Επεξεργασία συμβατικών και συγχρονισμένων μετρήσεων με γραμμικά και μη γραμμικά μοντέλα

Abstract

Τα ηλεκτρικά δίκτυα σήμερα αποτελούν ένα σημαντικό κομμάτι της οργάνωσης της κοινωνίας αφού σχεδόν τα πάντα απαιτούν ρεύμα για να λειτουργήσουν. Σε μια τέτοια κοινωνία, η ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία των ηλεκτρικών δικτύων κάνει απαραίτητη τη συνεχή επιτήρηση του δικτύου. Η ανάλυση ασφαλείας είναι υπεύθυνη για την επιτήρηση του δικτύου. Κεντρικό ρόλο στην ανάλυση ασφαλείας κατέχει η εκτίμηση κατάστασης που δίνει την πλήρη απεικόνιση του δικτύου. Η συνήθης μέχρι σήμερα εκτίμηση κατάστασης είναι η κλασσική εκτίμηση κατάστασης, η οποία ακολουθεί τη μέθοδο των ελαχίστων τετράγωνων. Ο κλασσικός εκτιμητής κατάστασης εκτελείται με συμβατικές μετρήσεις (SCADA). Σημαντικές λειτουργίες που εκτελούνται από την εκτίμηση κατάστασης είναι η ανίχνευση και αναγνώριση εσφαλμένων μετρήσεων και ο έλεγχος παρατηρησιμότητας. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν εισαχθεί στην αγορά οι μονάδες μέτρησης φασιθετών PMU. Πρόκειται για συγχρονισμένες μετρήσεις που είναι χρονικά σφραγισμένες, μεγαλύτερής ακρίβειας και με μεγαλύτερη συχνότητα μετάδοσης. Συνεπώς, απαιτείται τροποποίηση της εκτίμησης κατάστασης για να εκμεταλλευτεί τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι μονάδες μέτρησης φασιθετών. Το βέλτιστό θα ήταν να γίνεται εκτίμηση κατάστασης μόνο με μονάδες μέτρησης φασιθετών, που δίνουν την δυνατότητα εκτίμησης κατάστασης με γραμμικό μοντέλο άμεσα. Το υψηλό κόστος των μονάδων μέτρησης φασιθετών καθιστά αδύνατο την πλήρη παρατηρησιμότητα του δικτύου εξολοκλήρου από συγχρονισμένες μετρήσεις. Συνεπώς, γίνεται επιτακτική η ανάγκη υλοποίησης ενός εκτιμητή που θα αξιοποιεί τις διαθέσιμές συγχρονισμένες μετρήσεις μαζί με συμβατικές. Στην παρούσα εργασία θα προταθεί ένας εκτιμητής κατάστασης σε δύο στάδια, όπου το πρώτο θα είναι ένα γραμμικό μοντέλο που θα αξιοποιεί τις συγχρονισμένες μετρήσεις και το δεύτερο ένα μη γραμμικό μοντέλο που θα αξιοποιεί τις συμβατικές μετρήσεις. Η προτεινόμενη εκτίμηση κατάστασης υλοποιείται και σε περιβάλλον MATLAB και εξάγονται αποτελέσματα για υπαρκτά δίκτυα έως και 2383 ζυγούς.

Nowadays, the electric power systems are an important part of the society since almost everything requires power to operate. In such a society, safe and reliable operation of electrical networks makes necessary the continuous monitor of the network state. Safety analysis is responsible for monitoring the network state. Main role in the safety analysis has the state estimation which gives full display of the network. Until today the usual state estimation is the classic state estimation, which follows the method of weighted least squares. The classic state estimator is performed with conventional measurements (SCADA). Major functions which are performed by the state estimator are bad data detection and observability checking. In recent decades have been introduced in the market phasor measurements units (PMU). These synchronized measurements are time stamped, more accurate and with greater frequency transmission. Therefore, is necessary to amend the state estimator to exploit the advantages which are offered by PMUs. The best would be to estimate the state only with PMUs, giving the possibility to evaluate the state in a linear model directly. The high cost of PMUs makes impossible to gain full observability of the network by synchronized measurements entirely. Therefore, it becomes imperative to implement an estimator that utilizes the available synchronized measurements with conventional measurements. In this thesis will be proposed a two step state estimator, the first step is a linear model that utilizes synchronized measurements and the second step is a non-linear model that uses the conventional measurements. The proposed state estimator is implemented in MATLAB environment and results are exported for existing networks up to 2383 buses.