《配电系统实时状态估计-英文原版论文翻译》-毕业论文.docVIP

毕业设计论文翻译 PAGE 10 配电系统实时状态估计 Mesut E. Baran Arthur W. Kelley 北卡罗来纳州立大学电气信息工程系 摘要：目前使用的历史负荷数据预测配电线路的负荷从而对线路进行实时分析和控制。 本文提出的方法是在三相状态估计的基础上发展起来的，提高了负载数据的准确性。这种方法建立在最小二乘法和使用三相节点电压法的基础之上的。这种方法可以用来处理功率，电压和电流测量值。测试结果表明状态估计可以利用实时测量值来改良预测负载的数据的准确性。支路电流测量的有效性也通过了测试。 关键字：配电网，状态估计，实时监测 Ⅰ.引言 在常规运行的配电网中，很少有实时信息来监视整个配电网系统；在配电网调度中心，变电所向线路提供的功率和电压通常是配电网管理（调度）员看到实时监控数据。然而为了更有效的对系统进行控制并且向用户提供高质量的服务，需要更广泛的实时监控。参考文献[1]指出为了监控开关状态和控制设备，需要详细的实时负荷数据来实现实时监控的目的。不幸的是这个数据目前不可用，是用历史负荷数据来预测负荷的。显然，对于实时应用来说，历史数据的准确性是不够的。 当公众改造他们的配电网系统，安装数据采集和监控系统（SCADA)，在配电网系统的控制中心可以看到更多的实时测量数据。然而，不可能测出所有的数据量并且将它们传送到控制中心，在控制中心，只能使用有限数量的实时测量值。所以，问题就转化为如何在有限的测量值的基础上尽可能准确地确定系统的控制点。 在有限的测量值之下，潮流分析可以根据预测负荷的变化从而获得一个与测量值匹配的近似解[2-5]。然而，为了提高负载数据的准确性，在必要的情况下需要更多的实时监测设备用来检验和校正预测负荷数据。我们建议用状态估计（SE）来实现这一目的。在参考文献[6]中，一种状态估计的深化方法被用在平衡线路中。 电力系统状态估计的主要功能是使数据的错误和不一致性减至最小。一般情况下这些错误是很小的，但是有些时候是很严重的。例如一个严重的错误可能导致以为一个电容器还在工作，而实际上它已经出现故障了。一个状态估计器可以“消除”电表指示上的微小错误，探测并确定出总的测量误差，“填入”因通信失败而无法获取的电表读入值[9]。 本文的重点在于发展一种可以应用在实时监测的配电馈线中的状态估计方法。在接下来部分，提出一种三相状态估计方法。这种方法针对配电系统的特点实现对配电馈线的监测。最少的数据需求在第三部分进行讨论。测试结果在第四部分。第五部分的出问题的结论。 Ⅱ.状态估计 状态估计(SE)是一种噪音过滤减小数据误差的数学分析工具。在这个过程中，假定线路的阻抗和测量值是一起给定的从而获得系统状态的“最佳状态”。系统状态是这样一系列未知量（通常是母线电压），如果知道它们的值，系统中其它的各种量可以根据它们计算出来。因而系统的状态基本上决定了系统的控制点。 2.1最小二乘法基础 状态估计技巧在输电水平上已经发展应用了二十多年。其最基本的方法被称为基本二乘法（WLS)。一种美国最尖端的算法可以参见参考资料[10]。最小二乘状态估计的数学模型建立在量测量和状态变量的数学关系基础之上。一般情况之下，假设矢量z包含量测量值（即给定的潮流计算条件），h(x)是量测量和状态变量x的数学方程,于是有： 其中v是量测量误差。最小二乘状态估计试图找出一种系统状态用x表示,使之满足如下数学表达式: （2） 其中wi是量测量zi权重系数，r=z-h(x)称为残差。权重系数与测量仪器的准确度有关：测量准确度越大，权重系数越大。最优算法给出的估计后的状态x必须要满足如下最优条件： 其中 是雅戈比矩阵，它是h(x)的偏导数。非线性方程（3）可以使用迭代解法进行运算。这种方法使用每次迭代的结果利用线性等式xk+1=xk+Δx对计算值进行校正。 其中G(x)被称为增益矩阵，它的数学表达式如下： 等式（5）被称为加权最小二乘问题的基本等式。 在配电网中采用最小二乘法进行状态估计有一系列的问题需要解决。其中最重要的一个问题是下一部分讨论的对线路的数学建模。另外一个重要的问题就是配电馈线中的实时监测设备很少，部分测量设备由于经济原因测量的准确度不够。这个问题在下面的2.3进行讨论。 2.2 馈线模型 一般情况之下，馈线是三相的，但是在少数情况之下也有可能是两相或者单相的。负载可能是三相，两相或者单相的（比如说一些住宅用户）。因此可以最好采用参考文献[7，8]中推荐使用的馈线潮流分析的三相模型。三相模型使我们可以分析所有的三相馈线并且可以顾及相间耦合的影响。 以上条件决定了需要寻找一种可以用来所有三相馈线的三相状态估计。这种三相馈线模型在潮流分析中的被广泛应用，详细过程可参考[7]。图（2）的画