1、狀態(tài)估計(jì)的定義（課后題）狀態(tài)估計(jì)的作用和步驟（課后題）狀態(tài)估計(jì)與潮流計(jì)算的聯(lián)系和區(qū)別（課后題）各種狀態(tài)估計(jì)模型和算法的特點(diǎn)（課后題）相關(guān)的概念和定義（課后題）電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的主要內(nèi)容是什么？有哪些變量需要狀態(tài)估計(jì)？（06B）通常稱(chēng)能夠表征電力系統(tǒng)特征所需最小數(shù)目的變量為電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量。電力系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)就是要求能在測(cè)量量有誤差的情況下，通過(guò)計(jì)算以得到可靠的并且為數(shù)最小的狀態(tài)變量值。電力系統(tǒng)的測(cè)量量一般包括支路功率、節(jié)點(diǎn)注入功率、節(jié)點(diǎn)電壓模值等；狀態(tài)變量是各節(jié)點(diǎn)的電壓模值和相角。什么是狀態(tài)估計(jì)？環(huán)境噪聲使理想的運(yùn)動(dòng)方程無(wú)法精確求解。測(cè)量系統(tǒng)的隨機(jī)誤差，使測(cè)量向量不能直接通過(guò)理想的測(cè)量方程求

2、出狀態(tài)真值。通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法加以處理以求出對(duì)狀態(tài)向量的估計(jì)值。這種方法，稱(chēng)為狀態(tài)估計(jì)。按運(yùn)動(dòng)方程與以某一時(shí)刻的測(cè)量數(shù)據(jù)作為初值進(jìn)行下一時(shí)刻狀態(tài)量的估計(jì)，叫做動(dòng)態(tài)估計(jì)，僅僅根據(jù)某時(shí)刻測(cè)量數(shù)據(jù)，確定該時(shí)刻的狀態(tài)量的估計(jì)，叫做靜態(tài)估計(jì)。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的必要性？1) 電力系統(tǒng)需要隨時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；2) 需要提供調(diào)度員所關(guān)心的所有數(shù)據(jù)；3) 測(cè)量所有關(guān)心的量是不經(jīng)濟(jì)的，也是不可能的，需要利用一些測(cè)量量來(lái)推算其它電氣量；4) 由于誤差的存在，直接測(cè)量的量不甚可靠，甚至有壞數(shù)據(jù)；狀態(tài)估計(jì)的作用和流程？（下圖左）1) 降低量測(cè)系統(tǒng)投資，少裝測(cè)點(diǎn)；2) 計(jì)算出未測(cè)量的電氣量；3) 利用量測(cè)系統(tǒng)的冗余信息

3、，提高量測(cè)數(shù)據(jù)的精度（獨(dú)立測(cè)量量的數(shù)目與狀態(tài)量數(shù)目之比，成為冗余度）。狀態(tài)估計(jì)與潮流計(jì)算的關(guān)系？（上圖右）1) 潮流計(jì)算是狀態(tài)估計(jì)的一個(gè)特例；2) 狀態(tài)估計(jì)用于處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，或者有冗余的矛盾方程的場(chǎng)合；3) 潮流計(jì)算用于無(wú)冗余矛盾方程的場(chǎng)合；4) 兩者的求解算法不同；5) 在線應(yīng)用中，潮流計(jì)算在狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，也就是說(shuō)，由狀態(tài)估計(jì)提供經(jīng)過(guò)加工處理過(guò)的熟數(shù)據(jù)，作為潮流計(jì)算的原始數(shù)據(jù)。狀態(tài)估計(jì)基本思路：1) 電力系統(tǒng)的測(cè)量量一般包括支路功率、節(jié)點(diǎn)注入功率、節(jié)點(diǎn)電壓模值等；狀態(tài)變量是各節(jié)點(diǎn)的電壓模值和相角。2) 定義測(cè)量量向量為，待求的系統(tǒng)狀態(tài)量為，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方程可以從估計(jì)的狀態(tài)量 ，求出估計(jì)的

4、計(jì)算值，如果測(cè)量有誤差，則計(jì)算值與實(shí)際值之間有誤差，稱(chēng)為殘差向量。3) 求出的狀態(tài)量不可能使殘差向量為零，但可以得到一個(gè)使殘差平方和為最小的狀態(tài)估計(jì)值。各種狀態(tài)估計(jì)算法的特點(diǎn)：1) 基本加權(quán)最小二乘法的估計(jì)質(zhì)量和收斂性最好，是狀態(tài)估計(jì)的經(jīng)典解法和理論基礎(chǔ)，適合各種類(lèi)型的量測(cè)系統(tǒng)。缺點(diǎn)是使用內(nèi)存多，計(jì)算量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，不適用于大型電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)。 2) 快速解耦法估計(jì)質(zhì)量和收斂性能在實(shí)用精度范圍內(nèi)與基本加權(quán)最小二乘法相近，而在計(jì)算速度和內(nèi)存耗量方面優(yōu)于基本加權(quán)最小二乘法，很實(shí)用，缺點(diǎn)是使用內(nèi)存較多，程序也比較復(fù)雜。3) 僅用支路量測(cè)量的唯支路法計(jì)算速度快，內(nèi)存省，對(duì)于純支路量測(cè)系統(tǒng)可以

5、得到滿意的估計(jì)結(jié)果，且運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，缺點(diǎn)是不能處理注入型量測(cè)量。 4) 遞推狀態(tài)估計(jì)使用內(nèi)存最少，對(duì)注入型量測(cè)量具有一定的適應(yīng)能力，程序簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是收斂速度慢，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，估計(jì)質(zhì)量差。5) 數(shù)學(xué)規(guī)劃法的計(jì)算速度慢,但其受不良數(shù)據(jù)的影響較小。算法估計(jì)質(zhì)量和收斂性計(jì)算速度內(nèi)存使用對(duì)注入型量測(cè)量的適應(yīng)性基本加權(quán)最小二乘好較慢多好快速分解法較好較快較多好量測(cè)變換法較好快較少不好遞推型算法一般慢少較好數(shù)學(xué)規(guī)劃好慢多好幾個(gè)概念：1) 可檢測(cè)：可以判斷系統(tǒng)中是否有壞數(shù)據(jù)；可辨識(shí)：若有壞數(shù)據(jù)，可以找出誰(shuí)是壞數(shù)據(jù)（量測(cè)冗余度越大，壞數(shù)據(jù)的可檢測(cè)和可辨識(shí)性越好）。2) 不良數(shù)據(jù)：是指誤差大于某一標(biāo)準(zhǔn)(例如310倍

6、標(biāo)準(zhǔn)方差)的測(cè)量數(shù)據(jù)。3) 通常測(cè)量錯(cuò)誤數(shù)據(jù)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是穩(wěn)定的錯(cuò)數(shù)(屬于設(shè)備和維修問(wèn)題)；另一類(lèi)是在一次采樣周期中隨機(jī)出現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)(即下一次采樣不一定還是那幾個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù))。狀態(tài)估計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝后一段時(shí)間主要是消除第一類(lèi)錯(cuò)數(shù)，或者是設(shè)備損壞，或者是符號(hào)相反。隨著狀態(tài)估計(jì)使用時(shí)間加長(zhǎng)和維護(hù)工作的完善，第一類(lèi)錯(cuò)數(shù)逐步減少，正常運(yùn)行中往往開(kāi)關(guān)狀態(tài)錯(cuò)誤(測(cè)量錯(cuò)或無(wú)測(cè)量)是引起這一類(lèi)錯(cuò)數(shù)的主要原因。第二類(lèi)錯(cuò)數(shù)是由測(cè)量與傳送系統(tǒng)質(zhì)量以及受到干擾而產(chǎn)生的。4) 不良數(shù)據(jù)檢測(cè)：判斷某次量測(cè)采樣中是否存在不良數(shù)據(jù)。 不良數(shù)據(jù)辨識(shí)：通過(guò)檢測(cè)確知量測(cè)采樣中存在不良數(shù)據(jù)后，確定不良數(shù)據(jù)具體側(cè)點(diǎn)位置。 不良數(shù)據(jù)估計(jì)：不

7、僅能確定不良數(shù)據(jù)具體側(cè)點(diǎn)位置，還能給出不良數(shù)據(jù)估計(jì)值。不良數(shù)據(jù)辨識(shí)定量化。 狀態(tài)估計(jì)修正：根據(jù)不良數(shù)據(jù)估計(jì)值，對(duì)原來(lái)受不良數(shù)據(jù)影響的狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行修正，從而排除不良數(shù)據(jù)的影響，獲得可靠狀態(tài)估計(jì)。5) 不同水平的檢測(cè)與辨識(shí)量測(cè)量的極限檢查：超出正常運(yùn)行條件下的可能范圍，而系統(tǒng)又沒(méi)有事故或異常。 量測(cè)量的突變檢查：在平穩(wěn)負(fù)荷條件下，某一量測(cè)量超過(guò)正常變化速率或發(fā)生突變，隨后下一采樣時(shí)刻又恢復(fù)了。 量測(cè)量的相關(guān)檢查：一個(gè)量測(cè)量變化后，檢查與其緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)是否也相應(yīng)變化。 狀態(tài)估計(jì)中的檢測(cè)與辨識(shí)。一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)利用狀態(tài)估計(jì)排除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的能力與測(cè)量設(shè)備的數(shù)量及其分布有關(guān)，一是要求測(cè)量量總數(shù)M大于待求的狀態(tài)

8、量數(shù)N(冗余度K)：K=m-n0。 二是測(cè)量量分布要均勻，即這些測(cè)量量的測(cè)量方程能覆蓋住全網(wǎng)每一個(gè)狀態(tài)量還有余度。狀態(tài)估計(jì)辨識(shí)不良數(shù)據(jù)的能力來(lái)自于測(cè)量系統(tǒng)的冗余度，能夠估計(jì)出全部狀態(tài)量的測(cè)量系統(tǒng)具有可觀測(cè)性，而去掉不良數(shù)據(jù)仍保持可觀測(cè)性的測(cè)量系統(tǒng)具有可辨識(shí)性。6) 能夠利用量測(cè)系統(tǒng)算出的系統(tǒng)的狀態(tài)（電壓幅值和角度）叫可觀測(cè)。不良數(shù)據(jù)辨識(shí)殘差搜索辨識(shí)法1) 基本思路是將量測(cè)按殘差(加權(quán)殘差或標(biāo)準(zhǔn)化殘差)由大至小排隊(duì)，去掉殘差最大的測(cè)量量，重新進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)；再進(jìn)行殘差檢測(cè)，還有可疑數(shù)據(jù)時(shí)繼續(xù)上述過(guò)程2) 如果檢測(cè)是成功的，那么殘差搜索辨識(shí)過(guò)程也應(yīng)該是成功的，只是要進(jìn)行多次狀態(tài)估計(jì)計(jì)算而耗費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，在大型電力系統(tǒng)的多不良數(shù)據(jù)辨識(shí)中無(wú)法實(shí)時(shí)應(yīng)用。3) 為了縮短辨識(shí)時(shí)間，辯識(shí)技術(shù)沿著兩個(gè)方向前進(jìn)：一是可疑數(shù)據(jù)組合辨識(shí)，二是避免重新進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)迭代。不良數(shù)據(jù)的估計(jì)辨識(shí)法應(yīng)該說(shuō)量測(cè)系統(tǒng)辨識(shí)不良數(shù)據(jù)的最大能力不會(huì)超過(guò)冗余度K，而且由于不良數(shù)據(jù)分布的不均勻性先破壞了局部可觀測(cè)性，實(shí)際上辨識(shí)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一數(shù)量。假設(shè)在一次測(cè)量中包含p個(gè)不良數(shù)據(jù)，而且由一可靠的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出S個(gè)可疑數(shù)據(jù)，這里不妨用p和S分別表示不良數(shù)據(jù)和可疑數(shù)據(jù)的集合與數(shù)量，檢測(cè)功能可表示為，前一式表示不良數(shù)據(jù)已包含在可疑數(shù)據(jù)中，后一式表示這些不良數(shù)據(jù)可辨識(shí)。不良數(shù)據(jù)辨識(shí)的兩種算法的比較：指標(biāo)方法殘差搜索估計(jì)辨識(shí)功能單個(gè)不良數(shù)據(jù)