（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）輸電網(wǎng)網(wǎng)損實時計算與分析.pdf

聲明戶明 l i l l lrl l lf l l ll l ll fl l l l lj i i i 17 8 5 9 0 9 本人鄭重聲明 此處所提交的碩士學位論文 輸電網(wǎng)網(wǎng)損實時計算與分析 是本人在華北電力大學攻讀碩士學位期間 在導師指導下進行的研究工作和取得的 研究成果 據(jù)本人所知 除了文中特別加以標注和致謝之處外 論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得華北電力大學或其他教育機構(gòu)的 學位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在 論文中作了明確的說明并表示了謝意 學位論文作者簽名 圭幽日 7 期 刎 關(guān)于學位論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解華北電力大學有關(guān)保留 使用學位論文的規(guī)定 即 學校有權(quán) 保管 并向有關(guān)部門送交學位論文的原件與復印件 學?？梢圆捎糜坝?縮印或 其它復制手段復制并保存學位論文 學?？稍试S學位論文被查閱或借閱 學校 可以學術(shù)交流為目的 復制贈送和交換學位論文 同意學?？梢杂貌煌绞皆诓煌?媒體上發(fā)表 傳播學位論文的全部或部分內(nèi)容 涉密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定 作者簽名 垂勤 日期 型芝 厶l 導師簽名 l 1 華北電力大學碩士學位論文摘要 摘要 電網(wǎng)的電能損耗一直是供電企業(yè)一項重要的綜合性技術(shù)經(jīng)濟指標 準確地計算 出實時網(wǎng)損對于提出合理的降損措施和驗證措施的正確性有著極其重要的作用 隨 著s c a d a 系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的廣泛應用和發(fā)展 使利用實時信息進行網(wǎng)損計算成 為可能 本文利用實時的量測信息 從s c a d a 取得生數(shù)據(jù)后 利用基于最小二乘 算法的狀態(tài)估計對實時數(shù)據(jù)進行處理 得到準確 可靠的熟數(shù)據(jù) 再對估計后的數(shù) 據(jù)進行統(tǒng)計分析 得到實時的網(wǎng)損 本文應用i e e e 一1 4 節(jié)點系統(tǒng)和某實際電網(wǎng)對程 序進行了驗證 并對實際電網(wǎng)進行了網(wǎng)損分析 關(guān)鍵詞 網(wǎng)損計算 狀態(tài)估計 最小二乘法 a b s t r a c t t h el o s so fp o w e rs y s t e mh a sa l w a y sb e e na ni m p o r t a n ta n dc o m p r e h e n s i v e t e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d i c a t o r st op o w e rs u p p l yc o m p a n y a c c u r a t ec a l c u l a t i o no fa r e a l t i m en e tl o s sf o rp r o p o s e dr e a s o n a b l em e a s u r e st ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h e m e a s u r e sa n dh a sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l e w i t ht h es c a d as y s t e mi np o w e r s y s t e mw i d ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n ts ot h a tt h eu s eo fr e a l t i m ei n f o r m a t i o nf o rt h e c a l c u l a t i o no fn e tl o s si sp o s s i b l e i nt h i sp a p e r w eu s er e a l t i m em e a s u r e m e n t i n f o r m a t i o na n dh e a l t hd a t ao b t a i n e df r o mt h es c a d a t h eu s eo fs t a t ee s t i m a t i o n b a s e do nl e a s ts q u a r e sa l g o r i t h mf o rr e a l t i m ed a t ap r o c e s s i n g t ob ea c c u r a t e r e l i a b l e d a t a0 nt h ef a m i l i a r a f t e rr e e s t i m a t i o no ft h es t a t i s t i c a la n a l y s i so fd a t ao b t a i n e di n r e a l t i m en e t w o r kl o s s e s i nt h i sp a p e r l e e e 一14n o d e s t a t ea n dap r a c t i c a lp o w e rg r i d h a sb e e nu s e dt ot e s tt h ep r o g r a m a n da n dt h ea c t u a lp o w e rg r i df o rt h ea n a l y s i so fl o s s w a n gx u n p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n d i r e c t e db yp r o f s h e n gs i q i n g k e yw o r d s n e tl o s sc a l c u l a t i o n s t a t ee s t i m a t i o n l e a s t s q u a r e sm e t h o d 華北電力大學碩士學位論文目錄 目錄 中文摘要 英文摘要 第一章引言 l 1 1 網(wǎng)損計算的概念 意義和發(fā)展趨勢 l 1 2 網(wǎng)損計算的目的 范圍和原始數(shù)據(jù) 3 1 2 1 網(wǎng)損計算的目的 3 1 2 2 網(wǎng)損計算的范圍 4 1 2 3 網(wǎng)損計算所需的原始數(shù)據(jù) 4 1 3 網(wǎng)損計算的常用方法與比較 5 1 3 1 均方根電流法 5 1 3 2 平均電流法 6 1 3 3 最大電流法 6 1 3 4 潮流法 7 1 3 5 常用方法比較 8 1 4 本文的主要工作 8 第二章狀態(tài)估計在實時網(wǎng)損計算中的應用 9 2 1 狀態(tài)估計的基本概念和用途 9 2 1 1 狀態(tài)估計的基本概念 9 2 1 2 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的用途 1 0 2 2 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計與常規(guī)潮流的關(guān)系 1 0 2 3 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的數(shù)學描述 o 1 2 2 3 1 量測系統(tǒng)的數(shù)學描述 1 2 2 3 2 電力網(wǎng)絡的數(shù)學描述 1 3 2 3 3 電力網(wǎng)絡狀態(tài)估計的量測方程 1 3 2 4 不良數(shù)據(jù)的檢測與辨識 1 4 2 4 1 殘差方程 1 4 2 4 2 基于量測量突變檢測 1 6 2 4 2 1 殘差淹沒現(xiàn)象 l6 2 4 2 2 量測量突變檢測的基本原理 1 7 i 卜 l p 名l 嚼 華北電力大學碩士學位論文目錄 2 4 2 3 量測量突變檢測方法的一般特點 1 8 2 4 3 零殘差辨識 1 9 2 5 本章小結(jié) 1 9 第三章狀態(tài)估計程序?qū)崿F(xiàn)及算例分析 2 0 3 1 基于最小二乘法的狀態(tài)估計 2 0 3 1 1 基本算法的數(shù)學基礎 2 0 3 1 2 狀態(tài)估計的網(wǎng)絡方程 2 3 3 1 3 節(jié)點編號優(yōu)化 2 6 3 1 4 網(wǎng)絡的可觀測性 2 6 3 2 基于最小二乘法的狀態(tài)估計程序流程圖 2 7 3 3 算例 2 8 3 4 狀態(tài)估計結(jié)果 3 2 3 4 i 采樣數(shù)據(jù)不完整的狀態(tài)估計 3 6 3 4 2 包含不良數(shù)據(jù)的狀態(tài)估計 3 6 3 5 本章小結(jié) 3 6 第四章實際電網(wǎng)的網(wǎng)損計算及降損分析 3 7 4 i 實際電網(wǎng)的網(wǎng)損計算 3 7 4 1 1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù) 3 7 4 1 2 狀態(tài)估計結(jié)果 4 0 4 1 3 網(wǎng)損分析 4 0 4 2 降損措施 一4 l 4 3 本章小結(jié) 4 4 第五章結(jié)論及展望 4 5 參考文獻 4 6 致 射 4 9 在學期間發(fā)表的學術(shù)論文和參加科研情況 5 0 i i 夕 i 甌 i 華北電力大學碩士學位論文 第一章引言 1 1 網(wǎng)損計算的概念 意義和發(fā)展趨勢 在一個供電范圍內(nèi) 電能通過電網(wǎng)的輸電 變電和配電等環(huán)節(jié)供給用戶 在電 能的輸送和分配過程中 電網(wǎng)的各個元件都要產(chǎn)生一定數(shù)量的有功功率損耗和電能 損耗 如果導線 設備選擇不當 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理 或者運行管理不到位 這種損 失就會增加 所以要采取一定的措施把電網(wǎng)的電能損耗降低到合理的范圍以內(nèi) 而 電網(wǎng)電能損耗的計算是降損的第一步驟 準確而簡便的網(wǎng)損計算和分析方法有利于 制定合理的降損措施 有利于制定適當?shù)木€損考核指標和進行系統(tǒng)規(guī)劃 1 1 在電網(wǎng)的實際運行過程中 用電度表計量統(tǒng)計出的供電量和售電量之差得到的 線損電量 稱為統(tǒng)計線損電量 在統(tǒng)計線損電量中 有一部分是由于管理工作上的 原因所造成的 它包括 各式各樣的電度表綜合誤差 抄表不同時 漏抄及錯抄錯 算所帶來的統(tǒng)計值不準確 帶電設備絕緣部分不良引起的漏電和竊電等所造成的損 失電量 這部分電量習慣稱為 管理線損電量 統(tǒng)計線損的另一部分是電能在輸 配 變電的過程中不可避免的損失 其數(shù)值由相應時段內(nèi)的運行參數(shù)和設備參數(shù)所 決定 主要包括 與電流平方成正比的變壓器繞組和輸電線路導線中的電能損耗 與運行電壓有關(guān)的變壓器鐵芯 電容器和電纜的絕緣介質(zhì)損耗以及電暈損耗等 這 部分損耗電量習慣上稱為 技術(shù)線損電量 它可以通過理論計算得到 所以又稱 為理論線損電量 理論線損電量可以通過技術(shù)措施予以降低 在線損管理工作中 既要重視降低 技術(shù)線損電量 也要重視避免和減少 管理線損電量 我國近年來電力系統(tǒng)的發(fā)展較快 所包含的信息量也在不斷的膨脹 管理運用 好這些信息 成為電力部門各級人員的重要職責 因此實現(xiàn)計算機對其的監(jiān)控和調(diào) 節(jié)已經(jīng)成為了必然的趨勢 電力系統(tǒng)相當大的一部分工作都是依賴于對信息的收集 和處理 電力系統(tǒng)的電能損耗指標是考核供電企業(yè)運營狀況的一項重要技術(shù)經(jīng)濟指 標 而網(wǎng)損計算是確定電力系統(tǒng)規(guī)劃 運行方式 網(wǎng)絡技術(shù)改造及設備維修的重要 依據(jù) 3 1 輸電網(wǎng)網(wǎng)損計算主要是以潮流計算為基礎 理論上可以應用潮流計算求得任意 時刻的有功功率損耗 再對時間進行積分求出能量損耗 但在實際中 電力系統(tǒng)的 規(guī)模龐大 結(jié)構(gòu)復雜 使量測數(shù)據(jù)難以保證精度 個別量測數(shù)據(jù)缺失或含有大量的 不良數(shù)據(jù) 加上當前各種非線性裝置的應用 系統(tǒng)的非線性也較嚴重 使波形畸變 后獲得的數(shù)據(jù)可信度很低 無法準確得到線損計算的結(jié)果 因此目前的計算都是通 過對典型日的各采樣時刻進行潮流計算再將網(wǎng)損功率乘以相應的采樣間隔 通過累 加得到系統(tǒng)損耗電量 這是目前各電力部門普遍采用的方法 而基于狀態(tài)估計的網(wǎng) o l l 華北電力大學碩士學位論文 損計算方法 可以有效的提高數(shù)據(jù)的精度 剔除或改正不良數(shù)據(jù) 補全量測不足的 信息 可以有效的提高輸電網(wǎng)實時網(wǎng)損計算的精度 國內(nèi)外的廣大學者專家對線損在線計算 統(tǒng)計 分析做了大量的研究 5 1 1 文 獻 5 提出了線損在線監(jiān)測 自動生成 分析生產(chǎn)經(jīng)營指標 并可通過w e b 瀏覽方式 進行查詢 文獻 6 針對現(xiàn)有理論線損計算方法的不足 較為系統(tǒng)的研究了實時監(jiān)測 系統(tǒng)對提高理論線損計算精度的重要意義 指明只有建立了電網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)并利 用實時系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和信息才能從根本上解決現(xiàn)有理論線損分析計算的不足 文獻 7 介紹采用v i s u a ls t u d i o n e t 多語言平臺基于s y b a s e 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的配網(wǎng)線損實時 分析系統(tǒng)的設計開發(fā) 闡述了系統(tǒng)運行環(huán)境 軟件結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)處理流程 線損計算 方法以及系統(tǒng)的主要功能和特點 文獻 8 根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的特點和實例分析 在運行 方式 經(jīng)濟調(diào)度 電網(wǎng)改造和線損管理等方面提出了降低地區(qū)電網(wǎng)線損的一些措施 如優(yōu)化運行方式 加強經(jīng)濟調(diào)度 加強設備和電網(wǎng)改造 加強線損管理等 文獻 9 1 結(jié)合電力企業(yè)電能損耗計算分析管理的特點 在對現(xiàn)有相關(guān)理論和技術(shù)進行廣泛分 析的基礎上 提出了適合電力系統(tǒng)電能損耗計算分析的實時理論和技術(shù) 并通過編 制完成一套實際的搿電能損耗實時計算及分析系統(tǒng) 驗證了實時理論和技術(shù)的有 效性和實用性 文獻 1 0 描述了綜合線損分析系統(tǒng)的應該具有的功能和技術(shù)方案 介紹了該系統(tǒng)實現(xiàn)中的注意事項和實現(xiàn)方法 文獻 l l 以線損理論計算為基礎 并 充分考慮變電站用電 低壓配網(wǎng)損耗 管理線損 給出了計算線損率的計算公式 并提出利用計劃線損率與實際完成線損率之間最小方差來衡量其科學性 隨著電力系統(tǒng)運行和控制水平的要求越來越高 對電力系統(tǒng)網(wǎng)損計算的實時性 和準確性的要求也越來越高 研究實時網(wǎng)損計算是大勢所趨 基于全球定位系統(tǒng) g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m g p s 的相角測量單元 p h a s o r m e a s u e r m e n tu n i t p m u 的成功研制 標志著同步相量技術(shù)的誕生 相角測量單元利 用g p s 的高精度授時信號 實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的各個節(jié)點數(shù)據(jù)的同步采集 以及對電 力系統(tǒng)中電壓相角等電量的異地同步檢測 使運行人員能夠直接看到系統(tǒng)的運行狀 態(tài) 為電力系統(tǒng)的分析和控制開辟了嶄新的空間 一般的傳統(tǒng)的s c a d a 系統(tǒng)只能 提供穩(wěn)態(tài)的 低采樣密度 不同步的電網(wǎng)時間斷面信息 而相角測量單元應用到電 力系統(tǒng)中 可以提供實時而且更加精確的數(shù)據(jù) 為電力系統(tǒng)網(wǎng)損計算開辟了新的途 徑 胡錦濤同志指出 電力工業(yè)既是基礎產(chǎn)業(yè)又是公用事業(yè) 既是生產(chǎn)資料又是生 活資料 關(guān)系到社會的進步 生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高 地位十分重要 隨 著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展 電力工業(yè)也得到了快速發(fā)展 當前 電網(wǎng)企業(yè)面臨的 兩個突出問題 一是如何保證跨區(qū)域電網(wǎng) 地方電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行 二是如何在 保證電網(wǎng)安全運行的前提下 實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟合理的運行 盡可能的減少電網(wǎng)運行的 2 夕 l 啞 一 華北電力大學碩士學位論文 電能損耗 降低電網(wǎng)企業(yè)的生產(chǎn)成本 線損的理論計算工作 除了對加強線損管理及制定合理線損考核指標有重要的 作用外 對降低損耗的各種技術(shù)方法方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較和考察各種降低線損措 施的實際效果也是很重要的 通過計算 可以基本上知道電網(wǎng)中損耗的構(gòu)成情況 如理論線損占多少 不明損耗占多少 電力網(wǎng)中各級電壓電網(wǎng)的損耗占多少 各元 件中的損耗是多少 變壓器及其繞組和鐵芯中損耗是多少等等 以便于掌握總的情 況 有利于線損的分級 分壓 分區(qū)管理 尤其在對需要增加投資的降損措施進行 各種方案的技術(shù)經(jīng)濟比較時 更應該進行比較準確的線損理論計算 此外 經(jīng)驗表 明 通過計算還可以發(fā)現(xiàn)和改進技術(shù)管理工作中的薄弱環(huán)節(jié) 如表計計量工作和技 術(shù)檔案管理工作是否經(jīng)常化和制度化等 由此可見 線損理論計算對線損管理工作 可以起到指導和促進作用 在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提下 電網(wǎng)運行的主要目標是實現(xiàn)電網(wǎng)的最優(yōu)經(jīng)濟運 行 盡量減少電網(wǎng)運行中輸 變 配電設備的電能損耗 而降低電網(wǎng)運行成本是世 界各國電網(wǎng)企業(yè)永遠追求的目標 電網(wǎng)的電能損耗是電網(wǎng)生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)一個重要的 綜合性技術(shù)經(jīng)濟指標 是表征電力系統(tǒng)規(guī)劃設計水平的一項綜合性技術(shù)經(jīng)濟指標 2 主網(wǎng) 配電網(wǎng)的線損理論計算是規(guī)劃設計以及制定年 季 月線損計劃指標和 降損措施的理論依據(jù) 開展網(wǎng)損理論計算是搞好降損節(jié)電的一項基礎工作 它有利 于提高供電企業(yè)的網(wǎng)損管理水平 有利于加快電網(wǎng)建設和技術(shù)改造 有利于加強電 網(wǎng)的經(jīng)濟運行 有利于制定落實降損節(jié)電經(jīng)濟責任制 增強節(jié)電意識 1 2 網(wǎng)損計算的目的 范圍和原始數(shù)據(jù) 理論線損率為供電公司對其所屬的輸 變 配電設備根據(jù)設備參數(shù) 負荷潮流 特性計算得出的線損率 在電力系統(tǒng)的實際運行中 線損是不可避免的 它是由輸 送負荷的大小和送 變 配電設備的參數(shù)所決定的 這部分損失電量可以用理論線 損計算的方法得到 稱之為理論線損 進行理論線損計算是根據(jù)主網(wǎng) 配網(wǎng)的實際 負荷及正常運行方式 計算主網(wǎng) 配網(wǎng)中每一元件的實際有功功率損失和在一定時 間段內(nèi)的電能損失 1 2 1 網(wǎng)損計算的目的 通過網(wǎng)損計算 可以鑒定主網(wǎng) 配網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其運行方式的經(jīng)濟性 查清電網(wǎng)中 電能損耗過大的元件及其原因 檢查實際線損是否真實 準確 合理以及實際線損 率和技術(shù) 理論 線損率的差值 確定不明損失的程度 減少不明損失 可通過對技 術(shù)線損的構(gòu)成 即線路損失和變壓器損失所占的比重 可變損失和不變損失所占的 比重的分析 發(fā)現(xiàn)主網(wǎng) 配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié) 確定技術(shù)線損的主攻方向 以便采取 3 i 華北電力大學碩士學位論文 相應措施 降低網(wǎng)損 1 2 2 網(wǎng)損計算的范圍 電力系統(tǒng)網(wǎng)損計算的范圍是 從發(fā)電機出口裝設的電度表處開始 但不包括廠 用電度表 到各用戶電度表處為止 包括用戶電度表本身損耗 在這個范圍內(nèi) 一切 輸電 變電 配電元件中各種形式的電能損耗均應計入電網(wǎng)網(wǎng)損中 應當計算網(wǎng)損 的元件有 1 各個升壓和降壓變電站的主變壓器及聯(lián)絡變壓器 用戶自維專用變壓器 除外 2 各級電壓的輸電線路 用戶自維專用線路除外 3 配電變壓器 用戶自維配電變壓器除外 4 6 1 0 k v 及以上的高壓配電線路 用戶自維專用線路除外 5 供電部門所屬的0 4 k v 低壓配電線路 6 變電站的自用電 不包括變電站生活用電 擴建和改建時施工用電 設 備大修時檢修用電等 7 升壓及降壓變電站內(nèi)的各種一次及二次運行設備 它包括 各種串聯(lián) 并聯(lián)靜電電容器和電抗器 調(diào)相機 電流 電壓互感器 各級電壓母線 保護 測 量 控制 信號回路等各種二次設備 8 接戶線及用戶電度表 在上述輸電 變電 配電元件中 導線電阻的發(fā)熱損耗 鐵芯損耗 調(diào)相機的 機械損耗 電纜和電容器的介質(zhì)損耗 架空輸電線路的電暈損耗和絕緣子漏電損耗 等均屬線損計算范圍內(nèi) 1 2 3 網(wǎng)損計算所需的原始數(shù)據(jù) 電力系統(tǒng)網(wǎng)損計算的誤差一般決定于 原始資料的準確性 網(wǎng)損計算依據(jù)的數(shù) 學模型的精確性 數(shù)學方法的精確性以及計算機上的舍入誤差等 對于穩(wěn)態(tài)計算來 說 設總誤差為1 0 0 則上述各項占總誤差的百分數(shù)大致為 由于原始數(shù)據(jù)不準確所造成的誤差為8 2 8 4 由于數(shù)學模型不精確所造成的誤差為1 4 1 5 由于數(shù)學方法不精確所造成的誤差為2 3 顯然 主要誤差是由原始數(shù)據(jù)不準確所造成的 對于網(wǎng)損計算來說 因為原始 數(shù)據(jù)中包括具有隨機特性的負荷及負荷曲線 因此由它造成的計算誤差的百分數(shù)范 圍更大 可以說 原始數(shù)據(jù)是否準確和齊備是影響線損計算準確性的關(guān)鍵因素 4 薌 i 詛 鬣 芻 華北電力大學碩士學位論文 線損計算所依據(jù)的原始數(shù)據(jù)分為兩類 一類是有關(guān)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的元件參數(shù)和結(jié)線 圖 另一類是有關(guān)電網(wǎng)運行的數(shù)據(jù) 如電流 電壓 功率因數(shù) 有功和無功功率 計算時段內(nèi)的有功和無功電量等 必須指出 對于全網(wǎng)的線損計算 要求的原始數(shù)據(jù)的收集整理的工作量很大 所以線損計算的方法應該考慮到使用盡可能少的必要的運行和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 而又滿足 計算準確性的要求 在一般情況下 數(shù)據(jù)越充分 越準確時 計算結(jié)果的誤差也越 小 但工作量也越大 所以應當根據(jù)不同的準確性的要求提出不同的計算方法 以 便盡量減少數(shù)據(jù)的收集范圍 1 3 網(wǎng)損計算的常用方法與比較 配電網(wǎng)常用的網(wǎng)損計算方法有均方根電流法 平均電流法 最大電流法等 1 2 1 輸電網(wǎng)常用的網(wǎng)損計算方法有潮流法 1 6 1 等 1 3 1 均方根電流法 如果線路電阻為r 歐姆 通過線路的電流為i 安培 則該電網(wǎng)電阻在一天 內(nèi)消耗的電能a w 可由下式得出 1 3 a w 3 x 2 4 1 2 r d t 1 0 3 k w 1 1 由于負荷曲線的解析式不容易獲得 上式求解積分較困難 般是通過對該元 件進行2 4 小時 典型日 負荷電流的實測 得到階梯型負荷曲線 然后按每小時進行 分段線損計算 在每小時內(nèi)可近似認為負荷保持不變 典型日2 4 小時電流的實測值為小厶 乙 則式 1 1 簡化為 a w 3 x r 矸 2 藝 x 1 0 3 k w h 1 2 進一步 式 1 2 可表示為 a w 3 x r x 乓x 2 4 x 1 0 q k w 1 3 i j f 1 4 式中 k 為典型日的均方根電流 單位為安培 心iq a i 為實際的有功 無功電量 單位為千瓦時 u 為線電壓的平均值 單位為千伏 用均方根電流法進行電網(wǎng)理論線損計算時一般有如下假定 1 網(wǎng)絡中各節(jié)點電 5 華北電力大學碩士學位論文 壓相等 忽略線路的電壓損失對能耗的影響 2 各負荷節(jié)點的功率因素 負荷曲線 形狀與首端相同 1 3 2 平均電流法 縫 平均電流法是利用均方根電流與平均電流的等效關(guān)系進行電能損耗計算的方 法 具備平均電流的資料時 可以利用均方根電流與平均電流的等效關(guān)系進行電能 損耗的計算 令均方根電流k 與平均電流 典型日負荷電流平均值 的等效關(guān)系 亦稱負荷曲線形狀系數(shù) k k 則典型日線路損耗電量為 a w 3 k 2 o 尺f l o 3 k w 磊 1 5 系數(shù)k 2 應根據(jù)負荷曲線 平均負荷率 廠及最小負荷率a 確定 損耗計算的公式也可以寫為 形 簪腳f 1 0 3 1 6 vw 式中 和 為典型日的有功和無功電量 u p 為典型日的平均電壓 1 3 3 最大電流法 當只具有最大電流的資料時 可采用均方根電流與最大電流的等效關(guān)系 損失 因數(shù)法 進行計算 令均方根電流平方與最大電流的平方的比值為f 損失因數(shù) f 一 腰2 毫 則典型日的損耗電量為 a w 3 毗t 1 0 s k w i i 1 7 式中 f 為損失因數(shù) k 為典型日最大負荷電流 f 的取值根據(jù)負荷曲線 平均 負荷率廠和最小負荷率a 確定 當廠 0 5 時 按直線變化的持續(xù)負荷曲線計算f f 口 1 3 1 a 2 1 8 當f 0 5 時 按二階梯持續(xù)負荷曲線計算f f f 1 a r c r 1 9 式中 口為典型日最小負荷率 它等于最小電流k 與最大電流k 的比值 為典型日最小負荷率 1 3 4 潮流法 對于一個n l 節(jié)點的系統(tǒng) 選擇一個平衡節(jié)點 其他刀個節(jié)點可以列寫其節(jié)點 奄 i 丘 位 值 華北電力大學碩士學位論文 電壓方程為 口和j i 喜i 1 1 0 式中 玩 u p 以為節(jié)點電壓 u 為節(jié)點電壓幅值 諺為節(jié)點電壓與平衡節(jié)點的電壓相 角 t p 7 o 丹 為節(jié)點電流 為節(jié)點電流幅值 仍為節(jié)點的電壓與電流的相位 差 節(jié)點電壓電流的相位差可以表示為 沙 c o s q 丐 s i n f o j 南 一 舞 小 將式 1 1 1 代入到式 1 一l o 中 可以得到 如 贏 歹彘肛一2 刀m 當日 q f i i 2 刀為量測值 令 e 乃 則式 1 1 0 構(gòu)成了一個未知量為氣的 代數(shù)方程組 可以求解得到玉 進而得到電壓相角瞑 當節(jié)點上的電壓幅值和相角已知 則其相連的線路損失可以按下式求得 島 圻多神 t 一諺 五 1 1 3 a 毛 叼 哆 諺一反 五 1 1 3 b 其中 蟊為與節(jié)點f 相連的支路耖在f 端的注入復功率 撐為與節(jié)點 相連的支路耖在j 端的注入復功率 虼為節(jié)點f 和節(jié)點歹之間的導納 虼 為節(jié)點f 的接地導納 線路上損失的功率為 嶼 品 1 1 4 線損為 a w 心 t 1 1 5 7 華北電力大學碩士學位論文 1 3 5 常用方法比較 1 根據(jù)最大負荷損耗時間和根據(jù)用電損失因數(shù)計算電能損耗的方法與其 他線損計算方法相比較為簡單 但準確度不高 一般用于電網(wǎng)規(guī)劃設計時電能損耗 的計算 一 2 均方根電流法計算線損的方法原理簡單 是一種普遍采用的手算方法 適用于局部電網(wǎng)和個別元件的電能損耗計算 3 低壓電網(wǎng)線損電量的準確計算十分困難 一般采用最大電壓損耗百分數(shù) 的方法進行估算 4 利用三相電流不對稱度計算三相負荷不平衡時三相供電系統(tǒng)線損率增 加百分數(shù)的方法 計算公式簡單 實用性也較高 5 前三種方法在配電網(wǎng)中的應用較多 而潮流法一般應用在輸電網(wǎng)網(wǎng)損計 算中 實時性較高 計算的數(shù)據(jù)也較為準確 1 4 本文的主要工作 1 學習網(wǎng)損計算的有關(guān)理論及網(wǎng)損計算方法 2 研究利用狀態(tài)估計進行實時網(wǎng)損計算的方法 3 編程實現(xiàn)基于加權(quán)最小二乘算法的狀態(tài)估計程序 對程序進行完善 用 基于量測量突變檢測和零殘差辨識法對不良數(shù)據(jù)進行了檢測與辨識 4 用i e e e 一1 4 節(jié)點系統(tǒng)和某地區(qū)實際電網(wǎng)驗證程序的正確性 并進行了網(wǎng) 損計算和分析 提出了降損措施 經(jīng)潮流計算驗證后證明措施可行 8 1 魄 華北電力大學碩士學位論文 第二章狀態(tài)估計在實時網(wǎng)損計算中的應用 狀態(tài)估計是對系統(tǒng)某一時間斷面的遙測量和遙信量進行實時數(shù)據(jù)處理 主要任 務是通過狀態(tài)估計處理后 提高數(shù)據(jù)的精度 補充測點和量測項目的不足 自動排 除偶然出現(xiàn)的錯誤數(shù)據(jù)和信息 以提高整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可靠性 為建立一個高質(zhì)量 的實時數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)信息 狀態(tài)估計程序是其他應用程序的基礎 只有狀態(tài)估計 的正確運行才能保證電網(wǎng)拓撲狀態(tài)和量測系統(tǒng)的正確性 1 4 基于狀態(tài)估計的線損計算通過s c a d a 系統(tǒng)獲得實時電量 通過狀態(tài)估計的方 法進行在線的電網(wǎng)線損計算 在s c a d a 系統(tǒng)中 由于量測設備 轉(zhuǎn)換器件 傳送 通道等各環(huán)節(jié)以及量測非同時性 三相信息采集不同時性等因素 實際量測量與物 理量之間存在量測誤差且這種誤差具有隨機特性 一般假定為o 均值的正態(tài)分布 誤差大小用標準s 差衡量 另外 因系統(tǒng)故障 操作 通道故障等對測量的干擾 可以能引起較大的誤差 這種量測量稱為不良數(shù)據(jù) 實際上 誤差v 6 7 s 的稱為不良數(shù)據(jù) 后者必須通過狀態(tài)估計加以辨識并排除 另外 由于各種原因 某些計算需要的測點數(shù)據(jù) 遙測系統(tǒng)不能直接提供 這就需 要狀態(tài)估計數(shù)據(jù)來提供 數(shù)學上 量測向量維數(shù)m 與狀態(tài)維數(shù) l 相等時 即狀態(tài)估 計是可以進行的 但它沒有提高數(shù)據(jù)精度和辨識不良數(shù)據(jù)的功能 當m 以時 它 才能夠提高數(shù)據(jù)精度和辨識不良數(shù)據(jù) 線損理論計算數(shù)據(jù)需要具有冗余量測的狀態(tài) 估計來提供 才能保證線損計算的精度 2 1 狀態(tài)估計的基本概念和用途 2 1 1 狀態(tài)估計的基本概念 隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展 電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行方式日趨復雜 電力系統(tǒng)調(diào) 度中心的自動化水平也需要由低級向高級發(fā)展 現(xiàn)代化的調(diào)度系統(tǒng)要求能迅速 全 面 準確的掌握電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài) 預測和分析系統(tǒng)的運行趨勢 對運行中 發(fā)生的各種問題提出對策 并提供下一步運行的決策 從而保證電力系統(tǒng)運行的安 全性和經(jīng)濟性 為了建立可靠而完整的數(shù)據(jù)庫 通常有兩條途徑 從軟件的途徑 可以采用現(xiàn) 代的狀態(tài)估計技術(shù) 對數(shù)據(jù)進行實時處理 從硬件的途徑上可以增加量測設備和遠 動設備 并提高其精度與可靠性 如果在具備一定水平的硬件基礎上 采用狀態(tài)估 計技術(shù)則能充分發(fā)揮已有硬件設備的潛力 提高數(shù)據(jù)的精度 補充測點和量測量測 量的不足 排除偶然的錯誤信息和數(shù)據(jù) 提高整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性 狀態(tài)估計也稱為濾波 它是利用量測系統(tǒng)的冗余度來提高數(shù)據(jù)精度 自動排除 9 華北電力大學碩士學位論文 隨機干擾所引起的錯誤信息 估計或預報系統(tǒng)的運行狀態(tài) 對電力系統(tǒng)而言 狀態(tài) 估計是對系統(tǒng)某一時間斷面的遙測量和遙測信息進行實時處理 即處理的主要對象 是某一時間斷面上的高維空間 網(wǎng)絡 i 灑 j 題 而且對量測誤差的統(tǒng)計知識又不夠清楚 因此目前很多電力系統(tǒng)實際采用的狀態(tài)估計算法是最小二乘法 2 1 2 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的用途 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計程序的主要功能是 1 根據(jù)量測量的精度 加權(quán) 和基爾霍夫定律 網(wǎng)絡方程 按最佳估計準則對 生數(shù)據(jù)進行計算 得到最接近于系統(tǒng)真實狀態(tài)的最佳估計值 因此狀態(tài)估計可以提 高數(shù)據(jù)的精度 2 推算出完整而準確的電力系統(tǒng)各種電氣量 例如根據(jù)周圍相鄰的變電站 的量測量推算出某一沒有遠動裝置的變電所的各種電氣量 或者根據(jù)現(xiàn)有類型的量 測量推算出另一些難以量測的電氣量 例如根據(jù)有功功率推算出各個節(jié)點的電壓相 角 3 對生數(shù)據(jù)進行不良數(shù)據(jù)的檢測與辨識 刪除或改正不良數(shù)據(jù) 提高數(shù)據(jù) 系統(tǒng)的可靠性 4 根據(jù)遙測量估計電網(wǎng)的實際開關(guān)狀態(tài) 糾正偶然出現(xiàn)的錯誤開關(guān)信息 以保證數(shù)據(jù)庫中電網(wǎng)結(jié)線方式的正確性 5 應用狀態(tài)估計算法能夠以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)預測未來的趨勢和可能出現(xiàn)的狀 態(tài) 這些預測的數(shù)據(jù)豐富了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容 為安全分析與運行計劃等程序提供必要 的計算條件 6 如果把某些可疑或未知的參數(shù)作為狀態(tài)量處理時 亦可以用狀態(tài)估計的 方法估計出這些參數(shù)的值 狀態(tài)估計的這種方法稱為參數(shù)估計 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計程序是遠動裝置與數(shù)據(jù)庫之間的重要一環(huán) 它從遠動裝置接 受的是低精度 不完整 偶爾還有不良數(shù)據(jù)的生數(shù)據(jù) 而由它輸出到數(shù)據(jù)庫的是已 經(jīng)提高了精度并且完整而可靠的數(shù)據(jù) 2 2 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計與常規(guī)潮流的關(guān)系 電力系統(tǒng)的狀態(tài)量一般取為各節(jié)點的復電壓 它可以用極坐標表示為電壓的幅 值與相角 也可以用直角坐標表示為電壓的實部和虛部 電力系統(tǒng)的量測量一般是 節(jié)點注入或支路的有功功率 無功功率和節(jié)點電壓幅值 在常規(guī)潮流中 如果把各 艘節(jié)點給定的注入復功率和各p 礦節(jié)點給定的注入有功功率和電壓幅值看作量測 量 則其量測數(shù)恰好等于狀態(tài)量數(shù) 而在狀態(tài)估計中量測量的種類不僅包括各節(jié)點 的注入復功率 還可以包括支路復功率及節(jié)點電壓幅值 因此在狀態(tài)估計中量測數(shù) 1 0 l 華北電力大學碩士學位論文 狀態(tài)量x 狀態(tài)量數(shù)玎 量測量z 的類型 量測量z 的數(shù)目m 量測誤差1 量測量權(quán)重耳1 迭代矩陣 計算殘差 目標函數(shù) 功 口 1 2 n 1 k 只 g 2 廳 0 1 日一1 0 yr 2 0 j o 矽 1 2 一l k 霉 q 弓 島 櫛 0 1 群 日r r 一1 日 一1h r r 一1 r 0 e 匹 r 8 2 m n 狀態(tài)估計的實質(zhì)是在量測類型和數(shù)量上擴大了的廣義潮流 而常規(guī)潮流可理解 為特定條件下的狀態(tài)估計 也可以說是狹義的潮流 狀態(tài)估計擴展了常規(guī)潮流算法 主要體現(xiàn)在 1 量測類型的擴展 狀態(tài)估計的量測量除了常規(guī)潮流中已有的節(jié)點電壓和 注入功率之外 增加了支路功率量的測量 2 增加了量測數(shù)目 狀態(tài)估計中量測量個數(shù)m 大于狀態(tài)量數(shù)n 即方程式 的個數(shù)比未知量的個數(shù)多k 而狀態(tài)估計正是利用了這些多余的量測量資源所形成 的對各個狀態(tài)量的重復測量 從而獲得了提高數(shù)據(jù)精度和辨識不良數(shù)據(jù)的良好性 能 3 加權(quán)以提高數(shù)據(jù)的精度 在潮流計算中對各個量測量給以相同的權(quán)重 即r 一 i 而在狀態(tài)估計中對各量測量按其精度加權(quán) 即精度高的量測量有較大的 權(quán)重 使估計值靠近精度高的量測值 也就是讓精度高的量測值在狀態(tài)估計中起較 大的作用 提高了估計的精度 因此使用相同精度的量測值 不能不說是對精度高 的量測資源的一種浪費 綜上所述 狀態(tài)估計算法本質(zhì)是在量測類型和數(shù)量上擴展的一種廣義潮流 而 常規(guī)潮流算法則是限定量測類型為節(jié)點注入功率或電壓幅值條件下的狹義潮流 即 是狀態(tài)估計算法中所 n 的特例 華北電力大學碩士學位論文 2 3 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的數(shù)學描述 電力系統(tǒng)實時潮流的狀態(tài)估計程序的輸入和輸出數(shù)據(jù)如圖2 1 圖2 i 狀態(tài)估計器的輸入和輸出模型 從圖2 1 可以看出 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計需要量測系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡兩方面的數(shù)據(jù) 和信息 2 4 1 2 3 1 量測系統(tǒng)的數(shù)學描述 量測系統(tǒng)的數(shù)學描述包括量測值和量測設備兩個方面 1 5 1 1 量測值 包括對支路有功功率和無功功率 節(jié)點注入有功功率和無功功率 及節(jié)點電壓值的量測 是m 維矢量 量測值的來源有兩個方面 絕大多數(shù)是通過遙 測得到的實時數(shù)據(jù) 也有 d 部分是人工設置的數(shù)據(jù) 這些非遙測數(shù)據(jù)被稱為偽量 測數(shù)據(jù) 它們可能是預報值或者通過電話詢問得到的數(shù)值 每個量測值都是有誤差的 可以描述為 z z o 吃 2 1 式中 z n 是假設的量測值的真值 v 是量測誤差 假設是均值為0 方差為萬2 的正態(tài)分布隨機矢量 有時量測值中還包含不良數(shù)據(jù) 可描述為 z z o v 6 2 2 式中 b 是不良數(shù)據(jù) 它是附加到e 上異常大的誤差 2 量測設備的描述 包括量測設備的種類 裝設地點 可用情況和儀表精 度信息 儀表精度用量測誤差方陣r 表示 研k r 它是m m 維對角陣 各元 素是 足 砰 在狀態(tài)估計中取量測誤差方陣的逆矩陣r 1 為量測量的加權(quán)陣 1 2 k 氏 華北電力大學碩士學位論文 2 3 2 電力網(wǎng)絡的數(shù)學描述 電力網(wǎng)絡在狀態(tài)估計中的數(shù)學描述包括網(wǎng)絡參數(shù)和網(wǎng)絡結(jié)線兩個方面 1 網(wǎng)絡結(jié)線狀態(tài)j 表示網(wǎng)絡中支路的連接關(guān)系 主要取決于開關(guān)狀態(tài) 通過遙信或電話通知得到運行中開關(guān)狀態(tài)的變化 由結(jié)線分析程序得到網(wǎng)絡結(jié)線狀 態(tài) 即網(wǎng)絡模型 在一般狀態(tài)估計模型中假設網(wǎng)絡結(jié)線狀態(tài)s 是準確的 但遙信傳送的開關(guān)狀態(tài) 出現(xiàn)錯誤時 將引起網(wǎng)絡結(jié)線模型錯誤 這時要用包含錯誤的網(wǎng)絡結(jié)線模型 s 孝 e 2 3 式中 f 是真實的網(wǎng)絡結(jié)線狀態(tài) c 是網(wǎng)絡結(jié)線錯誤 2 網(wǎng)絡參數(shù)尸 包括線路參數(shù)和變壓器參數(shù) 線路參數(shù)用電阻 電抗和對 地導納表示 變壓器參數(shù)用電抗和變比表示 這些參數(shù)是由實際測試或設計計算中 得到的 一般在運行中是不會發(fā)生變化的 但網(wǎng)絡中的某些參數(shù) 如負荷調(diào)壓變壓 器的變比和補償電容器的電容值在運行中是變化的 在一般狀態(tài)估計模型中假設網(wǎng)絡參數(shù)是無誤差的 但由某些原因得不到準確的 網(wǎng)絡參數(shù)時 也可以進行參數(shù)估計 這時要利用帶誤差的參數(shù)模型 p p 1 p 2 4 式中 p 是參數(shù)真值 1 是參數(shù)誤差 2 3 3 電力網(wǎng)絡狀態(tài)估計的量測方程 由圖 3 1 可以看出電力系統(tǒng)狀態(tài)估計器的輸出主要是電力系統(tǒng)狀態(tài) 也包括正 確的網(wǎng)絡參數(shù)p 和結(jié)線狀態(tài)占 電力網(wǎng)絡狀態(tài)常用x 表示 它是電網(wǎng)上各節(jié)點的復 數(shù)電壓 是 維矢量 由于一個系統(tǒng)中參考節(jié)點電壓相角是已知的 一般規(guī)定為o o 所以對包括 個節(jié)點的網(wǎng)絡來說 狀態(tài)矢量的維數(shù)是 n 2 n l 利用基爾霍夫定 律可以將量測量用狀態(tài)量z 網(wǎng)絡參數(shù)尸和結(jié)線狀態(tài)j 表示出來 由前面對量測系 統(tǒng)及電力網(wǎng)絡的描述式 2 2 2 4 可以寫出電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的量測方程 z h x p j v 1 p c b 2 5 式中z 是基于基爾霍夫定律建立的量測函數(shù)方程 其數(shù)目與量測數(shù)一致 也是 m 式 2 5 是最完整的量測模型 實際上針對不同的使用目的僅取其中的一部分 正常量測采用的狀態(tài)估計的量測模型是 z j l 工 l p 饑 2 6 p 毒 1 3 華北電力大學碩士學位論文 此時假設1 o b 0 c 0 包括不良數(shù)據(jù)辨識的量測模型是 z j i l x 產(chǎn) 匕 6 p 此時假設匕z o e o 2 4 不良數(shù)據(jù)的檢測與辨識 2 7 不良數(shù)據(jù)的檢測與辨識是電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的重要功能之一 其目的在于排除 量測采樣數(shù)據(jù)中偶然出現(xiàn)的少數(shù)不良數(shù)據(jù) 以提高狀態(tài)估計的可靠性 在不良數(shù)據(jù) 的檢測與辨識中有幾個常用的術(shù)語 1 不良數(shù)據(jù)檢測 通過檢測某次量測采樣中是否存在不良數(shù)據(jù)的程序功能 稱為不良數(shù)據(jù)檢測 或稱不良數(shù)據(jù)存在性檢驗 2 不良數(shù)據(jù)辨識 通過檢測確定量測采樣中存在不良數(shù)據(jù)后 確定不良數(shù) 據(jù)具體測點位置的程序功能稱為辨識 3 不良數(shù)據(jù)估計 不僅能確定不良數(shù)據(jù)所在測點的位置 而且能給出不良 數(shù)據(jù)估計值的程序功能 稱為不良數(shù)據(jù)估計 4 狀態(tài)估計修正 根據(jù)不良數(shù)據(jù)估計值 對原來受不良數(shù)據(jù)影響的狀態(tài)估 計進行修正 從而排除了不良數(shù)據(jù)的影響 獲得了可靠的狀態(tài)估計的程序功能稱為 狀態(tài)估計修正 2 4 1 殘差方程 設按最小二乘估計算法獲得狀態(tài)估計量后 則量測估計值三為 三 j j l 句 2 8 式中 2 為m 維量測估計矢量 將 2 8 式在狀態(tài)真值x 附近線性化 三 矗 功 日 工一句 x 厶反 于是 量測估計誤差三可以表示為 三 力一三 一厶瞳 式中 h x 為聊維量測真值矢量 舅為n 維狀態(tài)估計誤差矢量 矩陣 相應 量測估計誤差方差陣為 e z 2 r h y c y c r h r 日 日r 尺q h q 日r 我們定義 1 4 2 9 h 為朋 刀階雅可比 2 1 0 華北電力大學碩士學位論文 壘z 一三 2 1 1 為聊維殘差矢量 它等于量測矢量與量測估計矢量之差 將量測方程 2 1 式和 2 9 式代a 2 11 式 可得 z 三 j i l 功 1 一j l 力一月舅 1 一g h r r 一1 日 一1 h r r 一1 一h 日r r 1 日 1 日r r 1 l v w v 2 1 2 以及 w j 一日 日r r 叫日 1 日r r 1 2 1 3 式中 礦為m m 階殘差靈敏度矩陣 j 為單位矩陣 式 2 1 2 就是殘差方程 它建立了殘差與量測誤差之間的關(guān)系 殘差 的協(xié)方差矩陣為 e r r r r h h r r q 日 叫h r w r 2 1 4 在線性量測方程的條件下 矽陣為常數(shù)陣 在電力系統(tǒng)中 雖然量測方程是非 線性的 但是負荷在正常運行情況下的變動所引起的節(jié)點電壓幅值與相角的變化并 不大 實際上 在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不變時 雅可比矩陣日接近于常數(shù)陣 因此 形矩陣也 幾乎為常數(shù)陣 這意味著 2 1 2 式中殘差 與量測誤差1 呈線性關(guān)系 而檢測與辨識 不良數(shù)據(jù) 實際上就是要找出矢量y 中某些數(shù)值大大超過正常范圍的分量 殘差方程有兩種形式 1 加權(quán)形式 定義加權(quán)殘差0 為 o 4 r 一 2 1 5 或 或 定義加權(quán)量測誤差v w 為 苦 扛l 2 川 2 1 6 v 廚v 2 1 7 2 毒 扣l 2 朋 2 1 8 于是 殘差方程 2 1 2 可以改寫為 1 5 華北電力大學碩士學位論文 0 覡v w 2 1 9 式 2 1 9 稱為加權(quán)殘差方程 形式上與殘差方程 2 1 2 類似 上式中的睨稱為加權(quán) 殘差靈敏度矩陣 可表示為 o o o 一 一 一 一 鞏 毒 尺 1 礦 足 一 r 1 h h r r 日 一日r r 1 2 2 0 在加權(quán)形式下 加權(quán)殘差協(xié)方差矩陣為 玩 既 2 2 1 2 標準化形式 記對角陣d 為 d d i a g y d i a g w r 2 2 2 注意到諸對角元素比 j l 2 歷為相應殘差分量的方差 于是可給出標 準化殘差 或正則化殘差 的定義如下 r s d 叫 2 2 3 或 妒赤 u 旬 2 朋 2 2 4 式中 聲為矩陣 的第f 個對角元素 定義標準化殘差靈敏度矩陣 哦 歷動 則由 2 1 2 式可得標準化形式的殘差方程如下 2 4 2 基于量測量突變檢測 r n 1 2 2 5 2 2 6 2 4 2 1 殘差淹沒現(xiàn)象 所謂殘差淹沒現(xiàn)象是多個不良數(shù)據(jù)相互作用的結(jié)果 導致在部分或全部不良數(shù) 據(jù)上的殘差接近于正常殘差的現(xiàn)象 就是說殘差淹沒會使不良數(shù)據(jù)點不能呈現(xiàn)任何 的殘差特征 殘差淹沒也并非有多個不良數(shù)據(jù)時必然呈現(xiàn)的現(xiàn)象 它的出現(xiàn)與否與 不良數(shù)據(jù)測點間的相關(guān)系數(shù)以及不良數(shù)據(jù)取值的大小與符號有關(guān) 殘差淹沒一般發(fā) 生在強相關(guān)的同類型測點間 例如同為有功測點或無功測點之間 可以認為 不同 類型的測點間 或者雖為同類測點 但在系統(tǒng)內(nèi)的電氣距離較大或弱相關(guān)時 事實 上不會發(fā)生殘差淹沒 2 9 實際上全部不良數(shù)據(jù)測點的殘差都淹沒的情形是比較少的 多數(shù)情況是部分不 1 6 華北電力大學碩士學位論文 良數(shù)據(jù)的殘差被淹沒 但是 不管屬于那種情況 都使可以數(shù)據(jù)的檢測不成功 這 勢必要研究新的可疑數(shù)據(jù)的檢測方法 2 4 2 2 量測量突變檢測的基本原理 為了有效克服殘差淹沒所造成的檢測障礙 利用前一采樣時刻的量測信息是一 個途徑 先做兩個基本假定 a 在相鄰的兩采樣間隔內(nèi) 電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)沒有變化 b 前一采樣時刻的量測數(shù)據(jù)是可靠數(shù)據(jù) 或者說 它沒有不良數(shù)據(jù) 或雖有不 良數(shù)據(jù) 但已在前一時刻被檢測 辨識并且得到修正的 所謂突變檢測 就是利用前一采樣時刻的量測量與本采樣時刻的量測量作為對 應比較 如果某量測量有意外的突變 即被判為可疑數(shù)據(jù)而予以檢測出 某一量測量是否突變 由氣時刻 本次采樣時刻 的實際量測值與基于t k 一 時刻的 量測所作的一步量測預測值之差是否超過某一門檻值而確定 即當 i 缸ji 1 乙 f z 七i k l f 乞o l 2 m 2 2 7 時 認為該量測量有了突變而將其檢測出來 式中 磊 為氣時刻的第f 個實際量測值 氣l k 嘶為基于氣一 時刻的第f 個量測對f 時刻所作的一步預測值 g 為檢測門檻值 z 為第f 個量測增量 量測的一步預測值可按下述方法確定 假設電力系統(tǒng)的準穩(wěn)態(tài)模型和量測模型為 吒 矗一l 糾 2 2 8 氣 h x d v i 2 2 9 式中 詐 氣一 分別為t k 氣時刻的n 維狀態(tài)矢量 氣 l 分別為氣時刻的m 維量測矢量和m 非線性量測矢量函數(shù) h 為兩采樣間隔間的系統(tǒng)的 z 維非隨機干擾矢量 a h f p 矽f 其中 u o p u f f r 為n 維系統(tǒng)狀態(tài)變化速率矢量 當采樣間隔足夠 短時 可認為 f 饑 為m 維量測誤差矢量攻的隨機序列 假定為0 均值的正態(tài)白噪聲序列 1 7 華北電力大學碩士學位論文 假定氣時刻的量測為正常量測并記作磊 將 2 2 8 式代入 2 2 9 i i 戈 并將 2 2 9 式按泰勒公式展開 取線性項 則有 磊瑚 妖 叱七幽 x k a k q 也t 硼 硝 殺釓 屹 矗一i 日 矗一i 七 l 屹 七 2 3 0 注意到量測方程 z 七一i j l t i 屹扣i 2 3 1 并將它代入到 2 3 0 式 可得 磊鋁乙一i 日 一i t d 屹 i 一匕 k i 2 3 2 按假設 上式中的氣一 為可靠量測 定義上述應有的正常量測磊為氣一 的量測一步預測值氣b 即 一皇磊 2 33 1 i 一一 i z 一 于是有 z k i k i z k l 日 五一i i l y z i 一屹 i i 2 3 4 上式中 日 一 已用 毫一 代替 因為狀態(tài)真值五一 不可得 日 毫一 即是氣一 時刻 的m n 階雅可比矩陣 將 2 3 4 式改寫成分量形式 有 毛 k l 乙一l 毫一1 i l 屹 船一 一u o 1 2 m 2 3 5 故a z k k 川的標準化正態(tài)變量為 瞄州 業(yè) 產(chǎn) o l l 2 川 2 3 6 對于 時刻的實際量測量乙 o 1 2 朋 其實際的量測增量的標準化變量 屹為 屹 型學 2 3 7 2 4 2 3 量測量突變檢測方法的一般特點 1 這個檢測方法是基于卡爾曼濾波的基本概念 根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的 轉(zhuǎn)移不能突變的原理 因而可靠性較高 2 它有效的克服了殘差污染和殘差淹沒現(xiàn)象 不僅使得多不良數(shù)據(jù)的檢測 成為可能 而且 可以使被檢測的可疑數(shù)據(jù)數(shù)目減少到最低限度 因而對不良數(shù)據(jù) 的辨識非常有力 華北電力大學碩士學位論文 3 很好的解決了多不良數(shù)據(jù)情況下可能出現(xiàn)的 異 可辨識性 等問題 與下面介紹的不良數(shù)據(jù)估計辨識法一起 構(gòu)成一個較完善的不良數(shù)據(jù)辨識系統(tǒng) 4 程序簡單 5 應用本檢測方法 要以兩個相鄰間隔問電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不變?yōu)橄葲Q條 件 這是本方法的不足之點 因為系統(tǒng)操作與不良數(shù)據(jù)發(fā)生的雙重機會畢竟是少見 的 2 4 3 零殘差辨識 零殘差辨識法的原理 1 可疑數(shù)據(jù)的檢測方法應用了基于量測量突變檢測原理的實用檢測系統(tǒng) 突變檢測原理可以有效避免因殘差淹沒引起的檢測困難 準確檢測所有可疑數(shù)據(jù) 并使可疑數(shù)據(jù)的個數(shù)減少到