北京交通大学：《电力系统自动化》课程教学课件（讲稿）第5讲 电力系统自动化调度（状态估计）

北京交通大学课程内容BEIJING JIAOTONGUNIVERSITY·第五章能量管理系统·第一节EMS的主要功能·第二节网络分析（NA)·第三节可观测性分析·第四节状态估计(SE)2

课程内容 •第五章 能量管理系统 • 第一节 EMS的主要功能 • 第二节 网络分析（NA） • 第三节 可观测性分析 • 第四节 状态估计（SE） 2

北京交通大学25.1EMS的主要功能BEIJING JIAOTONGUNIVERSITY·EMS高级应用软件的基本构成开停机计划发电计划短期负荷有功实时优化控制预测水火电计划SCAD网络模型在线故障计算与重建短路容量扫描拓扑分析与状态估计A电力系统运行静态安全预警与有功优化预防控制最优潮电压安全预警与在线潮流潮流结果预防控制无功电压闭环控制流暂态稳定安全预无警与预防控制功优化历史数据继电保护配合规划电网安全预警模型在线安全预警与预防控制超短期预测数据负荷预测3

5.1 EMS的主要功能 • EMS高级应用软件的基本构成 3 潮流结果 SCADA 短期负荷 预测 开停机 计 划 水火 电计划 拓扑分析与状态估计 在线潮流 网 络模型 重建 历 史数据 规 划电网 模型 静态安 全预警 与 预 防控制 电压 安全预警与 预防控制 在线故 障计算与 短路容 量扫描 暂态稳 定安全 预 警与 预防控制 继 电保护配合 安全预警 在线安全预警 与预防控制 最优潮流 无功优化有功优化 无功电压闭环控制有功实时优化控制 发电计划 电力系统运行 超短期 负荷预测 预测数据

北京交通大学5.1EMS的主要功能BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY·安全分析与安全控制电力系统运行最重要的目标：安全电力系统安全控制的主要任务：①包括各种设备运行状态的连续监视②对能够导致事故发生的参数越限等异常情况及时报警并进行相应的调节控制③发生事故时进行快速检测和有效隔离，以及事故时的紧急状态控制和事故后恢复控制等。分几个层次：1、安全监视：对电力系统的实时运行参数（频率、电压和功率潮流等）以及断路器、隔离开关等的状态进行监视。当出现参数越限和开关变位时即进行报警，由运行人员进行适当的调整和操作。安全监视是SCADA系统的主要功能4

5.1 EMS的主要功能 • 安全分析与安全控制 4 对电力系统的实时运行参数（频率、电压和功率潮流等）以及断路器、隔离 开关等的状态进行监视。当出现参数越限和开关变位时即进行报警，由运行 人员进行适当的调整和操作。安全监视是SCADA系统的主要功能。 电力系统运行最重要的目标：安全 ③发生事故时进行快速检测和有效隔离，以及事故时的紧急状态控制和事故 后恢复控制等。 分几个层次： 1、安全监视： 电力系统安全控制的主要任务： ①包括各种设备运行状态的连续监视 ②对能够导致事故发生的参数越限等异常情况及时报警并进行相应的调节控制

北京交通大学5.1 EMS的主要功能BEIJINGJIAOTONGUNIVERSITY·安全分析与安全控制2、安全分析：在安全监视的基础上对对电力系统安全状态做出安全评价。对各种可能发生的假想事故进行快速的计算分析，在可能发生的事故中会出现不安全的状态，则由运行人员根据显示出的分析结果进行必要的调整控制，以改善运行水平。静态安全分析：只考虑假想事故后稳定运行状态的安全性，不考虑当前的运行状态向事故后稳态运行状态的动态转移。动态安全分析：对事故动态过程的分析，着眼于系统在假想事故中有无失去稳定的危险。3、安全控制：保证安全运行的调节，校正，控制4、故障恢复5

5.1 EMS的主要功能 • 安全分析与安全控制 5 2、安全分析： 在安全监视的基础上对对电力系统安全状态做出安全评价。对各种可能发生的 假想事故进行快速的计算分析，在可能发生的事故中会出现不安全的状态，则 由运行人员根据显示出的分析结果进行必要的调整控制，以改善运行水平。 静态安全分析： 动态安全分析： 3、安全控制：保证安全运行的调节，校正，控制 对事故动态过程的分析，着眼于系统在假想事故中有无失去稳定的危险。 只考虑假想事故后稳定运行状态的安全性，不考虑当前的运行状态向事故 后稳态运行状态的动态转移。 4、故障恢复

北京交通大学5.1EMS的主要功能BEIJING JIAOTONGUNIVERSITY·电网实时网络模型的建立SCADADB量测系网络统分析通信维护遥信遥测实时状在线拓扑可观SE结潮流结母线网络态估计分析测性潮流果果模型结构分析网络建模6

5.1 EMS的主要功能 • 电网实时网络模型的建立 6 拓扑 分析 可观 测性 分析 SCADA DB 网络 通信 遥信 网络 结构 母线 模型 SE结 果 实时状 态估计 遥测 在线 潮流 潮流结 果 网络建模 量测系 统分析 维护

北京交通大学5.1EMS的主要功能BEIJING JIAOTONGUNIVERSITY·什么是状态估计·电网的状态·状态三母线电压幅值和角度·如已知母线电压幅值和角度，可以计算出所有线路主变上的有功、无功潮流，进而可以计算出母线的注入(发电、负荷)，得到整个电网的运行情况·为什么要计算电压，而不能直接采用量测状态？·一般情况下没有相角量测值·量测误差：采集装置误差、数据传输误差、数值换算误差、·需要获得一致的潮流

5.1 EMS的主要功能 • 什么是状态估计 • 电网的状态 • 状态＝母线电压幅值和角度 • 如已知母线电压幅值和角度，可以计算出所有线路、 主变 上的有功、无功潮流，进而可以计算出母线的 注入(发电、 负荷)，得到整个电网的运行情况。 • 为什么要计算电压，而不能直接采用量测状态？ • 一般情况下没有相角量测值 • 量测误差：采集装置误差、数据传输误差、数值换算 误 差、. • 需要获得一致的潮流 7

北京交通大学5.1EMS的主要功能BEIJINGJIAOTONGUNIVERSITY·什么是状态估计量测误差的例子量测值并列运行的母线，电压量测不等临洋州临临方台临临岩2356233623992352235121.89103.6482.42105.0·方法83.31108.266.4811.501853.0011.390.11·人工估计一凭经验，如取平均值。人工不能综合考虑所有相关量测，如同厂站的其他电压等级母线的电压量测，234.1对端厂站母线的电压量测等。231.34N（无法考虑电网潮流方程）·状态估计：估计值根据电网模型，结合电网设备的运行和州临临方临洋台临临岩停运实况，基于SCADA系统采集的余233623512399235643915.7581.02110.4981.020.00的实时量测，经排除其中的不良数据10.518.10-17.156.640.0017.150.08233.07对母线电压的模和相角进行最优估算，由L-214此计算流经线路或变压器的有功和无功潮流值，对电力系统的稳态现状形成完333.07整的了解。-214233.074-2.1439.304.954.10.9012.03

5.1 EMS的主要功能 • 什么是状态估计 • 量测误差的例子 • 并列运行的母线，电压量测不等 • 方法• 人工估计－ 凭经验，如取平均值 • 人工不能综合考虑所有相关量测， 如同 厂站的其他电压等级母线的电 压量测、 对端厂站母线的电压量测等。 (无法考虑电网潮流方程) • 状态估计： • 根据电网模型，结合电网设备的运行和 停运实况，基于SCADA系统采集的冗余 的实时量测，经排除其中的不良数据 ， 对母线电压的模和相角进行最优估算 , 由 此计算流经线路或变压器的有功和无功 潮流值，对电力系统的稳态现状形成完 整的了解。 8 量 测 值 估 计 值

北京交通大学5.1EMS的主要功能BEIJING JIAOTONGUNIVERSITY·状态估计的流程电网实时拓扑分析量测数据的粗检测量测系统的可观测分析状态估计计算坏数据检测和辨识9

5.1 EMS的主要功能 • 状态估计的流程 9 电网实时拓扑分析 量测数据的粗检测 量测系统的可观测分析 状态估计计算 坏数据检测和辨识

北京交通大学课程内容BEIJINGJIAOTONGUNIVERSITY·第五章能量管理系统·第一节EMS的主要功能(NA)·第二节网络分析·第三节可观测性分析·第四节状态估计(SE)10

课程内容 •第五章 能量管理系统 • 第一节 EMS的主要功能 • 第二节 网络分析（NA） • 第三节 可观测性分析 • 第四节 状态估计（SE） 10

北京交通大学5.2网络分析BELINGJIAOTONGUNIVERSIT在网络拓扑分析之前需要进行网络建摸，以便于计()网络拓扑分析的基本功能算机机进行分析。根据开关的开合状态（通信信息）和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系即节点一一支路的连通关系，为其它应用作好准备一定义电网的网络结构网络建摸：电力网的物理特性用数学模型描述一发电机，变压器，导线，电容器，负荷，断路器使用、建立、修改网络数据库（存储）STASTBUNA1UNA2LDALDB给出拓扑结构：全系统，解列子系统1LNAB1图形显示LNAB2标设元件的带电状态：网络跟踪着色LNACLNBC实心合闸(P162)物理模型4空心断开XFC3计算模型11UNCLDCXTC

5.2 网络分析 （一）网络拓扑分析的基本功能 根据开关的开合状态（通信信息）和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系， 即节点——支路的连通关系，为其它应用作好准备。 电力网的物理特性用数学模型描述——定义电网的网络结构 发电机，变压器，导线，电容器，负荷，断路器. 在网络拓扑分析之前需要 进行网络建摸，以便于计 算机机进行分析。 使用、建立、修改网络数据库（存储） 网络建摸： 图形显示 给出拓扑结构：全系统，解列子系统 标设元件的带电状态：网络跟踪着色 物理模型（P162） 计算模型 UNA1 UNA2 LDA STA STB LDB LNAB1 LNAB2 LNAC LDC LNBC XFC XTC UNC 1 2 3 实心合闸 4 空心断开 11