Anomaly-Resistant Decentralized State Estimation Under Minimum Error Entropy With Fiducial Points for Wide-Area Power Systems

This paper investigates the anomaly-resistant decentralized state estimation(SE) problem for a class of wide-area power systems which are divided into several non-overlapping areas connected through transmission lines. Two classes of measurements(i.e., local measurements and edge measurements) are obtained, respectively, from the individual area and the transmission lines. A decentralized state estimator, whose performance is resistant against measurement with anomalies, is designed based on the minimum error entropy with fiducial points(MEEF) criterion. Specifically, 1) An augmented model, which incorporates the local prediction and local measurement, is developed by resorting to the unscented transformation approach and the statistical linearization approach;2) Using the augmented model, an MEEF-based cost function is designed that reflects the local prediction errors of the state and the measurement;and 3) The local estimate is first obtained by minimizing the MEEF-based cost function through a fixed-point iteration and then updated by using the edge measuring information. Finally, simulation experiments with three scenarios are carried out on the IEEE 14-bus system to illustrate the validity of the proposed anomaly-resistant decentralized SE scheme.

山东电网基于WAMS的低频振荡统计与评估

提出一种基于广域测量系统(WAMS)的方法对日常扰动引起的小幅振荡进行在线识别和统计,从而可以在系统正常运行中,利用实测数据找到系统的固有振荡模式,对其中易激发的危险模式进行节点同调分群、振荡中心识别和贡献因子计算等模态分析并告警,从而补充或纠正了根据数学模型和特定工况进行振荡分析时,由于模型和参数不准确导致的遗漏和误差。以这一功能在山东电力调度中心应用的实例说明了该方法的有效性和推广应用的重要性。

基于WAMS／SCADA混合量测的电网参数辨识与估计

针对目前电网参数辨识与估计方法存在的数值稳定性变差、易发散及易受残差污染干扰等问题,提出了一种基于混合量测的电网参数辨识与估计方法。该方法首先利用广域测量系统(WAMS)的测量数据计算相对残差,初步判断是否存在参数错误,然后利用相量测量单元(PMU)能够测量电压和电流相量的特性,建立支路两端变量之间的直接联系,对存在参数错误的支路进行辨识,并在此基础上使用智能优化算法估计支路参数。在IEEE 39测试系统上的仿真实验表明,该方法只需安装约1/2总母线数的PMU即可对全网传输线路和变压器进行参数辨识与估计。

基于统一支撑平台的EMS与WAMS集成方案

提出了基于统一平台支撑的能量管理系统(EMS)和广域测量系统(WAMS)集成方案,并结合WAMS的特点,分析了WAMS和EMS一体化系统对支撑平台的要求。在统一平台支撑下,WAMS和EMS共用历史数据服务器、Web服务器和人机工作站,只保留EMS和WAMS各自的数据采集服务器和应用服务器。这一方案在减少硬件投资的同时,可以最大限度地减轻维护工作量、提高使用方便性,有利于WAMS应用功能的进一步扩展。该方案的有效性得到了实际工程应用的验证。

WAMS/SCADA混合测量状态估计数据兼容性分析

针对越来越多的研究利用由广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)和监控及数据采集系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)组成的混合测量来改善传统状态估计的情况,在分析WAMS/SCADA混合测量数据兼容性的基础上,提出一种可行的兼容方案解决混合测量的数据兼容问题。研究从WAMS和SCADA的数据差异入手,建立混合测量模型,分析得出2种数据的时间同步性和测量权值为影响混合测量数据兼容的主要因素,进而提出兼容方案,实现WAMS和SCADA数据的同步,并重新量化测量权值。在标准测试系统上的仿真验证了关于WAMS/SCADA混合测量状态估计数据兼容性分析的正确性和兼容方案的有效性。

基于WAMS的电力系统暂态紧急控制启动方案

提出了基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的暂态不稳定性预测与紧急控制系统的实现框架结构、控制主/子站的软件流程和基本功能,给出了WAMS用于构建全局协调的电力系统暂态紧急控制系统时应具备的基本条件。为克服以往分散式控制难以适应运行方式变化的缺陷,设计了基于轨迹几何特征判据的控制主站与控制子站互相协调的紧急控制措施启动方案。IEEE-145节点测试系统仿真结果初步验证了该方案能够有效地启动紧急控制,阻止系统失稳,其实现了快速性和可靠性的良好折衷。

基于WAMS的电网扰动识别方法

电网规模的不断扩大带来了潜在的安全问题。为保证电网安全可靠运行,运行人员需要及时掌握电网扰动情况,并采取适当的控制措施。近年来,基于全球定位系统(GPS)技术构建的广域测量系统(WAMS)能够实时地将全网同步测量信息传送至调度中心,使全网动态监测成为可能。文中提出了基于WAMS的电网扰动检测和识别方法,以便根据不同的扰动类型快速确定相应的控制措施,抑制其对系统的影响。首先,从理论上对电网中常见扰动(短路、切机和切负荷)的特征进行了分析;在此基础上,应用模式识别的思想,初步探讨了借助于电力系统中同步相量测量单元 (PMU)实时量测量所反映的特征进行扰动识别的方法与实现步骤;最后,通过华北电网扰动仿真进一步明确扰动的特征,验证了理论分析的正确性和利用所提出的方法区分电网扰动的有效性。

基于WAMS的电力系统受扰轨迹预测

基于相量测量单元(PMU)上传的实时功角数据,应用曲线拟合理论,提出了一种电力系统事故后功角轨迹快速预测的新方法。该方法从一个简单电力系统调速控制模型出发,推导出了功角与时间关系的数学模型,即功角随时间呈正弦衰减变化。由此提出了利用三角函数曲线拟合技术,对功角受扰轨迹进行预测。对IEEE 9节点系统与华北电网进行了仿真计算,结果验证了该方法的有效性。此外,与多项式曲线拟合法的对比分析表明,该方法优于传统的多项式曲线拟合法,具有更好的预测效果。

基于WAMS和EMS的电压稳定在线评估系统

介绍了基于WAMS和EMS的电压稳定在线评估系统的框架结构、功能模块和工程应用情况。利用EMS系统中全面的网络结构、参数及静态量测信息,求得基于网络模型的各负荷节点戴维南等效参数。以该等效参数作为初值,对各PMU采集负荷节点的轨迹信息进行戴维南等效参数跟踪辨识及阻抗模指标计算,并构建了便于量化评估暂态电压稳定可接受性的面积型指标,进而实现针对WAMS系统的静态或暂态电压稳定在线评估。该系统充分利用了WAMS系统的速度、精度、同步及EMS系统的信息全面优势,在河南省电力公司调度中心的应用体现了较好的工程使用价值。

基于WAMS的电力系统功率振荡分析与振荡源定位(1)割集能量法

目前,电力系统低频振荡诊断与分析中面临的主要困难是如何利用有限的广域量测系统(wide area measurementsystem,WAMS)数据快速准确的识别振荡源。针对此问题,提出一种基于WAMS信息构建电网割集计算振荡能量的实用方案。首先定义了割集振荡能量的概念与计算方法,并提出基于关键线路的WAMS动态信息可构建不同层次的网络割集,其中振荡能量流出的割集即可判断为振荡源。最后,通过在实际电网中仿真和对三峡电厂某次振荡实例的分析,验证了该方法的有效性。案例分析结果表明,割集能量的方法可以最大限度地利用WAMS信息,直观快速地显现电网振荡时的特征,摆脱对元件参数精确性的依赖,快速定位振荡区域,有效识别振荡源。

基于WAMS的潮流转移识别算法

针对威胁电网安全运行的连锁跳闸问题,分析了现有后备保护存在的缺陷,提出了一种基于广域测量系统的潮流转移识别算法,引入了用于估算发生潮流转移后电网潮流分布的潮流转移因子的概念,并给出了严格的定义与计算方法,提出了可识别潮流转移的广域后备保护方案。在3机系统进行了潮流转移仿真,结果表明该广域后备保护方案具有良好的识别潮流转移能力。

WAMS中的PMU最优配置新方法

鉴于相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)能够实时测量母线电压和相角,在传统监控和数据采集(supervisory control and data acquisition,SCADA)量测系统的基础上,提出了一种选择PMU最优配置方案的新方法。该法在假定系统完全可观测的前提条件下,考虑不同量测噪声信号比的影响,采用直接替代(direct sub-stitution,DS)法、加权最小二乘(weighted least squares,WLS)法和扩展加权最小二乘(augmented weighted least squares,AWLS)法计算状态估计值,验证了量测噪声对选择PMU配置点没有影响这一结论,并最大限度地提高了状态估计的准确度。在IEEE9节点和IEEE14节点测试系统上验证了此方法的正确性和有效性。

华中电网WAMS实测区域低频振荡仿真

2008年冰灾期间,华中电网广域测量系统(wide area measure system,WAMS)多次记录到低频振荡事件。文中以1月21日03:31:39WAMS实测的典型区域低频振荡事件为例,利用电力系统分析综合程序6.25对其进行了仿真分析,通过频域和时域稳定计算对其进行了重现。结合选定的能量管理系统、WAMS实测运行方式及其录波数据,对潮流电压及低频振荡的静态和动态特性进行了仿真,分析了低频振荡产生的原因、振荡特点及其抑制措施,为华中电网的生产运行和发展规划提供了参考,同时对有关静态及动态模型参数和计算工具的工程可信度进行了校核,为电力系统的仿真计算提供了借鉴。

基于WAMS的电力系统功率振荡分析与振荡源定位(2)力矩分解法

电力系统低频振荡诊断与紧急控制要求及时快速地识别扰动源,振荡的分析与在线计算要求采用准确的模型参数。针对以上问题,提出了基于力矩分解法的扰动源定位与参数实时校核方案。该方案采用力矩分解法分析发电机控制系统的作用,通过计算振荡能量直观地显现电网振荡时各控制系统对电网阻尼的影响。采用力矩分解的方法,可以将扰动源进一步精确定位至发电机的控制系统,并可实时校核在线计算数据中控制系统的模型参数。最后,通过实际电网振荡实例的分析验证了该方法的有效性;分析结果表明,该方法可以快速准确地定位振荡源,识别发电机控制系统异常,并在线校核发电机控制系统模型参数。

利用WAMS的电力系统动态状态估计结果校正

由于电力系统的动态特性,由广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)/数据采集与监视控制(supervisory control and data acquisition,SCADA)系统收集来的量测信息不可避免地存在粗量测误差、系统状态突变等各种异常情况。针对这一问题,提出一种采用自适应动态状态估计器的并能有效检测、辨识和排除WAMS/SCADA系统中异常情况的信息校正算法。该算法依据动态状态估计器预测系统状态的能力,利用标准化新息以及加权新息与标准化新息的最大比值来检测和辨识多个坏数据、负荷突变、网络拓扑结构错误以及这3种异常同时发生的情况,并利用标准化新息和残差来验证异常处理的效果。数值结果表明所提算法能够快速、准确、有效地检测、辨识和排除动态状态估计过程中的各种异常情况。

基于WAMS的河南电网动态特性监测分析

针对河南电网在特定扰动下所产生的功率振荡问题,采用傅里叶变换、小波变换和Prony算法分析了河南电网广域测量系统提供的扰动数据,计算了振荡参数。分析过程和结果显示,各种方法对信号的处理能力和所提供的信息各不相同。在不同的扰动下河南电网均具有较强的阻尼,但被激发的动态特性存在差异。研究分析表明,采用适当的方法,基于WAMS系统的电网动态特性监测和分析可为区分不同的扰动和处理振荡提供丰富的信息。

基于WAMS和改进拉普拉斯特征映射的同调机群在线识别

当系统发生严重级联故障导致失步运行时,需要快速准确地识别出系统中的同调机群,为下一步的自主解列控制提供基础。针对WAMS测量到的发电机动态轨迹信息往往具有非线性和非平稳性等特点,提出了一种在线识别同调机群的新方法,能充分考虑各种故障场景的动态特性和非线性系统的时变特征。首先根据WAMS量测可得到故障后发电机组的实时响应功角轨迹信息,利用基于类别信息和核空间的改进拉普拉斯特征映射算法提取特征信息,进而识别出各发电机的运行特性;再利用k-way余弦相似度因子分群算法对发电机组进行自主识别分群。最后通过新英格兰39节点系统仿真,验证了所提方法的有效性,并且适用于系统不同运行方式,能在线准确识别同调机群。

WAMS关键技术及其在湖南电力系统中的应用

广域测量系统WAMS将成为电力系统在线分析、实时监视和实时控制的基础平台,对其关键技术进行深入分析和研究意义重大。因此介绍了近十年来对WAMS关键技术的研究结果及其在实际运行的WAMS??"湖南电力系统状态GPS同步监测系统"中的应用情况。在子站装置的实现方面,介绍了基于信号过零检测法的实用相量测量单元PMU的原理与实现方法;提出了一种基于转子位置传感器的同步发电机功角直接测量方法;提出了余数分摊法和渐进同步法,并实现了具备高精度和高稳定性的全球卫星定位系统GPS同步时钟。在WAMS的运行模式和同步数据交换方面,提出了WAMS的广域同步并行处理运行模式和实现同步数据交换的远程内存映射方法。在WAMS的功能方面,介绍了WAMS的长期连续实时录波器和同步监测数据的共享方法。这些方法都已实际应用于"湖南电力系统状态GPS同步监测系统"中,且经过长期的运行考验被证明是正确和有效的。

WAMS中计及量测函数非线性项的电力系统自适应动态状态估计

提出两种在线辨识和修正模型误差协方差矩阵的自适应动态状态估计方法,并在这两种状态估计模型中引入量测函数的非线性项。这不仅在进行状态滤波的同时,利用观测数据提供的信息,在线辨识和估计系统中未知或不精确的噪声统计特性,而且由于计及了量测函数的非线性项,非线性系统在线性化过程中所产生的线性化误差完全得到补偿,极大地提高了算法在异常运行情况下的自适应性;并且在量测量中计入了相量测量单元(PMU)测量的电压幅值和相角,增加了系统的冗余量测,提高了滤波精度。仿真结果验证了所提方法在正常情况、负荷突变、存在坏数据、网络拓扑结构错误各种情况下具有较好的预测和滤波效果。

基于WAMS的负阻尼低频振荡与强迫功率振荡的特征判别

当电网发生低频振荡时,正确判断振荡机理对合理选择振荡抑制措施、快速抑制振荡具有重要意义。文中基于广域测量系统(WAMS)的实测数据,对负阻尼振荡和强迫功率振荡在振荡前期、瞬态阶段、稳态阶段和衰减阶段的特征进行了分析,研究了不同阶段的负阻尼振荡和强迫功率振荡的判别方法。通过2个电网实际案例的对比分析,验证了理论分析的结论。