狀態(tài)估計和相角測量單元

關于狀態(tài)估計和相角測量單元第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日狀態(tài)估計和PMU和SCADA數(shù)據相比WAMS測量增加了測量類型---相角測量測量數(shù)據精度高---測量裝置的等級高，同步誤差小速度快第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日tsts-2ts-1tp-4tp-3tp-2tp-1tp—SCADA量測—PMU量測利用PMU量測的狀態(tài)估計SCADA與WAMS的聯(lián)合第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日相角測量單元(PMU)和

廣域測量系統(tǒng)（WAMS)MeasurementsSCADAPMUWAMSWideAreaMeasurementSystem關鍵問題：如何有效地利用同步相量測量數(shù)據為系統(tǒng)安全可靠運行服務PMU開發(fā)：90年代初，隨GPS接收器的普及第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日量測周期短(ms)：10ms,20ms

量測點少：幾個站至十幾個站數(shù)據量大：1/10ms100/s6,000/min360,000/h8,640,000/d海量數(shù)據，需要數(shù)據挖掘，不然調度人員不能觀察第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日PMU相角測量單元正弦交流電路，電壓和電流可以表述為對于上面簡單的系統(tǒng)，有就是

知道兩個節(jié)點的電壓相角，支路電流就能準確計算出來。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日相角，是時間正弦波零時刻的角度。計算支路電流，必須知道支路兩端節(jié)點電壓的幅值和相角。兩個節(jié)點電壓的相角，是面向相同“零時刻”（同一個系統(tǒng)時鐘）的角度。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日如果不同步,時間不同步引起的誤差為如果時間誤差為1ms，則

1毫秒誤差=18度。測量相角，對時間要求高對時系統(tǒng)時鐘第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日PMU：相角測量單元第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日WAMS：WideAreaMeasurementSystem

WAMSofElectricalGRID=PMUBasedWAMS觀察電網的時間密度，從秒數(shù)量級推進到毫秒數(shù)量級！第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日PMU測量及應用發(fā)電廠和重要變電站安裝PMU單元,對母線電壓和線路電流進行三相交流采樣采用相量算法計算正負零序相量、頻率和功率，對于發(fā)電廠還得到機組的內電勢相量由GPS接收器提供的高精度時鐘信號將測量結果打上時標遵循共同的接口協(xié)議將帶時標的相量數(shù)據打包,高速通信網絡傳送到數(shù)據中心數(shù)據中心對各子站的相量進行同步處理和存儲計算系統(tǒng)慣性中心角度和各機組、母線的相對相角應用程序，對相量數(shù)據實時評估,動態(tài)監(jiān)視電網安全穩(wěn)定性進行離線分析為系統(tǒng)的優(yōu)化運行提供依據與控制結合，提高電網的安全穩(wěn)定水平和傳輸能力第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日由PMU子站、調度中心站（主站）和國家電力數(shù)據通信網組成。PMU子站包括GPS、測量、監(jiān)控和通信四個主要功能模塊。GPS模塊接收GPS授時信號，為測量和監(jiān)控模塊提供高精度時間信息測量模塊采集和處理模擬量和開關量，生成帶時標的同步相量數(shù)據；監(jiān)控模塊對PMU子站各功能模塊進行監(jiān)視和管理；就地計算機提供交互式人機界面，便于運行和調試時修改有關配置參數(shù)PMU子站經通信模塊接入數(shù)據網，與主站進行通信。WAMS的構成第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日主站設在省調度中心，包括通信前置機、服務器和應用工作站（1）數(shù)據中心由負責WAMS系統(tǒng)中心站與各子站以及其他數(shù)字系統(tǒng)數(shù)據通信的通信模塊，

以時間為斷面保存數(shù)秒內（時間長度可定制）的實時相量數(shù)據庫，對數(shù)據中心的數(shù)據和程序進行綜合管理配置以及人機交互的數(shù)據中心管理模塊，用以存放非實時數(shù)據和各種配置信息，并對其進行管理的歷史數(shù)據庫及其管理模塊，提供WAMS信息的Web方式發(fā)布和管理的Web服務器構成。WAMS主站應用系統(tǒng)構成第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）調度工作站調度工作站設置在省調度室，主要完成WAMS的實時監(jiān)測和分析功能，供調度員及時掌握時空坐標下的電網動態(tài)運行特性，主要包括系統(tǒng)圖形界面、綜合相量監(jiān)視、機組安全穩(wěn)定運行區(qū)域、進相深度和失穩(wěn)預測、在線擾動識別等功能在PMU布點數(shù)目比較多的情況下，可實現(xiàn)利用各子站實時數(shù)據進行故障的定區(qū)，識別系統(tǒng)短路故障、機組振蕩與失步、同調機組的識別、電壓失穩(wěn)等。提供“動畫獲取和回放”工具，可抓取顯示界面任意區(qū)域的動態(tài)圖像，并保存成.AVI文件格式，備將來回放和編輯。第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日

（3）分析工作站分析工作站設置在運行方式處，主要完成WAMS的離線和事后分析工作，為系統(tǒng)運行方式的制定和校核提供依據。主要功能包括擾動重演與分析子站數(shù)據回放利用頻域分析工具分析系統(tǒng)的振蕩模式仿真曲線校核自動讀取BPA仿真計算結果,與實測曲線進行比較以及諧波分析負荷特性與機組參數(shù)的辨識等功能第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日主要實現(xiàn)發(fā)電機進相控制、根據實時相角變化軌跡，實現(xiàn)諸如切機、切負荷、快關汽門、解列、再同步等一系列緊急安全控制、為發(fā)電機的勵磁控制、調速控制、SVC電壓控制提供同步相量信息實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。第二十八屆中國電網調度運行會收錄論文全集-6--6-（4）穩(wěn)控服務器第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日暫穩(wěn)控制電壓穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)控制-狀態(tài)估計保護-第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日知道了當前毫秒級數(shù)據可知系統(tǒng)狀態(tài),不需要01啟動地計算有利于系統(tǒng)動態(tài)（如搖擺情況）分析計算過程可更多地依賴測量,對于數(shù)學模型要求不同,可以大幅度簡化計算的復雜性可以進行電壓電流計算,對狀態(tài)估計影響計算更依賴測量,適應于測量第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日在傳統(tǒng)狀態(tài)估計中

引入高精度電壓測量引入高精度電流測量采用全部WAMS測量值的線性算法在依據WAMS的線性算法中

引入SCADA功率轉換成電流的數(shù)據線性和非線性估計混合進行第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.1.引入高精度電壓測量1.1把PMU測量值作為狀態(tài)量的真值減少了被估計的狀態(tài)量的個數(shù)可用于穩(wěn)定控制對壞數(shù)據的檢測識別要求在20~30ms,以保證穩(wěn)定控制裝置能在100ms內確定第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.2增加PMU節(jié)點電壓相量測量方程其雅可比矩陣的相應元素為1，使主對角元素增大，當權重較大時可提高估計精度，而低精度的相角測量對狀態(tài)估計影響很小在原算法出現(xiàn)病態(tài)時，可減小迭代次數(shù)第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.3引入PMU電壓測量做初始值有PMU測量的節(jié)點以PMU測量值為初值，其它節(jié)點仍采用平值啟動（flatstart）第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.2.引入高精度電流測量電壓和電流是線性的，但是是復數(shù)代數(shù)方程，采用極坐標表示，實部虛部分開線性關系不復存在和電壓相結合，變換成功率測量，再進行狀態(tài)估計第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.3.采用全部WAMS測量值的線性算法電壓由直角坐標表示e+jf由PMU測量得到的電壓相量，節(jié)點電流注入相量和支路電流相量的測量，算出點壓、電流的虛部和實部的測量值，測量方程為z=Hx+vH系數(shù)矩陣第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日線性方程直接求解，不再需要迭代

計算速度非?？?，但必須系統(tǒng)可觀測，還要有一定的冗余度，要求有足夠多的PMU,目前還難于達到

要求第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.4.在依據WAMS的線性算法中

引入SCADA功率轉換成電流的數(shù)據

對于沒有WAMS量測的支路，引入偽量測的概念，通過量測變換的方法把SCADA系統(tǒng)中的支路功率量測轉換成等效支路電流相量量測，具體做法如第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.5.SCADA與WAMS量測構成混和量測的狀態(tài)估計每隔1分鐘，傳統(tǒng)非線性的最小二乘狀態(tài)估計，其中計及PMU的相角測量，如1.和2.每隔5秒鐘采用來自PMU的數(shù)據進行線性的狀態(tài)估計如4.PMU測量不足，需要依靠前一時刻的SCADA估計結果，進行節(jié)點負荷預報，轉換成電流相量的形式，偽量測，共同進行線性狀態(tài)估計第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日配置測量系統(tǒng)的可觀測性可直接測量型母線：該種母線配置有PMU，其母線電壓和交匯于此母線的電流可以直接測量，記為M型母線?？捎嬎阈湍妇€：沒有配置PMU但狀態(tài)可觀的母線，即該母線可以直接或間接利用PMU的電流量測量計算得出該母線的電壓，記為C-1型母線和C-2型母線，C-2型母線僅由一零注入的C-1型母線相連不可觀測型母線：除M、C型兩類母線外，其它均為不可觀測型母線，記為U型母線。第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.7.不良數(shù)據的檢測與辨識兩套系統(tǒng)的測量數(shù)據同時同地出錯的概率較小，可以互為備用，相互校對當SCADA出錯時，對其可疑數(shù)據取相應的WAMS中的電壓數(shù)據，或計算出相應的功率數(shù)據，替代SCADA數(shù)據當WAMS檢出可以數(shù)據時，又與其采樣速度遠高于SCADA數(shù)據，只有在平穩(wěn)的電網運行狀態(tài)下,才可以相互校對第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日9.7.7.基于PMU的動態(tài)狀態(tài)估計動態(tài)狀態(tài)估計能合理利用當前量測，有能有效跟蹤系統(tǒng)動態(tài)，多采用KALMAN濾波算法WAMS系統(tǒng)數(shù)據同步性好，數(shù)據采集、傳輸快，可實時監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)二者的結合能更好的發(fā)揮優(yōu)勢PMU相結合的動態(tài)狀態(tài)估計也是線性的，計算速度提高新息圖和PMU的結合，可形成交流新息圖建模，更好的進行壞數(shù)據和拓撲變化的識別第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第十章調度員模擬培訓擬調度員培訓模擬器提供與實際系統(tǒng)完全相同的運行環(huán)境，用來培訓調度員完成電力系統(tǒng)正常和故障下的操作任務。設計目標認識和理解電力系統(tǒng)運行規(guī)律；取得各種狀態(tài)：安全、不安全、緊急和恢復條件下的決策與控制經驗；增強在現(xiàn)有信息和控制條件下作出調度決策的能力。設計原則對電力系統(tǒng)動態(tài)行為仿真模擬；精確模擬調度員用的人機會話（MMI）培訓全部EMS功能，不多不少精確模擬EMS計算機的性能。第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日電力系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和調度員培訓模擬器的關系電力系統(tǒng)模型教員系統(tǒng)網絡分析發(fā)電控制發(fā)電控制軟件平臺數(shù)據收集數(shù)據收集網絡分析硬件平臺電力系統(tǒng)教員學員調度員調度員培訓模擬調度室電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)模型調度室模型第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日電力系統(tǒng)模型潮流計算進行電力系統(tǒng)模擬，電力系統(tǒng)模型中用到的潮流屬于動態(tài)潮流也就是說，常規(guī)潮流的平衡條件得不到滿足時，系統(tǒng)中存在凈加速功率或凈減速功率，動態(tài)潮流將凈加速功率分配給各機組，而不是由平衡機承擔第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日

當系統(tǒng)負荷變化時，產生不平衡功率，而系統(tǒng)的凈加速功率可由系統(tǒng)的總注入功率減去總的負荷與網損得到，表示為:系統(tǒng)的凈加速功率第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

在系統(tǒng)中出現(xiàn)功率差額時,系統(tǒng)的實際情況是系統(tǒng)的頻率發(fā)生了變化，其關系應滿足:系統(tǒng)的功率-頻率特性第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日為系統(tǒng)頻率變化和凈加速功率的關系為全系統(tǒng)有功功率的失配量第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日動態(tài)潮流問題要滿足下面三個方程第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日其中第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日計算加速功率并分配到各發(fā)電機計算電壓頻率對負荷影響第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日調度員電力系統(tǒng)SACDAEMS事故教訓CADTS……第四十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日智能調度：人工智能用于電力系統(tǒng)的研究1.專家系統(tǒng)法2.模糊集理論3.人工神經網絡4.遺傳算法第四十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日電網調