Адаптация методов оценивания состояния для трехфазных моделей распределительных сетей : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.14.02

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………… 4
ГЛАВА 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ
СОСТОЯНИЯ НА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ ………………………………….. 12
1.1 Общее описание распределительных сетей и их информационно-
измерительной системы……………………………………………………………………………….. 12
1.1.1 Оперативно-информационные комплексы распределительных сетей … 14
1.1.2 Существующие в распределительных сетях режимные измерения ……. 17
1.2 Перспективы использования теории оценивания состояния в
распределительных сетях …………………………………………………………………………….. 23
1.3 Обоснование необходимости применения трехфазных моделей для анализа
режимов работы распределительных сетей…………………………………………………… 25
1.4 Развитие теории оценивания состояния ………………………………………………….. 30
1.5 Выводы по главе 1 ………………………………………………………………………………….. 34
ГЛАВА 2. ПОДХОДЫ К ОЦЕНИВАНИЮ СОСТОЯНИЯ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ………………………………………………………………. 36
2.1 Оценивание состояния в фазных координатах ………………………………………… 36
2.1.1 Классическая постановка задачи оценивания состояния методом
взвешенных наименьших квадратов …………………………………………………………. 37
2.1.2 Оценивание состояния на базе токов ветвей……………………………………… 40
2.1.3 Оценивание состояния на основе напряжений узлов…………………………. 42
2.1.4 Альтернативные постановки задачи оценивания состояния ………………. 44
2.1.5 Сравнение оценивания состояния на базе токов ветвей с оцениванием
состояния на основе узловых напряжений ………………………………………………… 46
2.2 О необходимости учета взаимоиндукций сетевых элементов в трехфазных
моделях РС среднего класса напряжения ……………………………………………………… 48
2.3 Нелинейные функции для задачи оценивания состояния в фазных
координатах на базе узловых напряжений ……………………………………………………. 55
2.4 Перспективы применения для трехфазных моделей альтернативных методов
оценивания состояния ………………………………………………………………………………….. 60
2.4.1 Оценивание состояния при учете ограничений типа равенств в виде
множителей Лагранжа ……………………………………………………………………………… 61
2.4.2 Оценивание состояния с использованием расширенной матрицы ……… 63
2.4.3 Оценивание состояния с использованием блочного метода ………………. 65
2.5 Перспективы применения для трехфазных моделей робастных методов
оценивания состояния ………………………………………………………………………………….. 68
2.6 Результаты оценивания состояния трехфазных моделей …………………………. 71
2.7 Выводы по главе 2 ………………………………………………………………………………….. 76
ГЛАВА 3. АДАПТАЦИЯ МЕТОДОВ ПОИСКА ОШИБОК В
ИЗМЕРЕНИЯХ И ТОПОЛОГИИ ПРИ ОЦЕНИВАНИИ СОСТОЯНИЯ В
ФАЗНЫХ КООРДИНАТАХ………………………………………………………………………….. 78
3.1 Способы поиска плохих данных в наборе измерений………………………………. 78
3.2 М-оценка и апостериорный поиск плохих данных с использованием теста
нормализованных невязок измерений…………………………………………………………… 80
3.3 Поиск топологических ошибок в трехфазных моделях энергосистем ………. 88
3.4 Выводы по главе 3 ………………………………………………………………………………… 104
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОЦЕНИВАНИЯ
СОСТОЯНИЯ ……………………………………………………………………………………………… 105
4.1 Обзор тенденций развития вычислительной техники и анализ необходимости
модернизации алгоритмов оценивания состояния ………………………………………. 105
4.2 Предъявляемые требования к функционалу работы с матричными данными
для повышения скорости решения задачи оценивания состояния ……………….. 110
4.3 Эффективные методы решения системы линейных уравнений в задаче
оценивания состояния ………………………………………………………………………………… 116
4.4 Выводы по главе 4 ………………………………………………………………………………… 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 126
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ …………………. 128
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ ………………………………………………………………………………. 129
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………………… 130
Приложение А. Свидетельство о государственной регистрации программы
для ЭВМ ………………………………………………………………………………………………………. 141
Приложение Б. Результаты работы модифицированного метода поиска
топологических ошибок ………………………………………………………………………………. 143

В ходе выполнения диссертационной работы сделаны выводы и получены
основные результаты.
 Обоснована необходимость учета взаимоиндукций фаз в трехфазных
моделях распределительных сетей среднего класса напряжения при
оценивании состояния. Данные модели позволяют с необходимым уровнем
точности анализировать несимметричные электрические режимы,
характерные для распределительных сетей.
 Известные методы оценивания состояния, изначально разработанные для
однолинейных моделей, были адаптированы для работы с трехфазными
моделями и наиболее распространенными в распределительных сетях
видами измерений. Были модифицированы М-оценка и классическое
оценивание состояния на базе метода взвешенных наименьших квадратов.
Для последнего были рассмотрены различные распространенные формы
записи целевой функции, учитывающие ограничения типа равенств: в виде
множителей Лагранжа, в форме расширенной матрицы Хачтела, а также в
блочной форме. Данные методы были реализованы в ПК «ТОСТЭР», где
произведено их сопоставление, а также были получены оценки их
вычислительных характеристик. При моделировании электрических
режимов произведены расчеты, подтверждающие возможность применения
разработанных алгоритмов. В проведенных расчетах наилучшие временные
характеристики и наименьшее число обусловленности матрицы
коэффициентов обеспечил метод Хачтела.
 Произведена адаптация методов поиска плохих данных, а также условий их
применения для трехфазных моделей электроэнергетических систем и
распространенных в распределительных сетях видов измерений. Выполнена
программная реализация анализа нормализованных невязок измерений, а
также М-оценки. На тестовой модели была продемонстрирована
возможность применения данных методов для поиска ошибок в измерениях.
 Модифицирован и программно-алгоритмически реализован метод поиска
топологических ошибок, предложенный Клементсом и Дэйвисом, с целью
применения для трехфазных моделей электроэнергетических систем.
Проведенные расчеты показали его высокую эффективность в выявлении
несоответствий состояния фаз сетевых элементов при достоверизации
топологии сети на базе трехфазного оценивания состояния.
 Представлены эффективные подходы для работы с матрицами, позволяющие
при обработке их данных использовать параллельные вычисления.
Применение этих подходов позволяет ускорить в 3-4 раза процессы
формирования матрицы Якоби, перемножения двух разреженных матриц,
умножения матрицы на вектор или диагональную матрицу. Для различных
методов оценивания состояния произведен поиск наиболее эффективных
методов решения систем линейных уравнений. Данные методы обладают
высокой скоростью расчета, ввиду оптимизации их работы с разреженными
матрицами и возможности параллельного выполнения внутренних действий.
 Перспективы развития данной работы связаны с совершенствованием
способов восполнения наблюдаемости, а также разработкой методов,
позволяющих производить оценивание состояния гибридных моделей,
состоящих из трехфазных и однолинейных участков [33].
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

CIM common Information Model (общая модель информации);
CRS compressed row storage;
DMS distribution management system;
EMS energy management system;
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (система
диспетчерского управления и сбора данных);
АИИС КУЭ Автоматизированная информационно-измерительная система
коммерческого учета электроэнергии;
ЕЭС единая энергосистема;
МВНК метод взвешенных наименьших квадратов;
МРСК (ОАО «МРСК») открытое акционерное общество
«Межрегиональная распределительная сетевая компания»;
ННЭ ненулевой элемент;
ОИК оперативно-информационный комплекс;
ОС оценивание состояния;
ОТР ограничение типа равенство;
ПК программный комплекс;
РС распределительная сеть;
СКО среднеквадратичное отклонение;
СЛУ система линейных уравнений;
ЭС энергосистема;
ЭЭС электроэнергетическая система.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Виртуальные Нулевые измерения потребления и генерации мощностей или
измерения токов в транзитных узлах, используемые для фиксации нулевого
потребления и генерации в транзитных узлах.
матрица Прямоугольная матрица частных производных нелинейных
Якоби функций измерений по переменным вектора состояния.