基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)研究

董德慧　王兵

摘要 在經(jīng)濟(jì)與科技的帶動(dòng)下，電力系統(tǒng)無(wú)論是規(guī)模還是結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式都逐漸呈現(xiàn)復(fù)雜化，為提高電力系統(tǒng)安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，狀態(tài)估計(jì)成為能量管理系統(tǒng)中重要組成部分，尤其是在全球定位系統(tǒng)被應(yīng)用到各處以后，以GPS為基礎(chǔ)的相量測(cè)量電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)也隨之出現(xiàn)。本文將從電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)基本情況入手，重點(diǎn)研究基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)。

關(guān)鍵詞 相量測(cè)量；電力系統(tǒng)；狀態(tài)估計(jì)

中圖分類號(hào) TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）12—0039—02

為全面且系統(tǒng)地了解電力系統(tǒng)調(diào)度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌控電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，做好進(jìn)一步分析與預(yù)測(cè)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量就需要應(yīng)用到狀態(tài)估計(jì)?，F(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，狀態(tài)估計(jì)也需要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，融入新型技術(shù)，相量測(cè)量電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)也隨之出現(xiàn)。因此，有必要對(duì)基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)開(kāi)展研究。

1電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)概述

之所以電網(wǎng)能夠正常運(yùn)行，與狀態(tài)估計(jì)的運(yùn)用有一定關(guān)系，通過(guò)狀態(tài)估計(jì)不僅可以強(qiáng)化電力系統(tǒng)運(yùn)行，還能促進(jìn)控制系統(tǒng)優(yōu)化。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，隨著狀態(tài)估計(jì)的運(yùn)用，電力系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)精度更高，更可以滿足實(shí)際使用需求；第二，狀態(tài)估計(jì)可以準(zhǔn)確辨別出不良數(shù)據(jù)，同時(shí)可以將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行修改與糾正，進(jìn)而強(qiáng)化數(shù)據(jù)系統(tǒng)可靠性；第三，狀態(tài)估計(jì)能夠精準(zhǔn)的推算出電力量，幫助電力工作者盡快完成工作；第四，能夠根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)預(yù)見(jiàn)未來(lái)電力發(fā)展趨勢(shì)，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障。總之，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)有很多好處，因此，應(yīng)重視狀態(tài)估計(jì)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用，并做好進(jìn)一步研究。

2電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)方法

對(duì)于電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)來(lái)說(shuō)，經(jīng)常采用的方法有3種：第一種，加權(quán)最小二乘估計(jì)法。這是電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中應(yīng)用最多的方法，運(yùn)用這種方法并不需要了解隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)特性，而是將量測(cè)值與估計(jì)值的差平方和最小作為估計(jì)方法；第二種，快速分解狀態(tài)估計(jì)法。這種方法相對(duì)于加權(quán)最小二乘估計(jì)法相對(duì)收斂，但卻需要很長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間，對(duì)內(nèi)存的需要也很大，在設(shè)計(jì)程序的過(guò)程中需要應(yīng)用一定的電力系統(tǒng)物理性質(zhì)，也會(huì)將不重要的因素忽略，這樣既能提高計(jì)算速度，又能減少不必要的內(nèi)存消耗；第三種，以量測(cè)變換為基礎(chǔ)的估計(jì)法。這種方法就是將量測(cè)等效變換當(dāng)做節(jié)點(diǎn)且注入電流量測(cè)與支路電流量測(cè)，然后將迭代方程組雅克比矩陣轉(zhuǎn)化為常數(shù)矩陣，不僅可以節(jié)約內(nèi)存，還能強(qiáng)化算法效率。

3基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)

1）相量測(cè)量電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的運(yùn)用的必要性。隨著相量測(cè)量狀態(tài)估計(jì)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用，人們不僅可以全面了解系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，還能對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，所以各個(gè)都將電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)作為重點(diǎn)。我國(guó)對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的研究并不多，僅有幾個(gè)電力系統(tǒng)應(yīng)用了相量測(cè)量。在對(duì)比傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)與相量測(cè)量電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)不僅實(shí)效性差，還需要浪費(fèi)很長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，且收斂性較差，也容易出現(xiàn)誤差，而基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)則屬于線性估計(jì)的一種，無(wú)論是計(jì)算速度還是實(shí)效性都很好。此外，由于PMU的應(yīng)用，相關(guān)工作人員也可以隨時(shí)了解到電壓情況，如果2個(gè)系統(tǒng)需要連接也可以避免反連接的出現(xiàn)，若電網(wǎng)出現(xiàn)故障，狀態(tài)估計(jì)也可以快速確定故障發(fā)生位置，并做好故障分析，為快速解決故障奠定基礎(chǔ)。

3）以PMU基礎(chǔ)的等效電流量測(cè)變換解藕估計(jì)模型。相關(guān)學(xué)者在研究基于相量量測(cè)的電力系統(tǒng)態(tài)估計(jì)的過(guò)程中，可以計(jì)算出取電壓幅值與相角方程，在對(duì)比該模型以后可以發(fā)現(xiàn)，其與傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)所使用的方法相同。在為某個(gè)節(jié)點(diǎn)配置PMU的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，等于兩個(gè)量測(cè)量共同作用其上，量測(cè)雅克比矩陣也會(huì)受此影響多兩行。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)每個(gè)行中至少有一個(gè)非零元素，由此可見(jiàn)該模型中僅有一個(gè)PMU量測(cè)值，所以，其對(duì)狀態(tài)估計(jì)的影響也不大?？偠灾?，要做好等效電流量測(cè)狀態(tài)估計(jì)模型構(gòu)建，就需要應(yīng)用一種新型狀態(tài)估計(jì)模型，如PMU量測(cè)模型。

在等效電流量測(cè)中還要重視旋轉(zhuǎn)變換，這樣也可以了解到其狀態(tài)估計(jì)，進(jìn)而了解電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。隨著PMU量測(cè)值的應(yīng)用，不僅可以強(qiáng)化量測(cè)冗余度，還能加強(qiáng)狀態(tài)估計(jì)解精度，促進(jìn)其穩(wěn)定性提升?；谙嗔繙y(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)不僅壓縮了存儲(chǔ)空間，還提高了計(jì)算速度，強(qiáng)化了計(jì)算精度，同時(shí)也有效彌補(bǔ)了原有計(jì)算中存在不足，可見(jiàn)其有較多益處，所以應(yīng)重視這種狀態(tài)估計(jì)的運(yùn)用。

4）算例仿真。為進(jìn)一步證明基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)高效，還需要應(yīng)用算例。因此，筆者對(duì)一些系統(tǒng)做了測(cè)試，通過(guò)算例仿真發(fā)現(xiàn)，量測(cè)數(shù)據(jù)可以在測(cè)試系統(tǒng)潮流結(jié)果的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)正態(tài)分布，為強(qiáng)化比較，還需要做好測(cè)試系統(tǒng)計(jì)算，并通過(guò)極坐標(biāo)的方式展示出來(lái)。如在測(cè)試某節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，在一些節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用了PMU，并采用了GA算法，發(fā)現(xiàn)基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)所測(cè)量的精度相對(duì)較高，尤其在旋轉(zhuǎn)變換的作用下，不僅可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格解藕，還能有效減少雅克比矩陣重新因子化所帶來(lái)的影響，同時(shí)，算法效率也顯著提升，且不需要過(guò)高存儲(chǔ)量，總的來(lái)說(shuō)，由此而來(lái)的運(yùn)行效率也可以滿足在線狀態(tài)估計(jì)需求。

為提高估計(jì)精度，確定PMU配置目標(biāo)，應(yīng)將PSO算法運(yùn)用進(jìn)來(lái)還要注意粒子群算法的運(yùn)用，并運(yùn)用該算法對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，在實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)先確定好粒子群規(guī)模，明確加速參數(shù)，同時(shí)設(shè)計(jì)好最大迭代次數(shù)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，引入PSO算法要比GA算法強(qiáng)很多，主要體現(xiàn)PSO算法相對(duì)于GA算法更具收斂性，且具有良好的搜索能力。

總的來(lái)說(shuō)，基于PMU的狀態(tài)估計(jì)新模型不僅應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)變換，減少了各種假設(shè)性問(wèn)題的應(yīng)用，同時(shí)，隨著該模型的構(gòu)建，既強(qiáng)化了PMU量測(cè)信息的運(yùn)用，也有效提升了量測(cè)冗余度，再加上這種方法對(duì)存儲(chǔ)量的需求較小，計(jì)算速度又很高，精度也能得到保障，所以，應(yīng)重視這種狀態(tài)估計(jì)的運(yùn)用，只有這樣才能全面且深入的了解電力系統(tǒng)實(shí)際情況。

4結(jié)論

之所以狀態(tài)估計(jì)會(huì)成為電力系統(tǒng)中不可缺少的一部分，不僅在于它是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，還在于它可以幫助相關(guān)工作人員做好本職工作，為進(jìn)一步做好電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)，就需要聯(lián)系實(shí)際情況應(yīng)用新技術(shù)，相量測(cè)量單元就是其中之一。本文聯(lián)系電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)基本情況，分析了電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中常用的方法，研究了基于相量測(cè)量的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)，希望能為相關(guān)人士帶來(lái)有效參考，做好電力企業(yè)工作，為人們提供安全可靠電能，提高人們滿意度。endprint