（电力系统及其自动化专业论文）配网状态估计的应用与实现.pdf

ab s t r a c t a t p r e s e n t i t i s v e ry n e c e s s a ry a n d u n a v o i d a b l e t o d e v e l o p d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m ( d m s ) , w h i l e d i s t r i b u t i o n s t a t e e s t i m a t i o n ( d s e ) c a n p r o v i d e t h e re a l - t i m e s t a t e o f d i s t r i b u t i o n s y s t e m ( d s ) , t h u s it i s c a l l e d t h e d a t a s o u r c e o f n e t w o r k a n a l y s i s s o ft w a r e a n d b e c o m e s t h e b as i s o f o t h e r a p p l i c a t i o n s o ft w a r e i n d m s . b a s e d o n t h e s u r v e y o f p re s e n t a p p l i c a t i o n a n d s t u d y o n t h e d s e , t h is t h e s i s f o c u s o n t h e m a i n as p e c t s o f d s e i n o r d e r t o p r o m o t e t h e a p p l i c a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f d s e , t h e m a in c o n t e n t i s l i s t e d as f o l l o w s : 1 . t h e d i ff e r e n c e b e t w e e n t r a n s m i s s i o n s y s t e m a n d d is t r i b u t i o n s y s t e m is a n a l y z e d ; t h e s p e c i a l n a t u re o f d s i s e m p h as i z e d , w h i c h d e c i d e s t h e n e c e s s it y o f t h e s t u d y o n d s e . 2 . t h e b as i c e le m e n t s m a k i n g u p o f d s a r e p re s e n t e d , w h i c h i n c l u d e t h e s e r i e s a n d s h u n t e le m e n t s s u c h as d is t r i b u t i o n f e e d e r s , t r a n s f o r m e r s , s h u n t c a p a c i t o r s , c o - g e n e r a t o r s a n d l o a d s . t h e c h a r a c t e r o f e a c h o n e i s a n a l y z e d a n d t h r e e - p h as e m o d e l s a b o u t t h e m a r e b u i l t . i t p o i n t s o u t t h a t t h r e e - p h as e m o d e l m u s t b e u s e d in d s e b e c a u s e o f t h r e e - p h ase u n b a l a n c e d p a r a m e t e r . 3 . b as e d o n t h e p r e s e n t e d a n d n e w l o a d d a t a m o d e l , l o a d m a n a g e m e n t s y s t e m a n d c u s t o m e r b i l l i n g d a t a - b as e d r e a l - t i m e l o a d e s t i m a t i o n m e t h o d i s p r o p o s e d t o d e a l w it h t h e p r o b l e m o f d e fi c i e n c y i n r e a l - t i m e m e as u r e m e n t s , w h i c h c a n p ro v i d e p s u e d o- m e as u r e m e n t s w it h a c c e p t e d a c c u r a c y f o r d s e . t h e n e t w o r k c o n n e c t i o n a n d d a t a fl o w r o u t i n e f o r t h e r e a l i z a t i o n o f r e a l - t i m e l o a d e s t i m a t i o n i s p re s e n t e d a c c o r d i n g t o t h e c u r r e n t a u t o m a t i o n s y s t e m n e t w o r k i n t h e u t i l i t i e s . t h e n e t w o r k r e d u c t i o n m e t h o d i s d i s c u s s e d w h i c h c a n i m p r o v e t h e c o m p u t a t io n a l e ff i c i e n c y o f d s e a n d t h e e s ti m a t i o n a c c u r a c y o f r e a l - t i m e l o a d e s t i m a t io n . 4 . a ft e r r e v i e w i n g t h e s t u d y o n t h e d s e , f u l l y c o n s i d e r i n g t h e r a d i a l n a t u re o f d i s t r i b u t i o n s y s t e m , t h i s t h e s i s p r o p o s e s a b r a n c h - e s t i m a t i o n - b as e d s t a t e e s t i m a t i o n a l g o r i t h m w it h n o d e p o w e r e s ti m a ti o n f o r d s , i n w h i c h s i n g l e - b r a n c h wl s s t a t e e s t i m a t i o n i s i m p l e m e n t e d f o r e a c h b r a n c h i n b a c k w a r d s w e e p p r o c e s s a n d t h e n o d a l v o lt a g e s a r e c a lc u l a t e d i n f o r w a r d s w e e p p ro c e s s . e s p e c i a l l y , i n b a c k w a r d p r o c e s s , s i n g l e - b r a n c h e s t i m a t i o n i s c o n d i t i o n a l l y p r e c e d e d妙 t h e p r o p o s e d e n d - n o d e p o w e r e s ti m a ti o n . h o w t o c h o o s e t h e w e i g h t o f e a c h m e as u re m e n t is a l s o d i s c u s s e d . t h e p r o p o s e d a l g o r it h m c a n b e e x t e n d e d t o t h e w e a k l y m e s h e d d s妙s p e c i a l m e t h o d a n d i s s t r a i g h t f o r w a r d t o e x t e n d t o t h r e e - p h as e n e t w o r k . o t h e r s t a t e v a r i a n c e s s u c h as b r a n c h c u r r e n t o r p o w e r - b as e d d s e m e t h o d s i n c o r p o r a t i n g t h e p ro p o s e d a l g o r i t h m a re d i s c u s s e d . 5 . t h e s o ft w a r e b as e d o n t h e p r o p o s e d d s e a l g o r i t h m i s p r o g r a m m e d a n d i m p l e m e n t e d t o t e s t i t s p e r f o r m a n c e . t e s t r e s u l t s o f a p r a c ti c a l s y s t e m a n d i e e e 1 2 , 3 6 n o d e s n e t w o r k s i n d i c a t e t h a t t h e p r o p o s e d m e t h o d i s s i m p l e , f e asi b l e , v a l i d , a n d e ff i c i e n t . 6 . t h e m e as u re m e n t p l a c e m e n t ( m p ) i n d s i s d i s c u s s e d a ft e r s u m m a r i z i n g t h e t h e o r i e s a n d m e t h o d s o f m p i n t r a n s m i s s i o n s y s t e m a n d t h e r u l e a n d o p t i m a l m e t h o d o f m p i n d s i s p ro p o s e d k e y w o r d : d i s t r i b u t i o n s y s t e m , s t a t e e s t i m a t i o n , l o a d e s t i m a ti o n , m e as u r e m e n t p l a c e m e n t , t h r e e - p h as e m o d e l 东南大学学位论文 独创性声明及使用授权的说明 一、学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。 尽我所知， 除了文中 特别加以 标注和致谢的 地方外， 论文中不包含 其他人已 经发表或撰写过的 研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名 : 拓 1k 期: 2 0 0 3 . 3 二、关于学位论文使用授权的说明 东南大学、 中国科学技术信息研究所、 国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档， 可以采用影印、 缩印或其它复制手段保存论文。 本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的保密论文外， 允许论 文被查阅和借阅， 可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分论文。 论文的公布( 包 括刊登)授权东南大学研究生院办理。 伪1 、扮 签 “ :栖杯 导师签名日期: 2 0 0 3 . 3 东南大李 硕士李位伦文锗论 第一章 绪论 1 . 1 引言 配电 系统 m 一 也 称配电网 简称配网， 是指以 配电 为目 的， 包括各级配电电 压的线 路、 变电 所、 配电 站、 配电变压器组成的网络结构，它具有多层次性， 有时也包括控制系统和自 动化系统。配电系统在电力系统 中 直接面向电力用户， 是电 力生产和供应的 最后一个环节。 电力系统运行发展的终极目 的是通过配电网持 续地向 用户提供优质、经济的电能， 满足用户的 需要。 配电网在电 力系统处于相当重要的位置。随 着国民 经济的发展和人民生活水平提高， 用户对供电可靠性和电能质量的要求愈来愈高，同时由于市场经济的发 展对经济效益和管理水平要求的提高， 配网自 身较落后的自 动化水平和传统上对配网及负荷的监视、 控制 和管理的方式和手段己远不能满足要求，功能完备、系统集成的配电管理系统 d m s ( d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m ) 和先进的配电自 动化 d a ( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n ) 设备和技术以 及调动用户参与处理 “ 生 产 和 消费” 的 关 系问 题的 需 求 侧管 理d s m ( d e m a n d s id e m a n a g e m e n t) 的 实 施和 发 展摆 在配电 系 统 运行 和发展工作的突出 位置， 势在必行; 另一方面， 现代电 子、 通信和计算机等技术和装备及现代管理知识的 屹 速发展和成熟为 d ms . d a / d s m 提供了 可靠的技术支持， 使得它们的实现和发展成为必然，目 前正在 广泛地开展。 配电 系统在自 动化方面的发展比 输电 系统的自 动化晚得多， 特别在我国则是近几年才引 起重 视并予以发展的。 配电系统和输电系统有许多共性， 配电系统的自 动化发展可以 借用输电 系统的某些成熟 技术， 但由于二者也有许多不同的 特点， 配电 系统的自 动化发展必须根据自 身的 特点来开展， 这就给电力 工作者带来许多新问 题和提出新课题进行广泛的 探索， 配网 状态估计就是其中 之一。 虽然电力系统状态估 计的 研究已 进行了 好几十年，已 经有成熟完善的理论和算法， 并在实际系统中得到很好的应用， 但这主要 集中在输电系统中。 状态估计在配电系统中的应用则是近几年来随着配网运行和管理的自 动化程度提高进 行d m s 的研究和开发中提出， 并作为研究重点 之一， 它是d m s 的基础性软件， 是实时配电网 络分析的数 据之源， 在d m s 中占 据着十分重要的地位， 在当前d m s 的 发展中 对其研究具有重大的现实意义和经济意 义。 1 . 2 配电管理系统d ms的发展状况 1 .2 . 1 d ms 的概念和主要内 容 d m s 是为配电系统安全、 经济和优质运行服务的计算机监视、 控制和辅助管理系统。 它与d a . d s m 都与配电网的自 动化有关， 但是由 于配网自 身的 特点 如节点数量极大不可能 全部远动化， 对负荷的 控制不 能象e m s 的a g c那样直接与供方设备打交道， 需调动需 方参与管理等， 三者之间产生某些功能的互补和 交 叉。 可以 认 为， d m s 包括监 视 控 制 和数 据 采 集s c a d a ( s u p e r v i s o ry c o n t r o l a n d d a t a a c q u is it io n ) 、 负 荷管 理l m ( l o a d m a n a g e m e n 含d s m有关 部分) 、自 动绘图 与设 备管理和地理 信息系统a m / f m / g i s ( a u t o m a t e d m a p p i n g / f a c il it ie s m a n a g e m e n t/ g e o g r a p h ic i n f o r m a t i o n s y s t e m ) 以 及网 络分 析、 状态 估计、 负 荷 预 报、 电 压 管 理、 投诉电 话热 线 等 应用 软 件， 实 施 与 配网 控 制中 心d d c ( d is t r ib u ti o n c o n t r o l c e n t e r ) 有 关 的各种监视、 控制和管理。 凡是具有自 动控制功能的 变电 站综合自 动化和馈线自 动化都列入d a 。 除与l m 有关的负荷控制装置外， d s m 还包括调动需方积极性参与用电 管理的激励电 价、冷热储备、自 备电 源协 调等削峰填谷手段和技术措施 2 1 。 1 . 2 .2 国外d m s 的发展状况 d m s 功能的实现首先依赖于s c a d a系统对配电网的 监控和数据采集的完备程度， 而s c a d a的 这种 功能则与配电自 动化d a即变电站自 动化和馈线自 动化的实施程度密切相关。d a兼有远动化的能力，是 d m s 基础自 动化的 重要组成部分。因 此d m s 的 发 展和 完善是 与d a的发 展紧密相连的。 d a在国 外 提出 和发展得较早，日 本在 7 0年代就着手开发依靠配电设备及继电 保护进行配电网络自 动化运行的方法， 从 8 。年代到现在己 完成了 计算机系统与配电 设备配合的配电自 动化系统， 在主要城市的配电网络上投入运 行，可遥控大量开关。香港、 韩国、台 湾地区于9 0 年代也完成了 局部配电系统的馈线自 动化， 并建立了自 己的配网自 动化实验网 络。北美的配网自 动化也经历了较长时间的发展，1 9 8 4年美国电 科院 ( e p r i ) 公布 了 评价配电自 动化的 准则， 9 0 年代在配电网上进行了 大量试点， 许多电力公司在自 己的 重要馈线上装设了 自 动化设备建设了自 动化系统， 在保证可靠供电 和电能 质量、 降 低网 损方面取得了 一定的实效。目 前国外 的配网自 动化正在试点的 基础上大力发展。 在d a的大力发展基础上， d m s 也在随之发展。d m s 是帮助 配电网调度员的 计算机应用， 这些应用可分为三方面: 维护检修的 调度，电网降低网 损方案的 制定以 及电 第 1页 东南大音硕士李位论文 诗论 话 系统。 9 0 年代以 来， 在北美许多电 力s c a d a / e m s 厂家推出自己的d m s ，虽然各厂家的d m s 定义的 内 容各 不相同， 但各厂家各自 声称的 d ms 系统实际上都是这三方面应用中的某些功能，其主要功能是: 维护检修方面的 a m / f m / g i s 、掉电 管理 o m s ( o u t a g e m a n a g e m e n t s y s t e m ) 、工作单/ 操作票管理系统 w o m ( w o r k o r d e r ) ;改善用户关系和事故反应能力的电 话热线系统( t r o u b l e c a l l ) ; 配电网应用软件。 配网 的应用软件主要有:三相网络拓扑分析、三相状态估计、三相网络潮流、无功/ 电压控制、短路电流计算、 负荷预测和配电网特有的配电网网络组态。其应用情况是无功/ 电压的在线控制已比较普遍，甚至作为 d ms的 一个手段， 在用电高峰时降压以降低负荷;三相网 络拓扑、三相状态估计和在线三相网络潮流由 于采集量的不足， 还没有在线运行; 短路电 流计算作为继电保护和运行人员的工具早已 广泛使用:负荷预 测 各 计 划 部 门 也 都 在 使 用 3 4 1 1 .2 .3 国内d ms 的发展状况 我国长期以 来，电 力部门重发电、 轻用电比 较严重， 将主要精力放在发展大电网、 大机组上， 对配电 网用电 质量及可靠性重视不够，忽视配电网的重要性和特殊性，使配电网的技术发展受到严重的影响， 造 成配电网结构薄弱、 供电可靠性差、设备落后、自 动化水平低、不安全因素较多、管理不善的局面。随着 国民 经济和人们生活水平的提高， 这种局面远远不能满足需要。 “ 九五”期间，国家重点投资建设和改造 配电网。 经过改造，配网结构得到增强、配电设备的性能有了一定的改善， 供电可靠性和电能质量有一定 的 提高，目 前 现有配网结构方面 将在一定时期内固定下来， 新的规划发展还在进行， 但配电设备的性能 和 配置仍然在很大程度上不能满足当前对配网自 动化的要求， 对配电设备的改造和配置还在继续进行。 在配网改造的过程中，配网自 动化的实现成为重点之一， 各地都争先恐后地开展配网自 动化项目， 在 供电 部门 掀起一股热潮， 进行广泛的探索和实践。目 前配网自 动化是当前我国 城市电网的重要课题， 还处 在初级阶段在局部配网上进行试点。 在我国， 不同 地区发展水平、负 荷情况和特点不一， 配网的电 压等级 范围也不同。 常称3 5 k v及以上的配网为高压配网， 高压配网中 涉及到的自 动化主要是变电 站综合自 动化。 传统的 变电 站监控系统是由 许多安装在控制室内的单项自 动化装置所组成， 存在保护定值整点及故障录波 和测距数据的收集需现场人工进行、 功能重复、 施工安装调试工作量大、 占 地多 投资大、 维护量大等问 题。 随 着 计 算 机 和 通 信 技 术 地发 展， 特别 是 数 字 信号 处 理d s p ( d ig it a l s ig n a l s y s te m ) 技 术的 推 广 应用， 出 现 了 将保护、自 动重合闸、 故障录波、 故障测距等各种自 动装置以及测量和控制等集成在一起的 综合自 动化 系统， 大大提高了 变电 站及配网的自 动化程度.目 前国内 很多公司正在开发变电 站综合自 动化系统并不断 改造已 有变电 站和投入新建变电 站。i 0 k v及以 下的配网 称为中 低压配网， 其配网自 动化主要是馈线自 动 化， 馈线自 动化在技术上完全可行， 主要是可遥控开关价格较高， 国产设备难以满足要求， 许多需要进口， 此外中 低压配网 量大面广， 终端装置和通信通道的建设都需要极大的 投资，目 前只能局部开展， 在重要馈 线上率先进行自 动化工作。 在此基础上建立的d m s 的主要功能是: s c a d a系统对变电 站和实现馈线自 动 化的馈线的“ 四 遥” ， 进行网络拓扑搜索与着色， 数据显示、电 压棒图 显示， 馈线和大用户负荷曲线显示、 报警和事件记录功能:故障定位、隔离和恢复; a m / f m / g i s离线管理即数据资料管理、查询、统计等功 能、图 形资料的生成、 管理和显示等功能;由 于量测系统极不完善， 实时量测很少，实时的高级应用软件 不能 投入实际使用， 只预留配电高级应用软件的 接口 。目 前d m s 还在迅速的发展过程中， 随 着资金的大 量投入， d a的逐步实施和功能的增强， 量测系统配置和通信通道的逐步完善，配网的高级应用软件的 应 用便逐步具备条件， d m s的功能会逐步发挥， 从而提高供电 可靠性和供电 质量，降低网损， 提高经济效 益 2 15 1 1 .3 配网 状态估计的作用、发展现状和研究意义 1 .3 . 1配网状态估计的 作用 配电网的运行成本和经济效益直接体现在配网损耗的降低和配电设施的合理布置和充分利用上， 这必 须通过网络重构、 无功优化、 经济调度和负荷管理与控制等措施来实现， 而这些措施的实现必须建立在对 所管理的配电 系统的整个运行状态准确掌握的 基础上及必需的 调节设备如电容器、 有载调压变压器等的合 理布置上。在实际中实 施这些措施的是d m s的高级应用软件，包括三相网络拓扑分析、 三相状态估计、 二相网络潮流、 无功1 电压控制、 短路电流计算、 负荷预测和配电网 特有的配电网最优馈线组态等。 这些应 用软件是利用s c a d a采集的数据获取配网状态信息进行分析制定优化控制策略以降低网 损、进行设各的 合理布置和系统规划。没有这些高级软件的应用， 难以 准确完整地掌握系统的状态， 难以 制定对系统的最 优的控制策略， 也就难以 降低网 损， 装设的自 动化设备也得不到很好的利用， 从而投入的资金也难以收回、 经济效益就难以提高。因此只有高级应用软件投入使用，d ms, 才能真正发挥应有的作用。 第 2页 东南大李硕士誉位论次谙份 在各应用软件中， 配网 状态估计是对远动数据进行修正， 减小配电 终端采集的误差和通道传输时的误 码， 剔除错误的数据， 补齐由于各种原因 采集不到的数据， 为下一步进行潮流计算、 故障分析、 静态安全 分析、 可靠性分析、 无功优化等提供一个相容的熟数据集。因 此它是基础性软件，是其它分析软件的数据 之源， 一定 程度上决定其它软件分析结果的 精确性和提供的策略的有效程度， 在d m s 中 处于重要的位置。 它的 主要功能包括:量测系统分析与量测配置优化;实时网 络接线分析: 状态估计: 不良 数据的检测和辨 识: 维护母线模型; 量测误差的在线估计; 馈线参数、变压器抽头估计: 量测系统模拟12 1 1 .3 .2 配网状态估计发展现状和研究意义 从国内外的情况来看， 配网状态估计目 前还未进入实用化阶段， 状态估计的实用化还存在以下方面的 问题值得研究。 状态估计是在系统可观测的情况下， 利用量测冗余度来减小测量误差， 提供更精确更完整的系统状态。 因 此配网结构和量测配置是实现状态估计的重要条件。 若系统不可观测， 则不可观测的 节点应从状态估计 的范围中 剔除， 或增加伪量测量来使它可观测。目 前配电网只在配电 变电站和少量实 现d a的馈电 线上有 终端量测装置， 对一个地区的整个配网 来说。 量测装置配置严重不足， 通信通道极不完善， 对大量的 馈电 线及其分支不可观测。 这是配网 状态估计难以实现的最大原因。 这就需要增加投资， 装设量测装置和建设 通信通道， 但配网 量大面广、节点众多， 考虑到经济性和实际需要， 不可能 象输电网 那样配置齐全， 因此 必然引入伪量测，怎样有效引入伪量测是值得探讨的问题。 与输电网相比，配电网具有以下几个不同 特点: ( 1 ) 、 从电 压等级看， 配网的电 压较低， 主要是3 5 k v以 下的中 低压配网，以l o k v为主， 其传输功率 一般不大，传输距离一般不远。 ( 2 ) 、 从网络结构看，配电网正常运行时多呈 辐射状的拓扑结构，且分支较多，即一个相对独立的网 络通常只有唯一的电 源点，线路功率具有单向流动性。 但在处理故障或平衡三相负荷功率时会出 现短时的 “ 弱环” 、 “ 双( 多) 电 源” 等情况。由于上述的故障处理和平衡负荷，需要经常性地操作负荷开关， 造成了 配电网络拓扑结构的频繁变化. ( 3 ) 、 从线路参数看，配网中线路的r / x 比范围 变化大，且有大量大r / x 线路存在， 使得在输电网中 以小r / x 比为前提的计算分析方法在配网中不适用:另外， 我国配电线路一般三相不换位， 使得线路三相 电 抗值也不相等， 从而造成了配电系统三相参数不对称。 ( 4 ) 、 从负 荷情况看， 大量单相用户的 存在三相负荷难以 平衡使得三相负荷不对称， 甚至在部分配网 有单相和两相线路存在，这种特点决定对配网 进行分析需采用三相模型。 ( 5 ) 、 从负 荷分布来看，集中负荷和大量沿线分布式负荷并存， 对分布式负荷需采用适当的 措施进行 等效呈集中负荷进行分析。 ( 6 ) 、 从实时量测类型看，除了在输电网中涉及的电 压、功率量测，还有一些电 流幅值的量测却无方 向 信息: 从实时量测配置的数量和分布来看， 通常是在变电 站出 线和重要的实施了 馈电自 动化的线路上有 实时量测，其它大量的馈线及分支与负荷无监测装置。 这些特点决定了输电网 状态估计的算法不能直接应用于配网上. 必须结合配网的实际特点， 开发适应 大r / x 比、辐射性特点的三相配网状态估计算法。 配电系统自 动化还在逐步实施过程中， 大量的量测装置还需逐步装设，由于配网的 特殊特点如何经济 有效地装设量测装置以满足系统观测和状态估计的需要有待探索。 由于配网状态估计在d m s的重要作用及其存在的大量问题和需要解决的问题， 对其研究推动其应用 和实现，有利于当 前广泛开展的d m s 的发展和完善， 有利于推动整个配电网的自 动化发展从而达到提高 供电 可靠性和供电 质量，降低网损提高经济效益的目 的，因而具有重大的 现实意义和经济意义。 1 .4 本文思路和主要工作 1 . 4 . 1论文主要思路 本文将紧密结合实际配电系统的现状和特点， 借鉴输电网配网 状态估计的理论和成功经验， 参考和利 用目 前配网 状态估计的 研究成果， 将围 绕以 下几方面主要针对1 0 k v配电网的状态估计的应用与实现进行 认真的 探索、改进，以 助于d m s 的发展: ( 1 ) 、 对于量测量来说，由于实时量测量严重不足，单用实时量测量，系统是不可观测，无论现在还是将 第 3页 玄南大李硕士学位伦失 绪恰 来相当长时间内，因为要对规模庞大的配电网络每个节点装设量测量几乎是不可能的，因此必须引入 伪量测， 而实际配电系统中，负控监控系统能定时 提供负荷的有关数据，并且对未监控的 用户的用电 量都有定时 ( 通常是按月)记录， 这些数据对引入负荷伪量测提供了条件， 本文将探讨在实际中如何 将负荷预测和负荷分配模型引入作伪量测，并进一步提高精度使伪量测尽可能与实际值相接近，解决 系统的不可观测的问题。 ( 2 ) 、 在状态估计算法方面， 由 于辐射网络的 规模大， 将整个网络的 状态估计分解到每一( 或几) 条支路的计 算方法将是一种有利求解的思路， 本文将以 此思路并结合量测量变换的优点对状态估计算法进行改进， 使状态估计的性能更好、 效率更高。另外针对配电网 络参数误差问 题， 将对配电网的参数估计进行探 讨。 ( 3 ) , 配电自 动化还在发展的过程中， 还要进行大量的量测系统的配置， 量测配置要遍布量大面广的 配网 的所有节点其投资是非常巨大在实际中是不可行的， 伪量测的引入是难避免的，实测量越多估计精度 越高，但相应投资也越大，如何进行有效量测系统的配置使得状态量的估计精度和经济性达到一个好 的结合点，也是本文探讨的内容。 开展本论文的工作将结合实际配电网 和配网自 动化系统的现状进行分析和探讨， 对于算法将编制 程序对选定的网络进行模拟计算分析其性能。 1 . 4 .2论文的主要工作 ( 1 ) 、分析配电系统自 动化的发展状况及配网 状态估计的 研究和应用现状及研究意义; ( 2 ) ,配网 元件模型分析; ( 3 ) 、配网 节点负荷的实时估计数据模型分析及实现: ( 4 ) 、基于支路带节点功率估计的配网 状态估计算法研究; ( 5 ) 、配网中量测系统的优化配置探讨。 第 4 页 东南大嵘硕士李位论文纪网元件模型 第二章 配网元件模型 配网元件模型是对配网物理特性的数学描述， 是对配网应用计算机进行分析的基础， 建立和维护好配 网模型是进行高级软件分析的前提。 配电网的元件按照与网络连接和功能 特性， 可分为串 联元件 ( 又称双端元件) 、并联元件 ( 又称单端 元件) 和逻辑元件。串 联元件包括线路和变压器， 它们按照变电 站和电 压等级串联在配电电 路中; 并联元 件包括并联电 容补偿器、负荷和热电联产发电 机组， 它们是根据不同的电压等级并接在配电网中; 逻辑元 件主要包括断路器、分段器、重合器、负荷开关、 熔断器和刀闸 等。串联元件和并联元件的阻抗、电压特 性直接影响系统的潮流分布， 而逻辑元件虽然能 够改变网 络的 潮流分布，由 于基本不反映阻 抗、电 压等特 性， 主要反映在网络接线变化等控制功能上，因此在建立数学模型时不考虑逻辑元件，而主要考虑串联元 件与并联 元件，即 线路、 变压器、电 容器、 热电 联产发电 机组 和负 荷12 1 由 于 配电 系 统中电 力 机 车、 电 弧 炉 等 大 量 三 相 不 对称负 荷 和 大 量单 相 用 户的 存 在， 且 混 合 着两 相 或单 相运行的情况， 使得三相负荷不平衡问 题比 较突出。另一方面， 配网 馈电 线三相通常不换位， 且有一些单 相甚至两相线路存在， 这样出 现了 线路三相参数不对称情况。 因而对配网 进行分析计算时必须考虑配网 元 件的三相模型和参数，从而分析计算配网的三相电流、电压等物理量。 2 . 1 导线模型 配网中导线包括架空线和电缆， 用于状态估计的线路模型采用如图2 . 1 所示的传统二 形模型表示，即 包含了 线路纵向电 阻、 电 感效应等效成的串 联阻 抗和线 路横向电 容效应等效 成的 并 联阻抗 ( 或 称并联电 容) 。 由于配电网 线路的大r i x比值性特点 ( 可在1 -6 之间) ， 所以不能忽略线路的电阻。 实际中可以 忽略电 压 较低、 线 路不长的 架空 线路的并联电 容1 2 1 图2 . 1 三相导线: 形模型图 串联阻抗是三相线路电阻效 应和电 感藕合效应产生的， 据欧姆定律和电 磁祸合效应可推导三相串 联阻 抗矩阵如 式( 2 - 1 ) ，图2 .2 对应三相导 线的串 连阻 抗等值部分。 ( 2 - 1 ) 1.ee|1 亡亡亡 口b亡 222 与与zce au如ca 222 .l - k z 第 5页 东南大李硕士李位语文忆网元件长型 由三相串联阻抗矩阵可得三相串联导纳矩阵为 、乡、卫产、了 2，j山斗 22， 门lesesesweeseseseewees一 acbc巴 yyy yao瓶yca 即加ca yyy rlweesleseseseseswel - 万. k z 一- 玖 并有: 叽认uc 一一- yaa翔yce 与yaayca 尸leseseseseseslweesl 一- ，.1welesesesj 几几ic 以a 相为 例，由 ( 2 - 3 ) 式可得; l a = y - ( u a 一 u a ) + y o b ( u 。 一 u b ) 十 y - ( u , 一 u) = y - ( u a 一 u o ) 十 y a x u ， 一 u b ) 一 ( u a 一 u b ) 十 y au a 一 u) 一 ( u a 一 u c ) l 一 y - ( u a 一 u . ) + y . ( u a 一 l l b ) 一 y a b ( u a 一 l i b ) + y - ( u ， 一 u l ) 一 y - ( a 口守i. 一 -二 、 口 / y k y, = - ，刀 2 j 尸 、 ， _ y k w , ， ， 、 二 ， ， ， i i -,t r 二。 ，*。 品，*翩 *。 ”一 v -3 a /3 g 7 “ ”. a “ 一 .3 c l - ias n gl.t t :f9 沮 m - a m . y i a r叽 y a s -yy , -y2 yb9 几了 乙 丫 -一 图2 .7 y d d - 1 1 型 变压器漏磁导纳等值网络图 在s 侧三相并上对地励磁导纳支路就构成完整的变压器三相导纳等值图， 从而可得变压器的三相节点 导纳矩阵。 当 把变压器一次 侧视为负荷节点而直接利用实时负荷进行状态估计时， 变压器的模型是不起作用的， 只有当把变压器作为支路时，进行状态估计才使用其模型。 2 .3 并联电 容器模型 配网中装设了 大量的并联电容器对配网进行无功补偿. 这是非常必要的，因为配网中的很多负荷 ( 如感 应电 动机) 、 线路电 感电 抗、 变压器励磁支路等要消 耗大量无功功率， 而当从输电网获取的无功功率和线路电 容发出的无功功率不足以 满足配网中无功消耗时，造成系统无功不足， 会使得功率因数和线路电压下降，线 路损耗增大。配电网并联补偿电 容器分高压、低压两类， 低压补偿电容器常是三相的，内部常 接成三角形， 高压补偿电容器常是单相的。 i o k v 一次 馈线上的并联电容器可根据电容器的额定电 压接成三角形或星形， 即用三台 额定电 压为1 0 . 5 k v 单 相电 容器接成三角形或星形接地， 或用三台 额定电 压为6 . 3 k v单相电容器接成星形连接。 在配电 变压器二次侧4 0 0 v线路上， 一 般采用并联电 容器以 集中、分散或个别的方式进行就地补偿。集中 补偿是将电容器组装在用户专用变电站或配电室的低压母线上;分散补偿是将电容器组按车间配电室无功需 求量，分组装设在相应的母线上或直接与车间低压干线相连接，形成内部的多组分散补偿方式;个别补偿也 叫单机补偿，是将电 容器组直接装设在用电 设备 ( 主要是电 动机)旁边， 就地补偿无功。 三角形连接的并联补偿电容器， 其导纳矩阵为: y . b + y - 一 y 比 一y v 一 y 山 y x + y 一y 比 一y u 一y x y n +y ( 2 - 9 ) 一ee ck y 星形连接的并联补偿电容器， 其导纳矩阵为: ( 2 - 1 0 ) .，leseseses.j 比 y 肠 y 尸|几l -一 cbc ya 镇1 0 百页 东南大嵘硕士李位伦友忆网元件撰型 综上所述，并联电容器的复合导纳等值图为 又 b c 图2 . 8并联电容器复合导纳等值图 在状态估计中，对并联电容器通常根据算法需要利用其导纳参数将其转化为无功功率或电 流使用。 2 . 4 热电 联产发电 机模型 配电网中有一些自备发电机组，如:热电联产发电机、柴油机和小水电机组等。特别是热电联产发电机， 周而复始地回收利用前一次发电循环的余热进行下一循环的发电，而且容量小发电灵活，有效地节省了燃料， 缓解了局部的用电不足，从而降低了能源的损耗，提高了能源的利用效率。鉴于热电联产发电机的这种良 好 的节能和经济效益，它在未来的配电网应用中必将备受青睐。此外，热电联产发电机可以根据需要分布在一 次 馈线或用户侧 ( 配变二次侧) ， 它的出 力大小将影响其所在的 母线附近支路潮流的 大小， 从而会影响到继电 保护开关、熔断器等逻辑元件的设置与整定。 热电 联产发电 机分为同步发电 机和感应 异步) 发电 机两种。作为同步发电 机往往通过控制调压器来维 持功率因数的 恒定， 其波动不会超过士1 %，因此同步发电 机可近似看作恒定的复功率发电设备， 类似负荷节 点进行处理。 作为感应发电 机， 无功功率将随机端电 压变化而变化，无功损耗将不恒定， 但在稳态时母线电 压接近额定电 压，也看成恒定的复功率发电设备。因而，在配网状态估计中，把热电联产发电机所在的母线 作p , q功率恒定的负荷节点来处理。 2 .5 负荷模型 配电网络的节点负荷往往不是单一的 用电设备， 通常是由 成千上万个类型性质不尽相同的 用电设备所 组成，具有时 变性、随机性、分布性、复杂性、不连续性及多样性等特点，这使得反映负荷群对外部系统 所呈现的总体特性即建立总体的负荷数学模型有相当的难度。常采用 “ 统计综合法”和 “ 总体测辨法” 进 行负荷建模p o 负 荷模型有多种， 从模型是否反映负荷的动态特性看， 可分为静态和动态模型: 从模型的导出 方式看， 可分为 机理式和输入输 出式: 从模型是否线性化可分为线性和非线性模型;从模型是否与频率相关来看， 可分为电 压相关模型和频率相关模型。 对模型的 选择取决于模型的 应用目 的及对精度的 要求、 模型处理的 简单性和参数获取的方便性。 恒定阻 抗 恒定电 流、 恒定功率 ) 模型处理方便、 计算节省时间及内 存空间， 常 被采用，以 下式 表示: p , u 0 q 0 u q ( 2 - 9 ) 式中p . , q 。表示电 压为lp .u . 时的 有功和无功负 荷 u为电 压幅值 k p 和k q 为有功和无功负荷电 压特性指数: 第 1 1页 东南大李硕士李位论义犯网几件撰型 k p = kq二 0 ， 表示 恒定功率负 荷 冲= kq= 1 ， 表示恒定电流负荷 kp= kq二 2 ， 表示恒定阻抗负荷 ( 2 一 1 0 ) 配电系统的节点负荷可视为恒定功率、 恒定电流和恒定阻抗 3 种基本类型的线性组合。 它既可接成接 地星型或不接地三角型的三相平衡或不平衡负荷， 也可是单相或两相接地负荷。 通常根据负荷的 连接方式给定额定方式下相对地或相间 元件吸收的功率， 按照负 荷类型和节点电 压可 将这些给定的负荷功率有名值转换成相应的恒定模型参数:恒定功率、 恒定电流或恒定阻抗。 在实际应用时， 根据负荷的连接方式， 采用相对地电 压还是线对线电 压， 然后根据实际需要， 考虑配 电 系统的三相不平衡情况，由 负荷节点的电 压和负荷恒定模型的 参