NUMERICKY STABILNÍ ESTIMACE STAVU ELEKTRICKÝCH SÍTÍ S VYUŽITÍM FÁZOROVÝCH MĚŘENÍ

Ing. Jiří NOVÁČEK

Doctoral thesis

NUMERICALLY STABLE POWER SYSTEM STATE ESTIMATION USING PHASOR MEASUREMENTS

Abstract:

Energetice, jako technickému vědnímu oboru, je díky neustále se zvyšujícím požadavkům na dodávku elektrické energie a na spolehlivost jejích dodávek věnována stále velká pozornost. Pro zajištění požadované kvality dodávek energie je jak v monitorovacím, tak v řídicím systému poskytováno velké množství propracovaných systémových funkcionalit, které ke své funkci využívají model sítě a příslušná data. Aby všechny funkcionality poskytovaly korektní výsledky, musí být data společně s modelem nerozporná. Avšak samotné hodnoty měřených elektrických veličin tento zásadní požadavek nesplňují, protože jsou společně s používaným modelem elektrizační soustavy v rozporu s fyzikálními zákony. Použitý model a data jsou rozporné důsledkem ovlivnění naměřených hodnot různými druhy chyb. Z tohoto důvodu se pro reprezentaci stavu elektrizační soustavy nepoužívají přímo naměřené hodnoty jednotlivých elektrických veličin, ale takzvaný odhadnutý stav elektrizační soustavy. Ten je výsledkem procesu zvaného estimace neboli odhad stavu elektrizační soustavy a vychází ze znalosti modelu konkrétní elektrizační soustavy a nepřesných naměřených hodnot jednotlivých elektrických veličin, získaných měřeními na elektrizační soustavě. V energetice jsou běžně měřeny a k estimaci standardně používány efektivní hodnoty napětí a proudu a hodnoty činného a jalového výkonu. V reakci na prudký rozvoj techniky a nasazování fázorových měřicích jednotek označovaných zkratkou PMU se začaly zavádět WAM systémy, které využívají data naměřená právě fázorovými měřicími jednotkami a slouží k monitorování rozsáhlých elektrizačních sítí. Takovýto systém byl vyvíjen v rámci projektu FR-TI1/462, zvaného Výzkum a vývoj systému Wide Area Monitoring pro oblast distribuční energetiky. Předkládaná disertační práce se věnuje estimaci stavu elektrizační soustavy. Popisuje jednotlivé části implementovaného WAM systému a podrobně se zabývá dvěma zásadními problémy, které při realizaci projektu vyvstaly, a jejich řešeními. Všechna navržená řešení byla implementována a následně otestována na datech získaných na reálných systémech s reálnými daty a dosažené výsledky jsou předkládány v této práci.

Abstract:

Power engineering as a technical scientific discipline still attracts due to the constantly increasing demands on electricity supply and reliability of its supply a significant attention. To ensure the required quality it is provided both in the monitoring and in the control system a large number of sophisticated system functionalities that use the network model and the relevant data for their function. To obtain correct results from all functionalities the data and the model cannot be contradictory. However, the values of measured electrical quantities themselves do not meet this essential requirement, because they are together with a model of the grid in conflict with the physical laws. The applied model and the data are contradictory as they are affected by different types of errors. On this account, they are not used directly measured values of the individual electrical quantities for the representation of the power system state but the so-called estimated state of the power grid. It is the result of a process called power system state estimation based on knowledge of a particular power system model and inaccurate measured data of individual electrical quantities obtained by the electricity grid measurements. In power engineering they are commonly measured and for power system state estimation standardly used RMS values of voltage and current and active and reactive power. In response to a rapid development of technology and the application of phasor measurement units abbreviated as PMU, the WAM systems, that ensure monitoring of large electricity networks that use data provided by the phasor measurement units, commenced to be implemented. Such a system was developed within the scope of the project FR-TI1 / 462 that was called Výzkum a vývoj systému Wide Area Monitoring pro oblast distribuční energetiky. This dissertation thesis deals with the power system state estimation. It describes the individual parts of the implemented WAM system and it is concerned in detail with two fundamental issues that arose during the project and their solutions. All proposed solutions were implemented and subsequently tested on data obtained from real systems with real data and the achieved results are presented in this thesis.

Keywords

Estimace stavu elektrizační soustavy, robustní estimace, elektrizační soustava, Backtracking line search, Levenberg Marquardt, WAMS, PMU

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 11. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Cybernetics