[发明专利]电力系统动态过程状态估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用电力系统同步相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)量测进行状态估计的方法，具体为一种基于PMU量测的电力系统动态过程状态估计方法，对电网扰动的连续过程进行状态估计。

背景技术

电网大多数情况下，处于平稳状态，负荷变化是一个缓慢过程，EMS中的量测虽然不是同一个时刻下采集的，但由于实际电网变化较慢，采集时间产生的误差相对于表计误差较小，因此可以认为采集的是电网同一个时刻断面。静态状态估计针对一个完整电网状态进行计算，在电网正常运行方式下能够满足监视和控制的需要。

电网在扰动条件下，系统潮流发生了转移，系统处于变化过程中，这时量测的不同时性产生的误差不可忽视，而常规RTU数据有5-10秒的时差，不能反映完整一致的电网状态。例如：大机组跳闸对系统的影响可分为三个阶段：在初始瞬间，系统内其它机组按与跳闸机组电气距离远近来分配突然出现的功率缺额，距离越近承担的越多，距离越远承担的越少；随后由于这些机组输出的电功率突变，而输入机械功率不变，各机组在减速力矩的作用下出现摆动，按转动惯量的大小重新分配因机组跳闸所缺的功率，惯量较大的机组承担的比例较大；第三阶段是经过若干次功率摆动后，系统频率有所下降，网内参加一次调频的机组根据各自调速器特性最终分配功率缺额，该过程大约需要二十秒的时间。

传统的状态估计基于电网的遥测遥信，反映的是电网统一的静态断面。当出现开关变位后，通常需要等待一段时间，等遥测全部反映开关变位后的电网状态后才启动状态估计。但是这种方式有其固有的缺陷：一是等待时间不好确定，或者说难以确认是否已经等待足够的时间；二是大电网通常不断有开关变位信号，有虚假的信号和对电网状态没有影响的变位信号，有故障变位信号，设备正常操作变位信号等，这些信号影响状态估计软件的运行，使状态估计频繁处于一个等待状态。

电网故障状态下，会有大量遥信变位信号，调度员正确判断电网状态有一定困难，同时由于事故后电网运行方式发生了变化，电网潮流发生了转移，事故前的遥测量不能作为状态估计的依据，而等电网扰动消失后遥测全部更新需要一段时间，在这段时间里静态状态估计不能使用，根据变化中的厂站采集数据很难对电网运行方式作出正确判断，从而产生了电网状态监视的盲区。这段时间内调度员很难确定电网运行状态，特别是发生连续性故障时，调度员由于无法得到实时完整的运行方式，处理事故的难度很大。

基于GPS的同步相量测量单元(PMU)提供了带时标的遥测信息，这些信息为电网扰动过程状态估计提供了数据基础，同时带时标的数据为分析电网状态变化过程提供了数据基础，也是辨识电网故障和开关变位的重要数据源。但是目前安装的PMU装置比较少，只有重要厂站才会装设PMU装置，远远没有达到常规状态估计的可观测性要求。针对PMU装置的分布特点，电网动态过程估计需要研究新的状态估计方法，该方法不能依赖于常规的RTU量测，而只能使用发电厂和重要变电站的PMU装置提供的带时标数据。

发明内容

本发明要解决的问题是：当电网发生扰动后，在一段时间内常规RTU量测不能反映电网的完整运行状态，由于无法获得电网扰动过程中的完整状态而不能对扰动过程中的电网进行有效监视，而PMU量测虽可获得电压、功率、相角在扰动过程中的连续变化过程，但是目前PMU量测布点不多，不能直接满足电网状态估计可观测性的要求。

本发明的技术方案是：一种电力系统动态过程状态估计方法，以电网扰动前的静态状态估计结果为基础断面，引入负荷模型和发电机模型，对电网进行等效处理，在电网扰动过程中，使用同步相量测量单元PMU量测获得发电机数据，结合原电网各节点的有功和无功零注入伪量测方程，对电网各节点状态进行估计，在仅有发电厂PMU量测的条件下获得电网的动态过程状态。

本发明对电网进行等效处理时，每台发电机增加一个虚拟支路和虚拟发电机内节点，虚拟支路的电抗用发电机同步电抗x_q表示，虚拟发电机内节点电压等于发电机虚拟电势虚拟发电机内节点电压和发电机端电压的相位角就等于发电机的功角，发电机机端功率量测转化为发电机虚拟支路量测，发电机功角量测转化为虚拟发电机内节点的相角量测，按此扩展网络结构，电网扰动过程中可以按照常规状态估计列出相应的PMU量测方程。

在短暂的电网动态变化过程中，电网负荷水平不发生大的变化，负荷用恒阻抗模型表示，得到扰动条件下的电网等效模型，分析量测方程：