为求解器的回归模型。在垂直整合的电力系统中，高水平的监控，自动化和远程控制传统上限于传输网格，而配电网并不是运营有效性的重点。只要分配网络根据其性质被认为是准静态，即具有良好理解和可预测的负载和电压分布，并且在某些正常情况下不需要重新配置或改变保护和控制设置，这种方法是可接受的。现代电力系统概念受到放松管制的电力市场状况和电力系统对非电力企业的开放的影响。因此，通过新的监管框架实现了一些基本的

3、业务变化。这些新的情况特别影响分布式发电厂正在开始爆炸式安装的分销网络，以及对服务质量和运营效率的不断提出的要求。这是从单向能量流的静态径向配置迁移到支持分布式资源和一些新类型负载的系统（考虑大规模实施电动汽车使用的实际趋势）。这种类型的网络无疑将需要更复杂的控制和自动化，这在目前几乎不可实施，主要是由于监控基础设施非常差。因此，为了应对新的挑战，大量投资主要是将系统监控扩展到全面的配电网。需要通过分销管理系统（DMS）来处理这样丰富的新数据流，这将通过复杂的自动化应用程序满足分销系统功能的新要求。电网越来越多地接收到各种各样的分布式发电，甚至存在能量存储

4、，特别是当有组织的本地独立实体被称为微电网被允许存在时。在这种情况下，随着不确定因素的增加（负载，可再生能源发电或汽车电池）的增加，一个分散的管理过程似乎是一个合乎逻辑的解决方案;处理这样大量的数据并控制这种随机行为的系统。这将融合未来电力系统的愿景，普遍用术语智能电网来解决。现在需要使用信息和通信技术的先进的管理和控制技术，其主要目的是提高电力的效率，可持续性和服务质量能源生产和分配。除了支持具有活跃来源的配电网（如可再生能源发电）的运营外，这些新概念也将为公用事业及其终端用户带来好处。国家估计师作为EMS和DMS的核心职能，再次振兴了研究人员的兴趣，使

5、其与目前的趋势保持一致。因此，在新的放松管制和技术发展的电力系统环境中，状态估计功能还需要升级，并具有一些附加功能，以满足以下新出现的问题：扩大SE到具有高度不确定性和难以观察性的分销网络，现代配电网概念-微电网和智能电网，逐步推出相量测量单元（PMU），增加对精度和鲁棒性的要求以及计算能力的更大需求，由不断增长的大规模数据块的较短估计周期引起。传统的，完善的状态估计程序基于有功功率，无功功率，电压和电流大小的测量输入以及关于断路器状态的报告二进制变量来解决非线性问题。估计过程的经典目标已经被设置为最小化测量残差的方差（测量值和估计值之间的差异）。然而，随

6、着新的运行情况的出现，国家估计概念和程序需要适应多个角度，强化增强。这是本论文工作的根本动机。1.2具体挑战在电力系统状态估计中，最受调查的问题之一是实现快速增长的PMU，其以高频率，时间戳的电压或电流角度和幅度测量提供。鉴于PMU直接测量状态向量，可以在不久的将来询问状态估计器的必要性。然而，测量读数中存在的当前噪声不可避免地会出现一定程度的误差。因此，为了估计系统的状态，应该总是从获得的测量中预期某种程度的冗余。与经典非线性问题不同，基于纯PMU测量的状态估计器是线性的。然而，在不久的将来，或许有一段时间，预计将会并行处理PMU和SCADA测量的混合模

7、型的过渡需求。另一个问题是分配状态估计器（DSE），随着分销网络中的主动来源的增长，该估计器正在成为必要。因此，配电系统的集中自动化和控制将不再是主导范式。人们必须意识到，由于明显的经济原因，在传播系统中存在的全面监测并不能在分配水平上实际预期。因此，需要在选择性部署低成本传感器，智能计量信息和适当的DSE之间找到妥协解决方案。在这样的环境中，需要传达到状态估计器的输入数据集首先在大小上是巨大的，并且只要冗余度很小并且传感器询问成为一个可能性，它仍然容易提供有限的可观察性和可疑的准确性巨大的瓶颈。由于这一切，未来的分布估算器在某些方面将与传统系统中的传统概

8、念有很大不同。一个可设想的解决方案是将流程分散和分配到逻辑和功能齐