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摘 要

电力系统状态估计是能量管理系统最重要的组成部分，我国电力系统的迅速发展使得分布式网络中涉及愈渐增多的分布式发电，这对网络实时状态的检测与控制提出了更严格的要求。基于GPS技术的同步相量测量单元(PMU)，利用高精度地直接测量节点电压幅值和相角，能够为网络可观、状态估计、安全保护和协调控制等方面提供巨大帮助，然而由于PMU装置成本较高等实际原因无法在配电网上进行大规模的安装，所以，配网中的PMU优化配置问题成为了研究热点。

PMU最优配置（OPP）的基本目标是全系统可观测性，这是状态估计的基础。针对目前缺乏统一的配置方法，本文首先阐述了基于拓扑方法的整数线性规划（ILP）和基于数值方法的遗传算法（GA），以求解网络可观测性，并分别在IEEE 33和PGamp;E69系统中测试进行分析和比较，从中选出合适方法进行配电网PMU的优化配置。然后在之前基础上，使用了一种集成模型来考虑零注入节点（ZIB）和传统量测（CM）下的PMU优化配置方法，并分别在IEEE33和PGamp;E69系统中进行测试，验证了该方法的有效性和灵活性。最后分析了加入PMU后对状态估计精度的影响，并计及一定状态估计精度的目标下，探讨配网中的PMU优化配置。

关键词：全系统可观测性，相量量测单元(PMU)，最优PMU布局(OPP)，零注入节点，状态估计

Abstract

The power system state estimation is the most important part of the energy management system. With the rapid development of China's power system, more and more distributed generation is involved in the distributed Network, which puts forward stricter detection and control of the Network's real-time state. The request. The synchronous phasor measurement unit based on GPS technology can directly measure the amplitude and phase angle of the Node voltage with high precision, which can provide great help for the aspects of Network observability, state estimation, security protection and coordination control. However, due to the high cost of the PMU device, etc. The large-scale installation cannot be performed on the distribution Network. Therefore, the optimization of PMU configuration in the distribution Network has become a research hotspot.

The basic goal of POP Optimal Configuration (OPP) is system-wide observability, which is the basis of state estimation. For the current lack of a unified configuration method, this paper first proposes the integer linear programming (ILP) and genetic algorithm (GA) based on Numerical methods based on the topology method to solve the Network observability, and tests in the IEEE 33 and PGamp;E69 systems respectively. Analyze and compare and select the appropriate method for the optimal configuration of the PMU in the distribution Network. Then, on the basis of the previous, a New integrated model was proposed to consider the zero-injection Node (ZIB) and traditional measurement (CM) PMU optimization configuration methods, and tested in the IEEE 33 and PGamp;E69 systems respectively. The effectiveness and flexibility of the method are verified. Finally, the impact of adding PMU on the state estimation accuracy is analyzed. Taking into account the goal of certain state estimation accuracy, the optimal configuration of PMU in distribution Network is discussed.

KEY WORDS: Full system observability, Phasor measurement unit (PMU), Optimal PMU Placement(OPP), Zero injection node, State estimation(SE)

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的背景以及意义 1

1.2 国内外研究综述 2

1.2.1 电力系统状态估计的研究现状 2

1.2.2 国内外PMU优化配置研究现状 3

1.3 本论文所做的工作 4

第二章 考虑全网可观的PMU优化配置方法 6

2.1 系统可观性理论 6

2.1.1 系统可观性判别条件和方法 6

2.2 求解网络可观性的方法 6

2.2.1 拓扑法 6

2.2.2 数值法 7

2.3 PMU优化配置算法 8

2.3.1 0-1线性整数规划法 8

2.3.2 遗传算法（GA） 9

2.4 算例分析 10

2.4.1 IEEE33节点系统 10

2.4.2 PGamp;E69节点系统 11

2.5 小结 13

第三章 考虑零注入节点和传统量测的PMU优化配置方法 14

3.1 引言 14

3.2 零注入节点性质 14

3.3 基于拓扑法的理论探讨 14

3.3.1 考虑ZIB和IM的建模 4

3.3.2 考虑PFM的建模 17

3.3.3 考虑ZIB和CM的建模 17

3.4 基于数值法的理论探讨 18

3.5 算例分析 18

3.6 小结 20

第四章 基于提高状态估计精度的PMU优化配置方法 21

4.1 引言 21

4.2 电力系统状态估计基本步骤 21

4.3 加权最小二乘法.. 21

4.4 加入PMU量测的状态估计 23

4.4.1 加权最小二乘法的理论探讨 23

4.4.2 状态估计精度的评价指标 23

4.5 算例分析 24

4.5.1 加入PMU量测对状态估计精度的影响 24

4.5.2 计及一定状态估计精度的PMU优化配置 26

4.6 小结 26

第五章 总结与展望 27

5.1 本论文成果 27

5.2 不足与展望 27

致谢 28

参考文献 29

绪论

课题的背景以及意义

改革开放以来我国经济迅速发展，电力市场化改革不断深入，电力需求随之快速增长，电力建设的力度不断加大。目前，现代电力系统已经进入了南北互攻、西电东送和全国联网的全新时代，大大促进了电力资源在更大空间的优化配置，带来了不可小觑的社会和经济效益。但与此同时，也面临着一系列运行以及技术上的挑战，稳定运行问题就是其中尤为突出的一个难关。

配电网络将输电网与终端负荷用户相连接，具备节点众多、运行方式日渐繁杂的特征。一个科学的调度系统需要保证能够准确、快速、周全地掌握电力系统实时的运行状态，建立完整、可靠的电力系统数据库，这是分析和监控的必要前提；还要预测系统运行趋势，针对运行中的问题提出解决方案，从而保证电力系统运行的可靠性与经济性。传统的数据采集和监视控制（Supervisory Control and Data Acquisition,简称SCADA）系统是整个网络分析应用软件的基础，虽然可以采集到开关信息和量测数据，但其数据难以满足现阶段配电网络的运行和监控要求，配电网络安全性和稳定性的问题亟待解决。

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