Zustandsschätzung von Mittelspannungsnetzen mit unvollständiger Messinfrastruktur

Lin, Guosong GND

Die vorliegende Arbeit stellt ein Verfahren für die Zustandsbeschreibung von Netzen vor, die sich für nicht beobachtbare Mittelspannungsnetze mit unsymmetrischen Lasten eignet. Das Verfahren besteht zunächst aus der Analyse der Beobachtbarkeit, anschließender Umwandlung von nicht beobachtbaren Netzen zu angenäherten beobachtbaren Netzen und einer abschließenden Zustandsschätzung, die die nicht gemessenen Werte berechnen und die Abweichung der gemessenen Werte statistisch reduzieren kann. In der Analyse der Beobachtbarkeit wurde ein neuer Algorithmus vorgeschlagen, um die nicht redundanten Platzierungen für das Lastprofil oder für zusammenfassende Knoten unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des Netzwerks zu finden. Die nicht beobachtbaren Netze werden damit durch Zusammenfassung der Knoten zu beobachtbaren Netzen umgewandelt. Um die fehlenden Messungen zu berechnen und die gemessenen Abweichungen zu reduzieren, werden drei statische und eine dynamische Zustandsschätzungen entwickelt. Im ersten Fall werden die Zustände und alle nicht gemessenen Werte durch die klassische statische Zustandsschätzung berechnet. Für das zweite und dritte Verfahren wird vorgeschlagen, die Nebenbedingung, dass die Summe der Knotenströme der drei Phasen gleich Null ist, einzuführen, um die Schätzqualität für ein unsymmetrisches dreiphasiges Netz zu verbessern. Eine dynamische Zustandsschätzung, die das Lastprofil, welches die Eigenschaft des quasistatischen dynamischen Systems von Netzen verwenden kann, wird vorgeschlagen, um die Schätzqualität weiter zu verbessern. Die drei statischen und eine dynamische Zustandsschätzung werden für das „Alliander Livelab“ mit vollständigen Messungen mit Abweichungen getestet. Zuletzt werden die Analyse der Beobachtbarkeit und die Zustandsschätzung zusammengesetzt. Das „Alliander Livelab“ mit realen Messstellen wird durch die Analyse der Beobachtbarkeit zu einem beobachtbaren Netz angenähert. Die Zustandsschätzung wird dann im angenäherten Netz angewandt, um die fehlenden Messungen zu berechnen. Im Ergebnis hat die Zustandsschätzung das nicht beobachtbare Netz gut beobachtet. Die fehlenden Messungen konnten berechnet werden und die Abweichungen der gemessenen Werten haben sich deutlich reduziert.

The present study presents a method for the description of the state of grids, which is suitable for unobservable medium voltage grids with asymmetrical loads. The method consists of the analysis of observability, subsequent conversion of unobservable grids to approximate observable grids and a final state estimation, which can calculate the non-measured values and statistically reduce the deviation of the measured values. In the analysis of observability, a new algorithm was proposed in order to find the non-redundant positions for the load profile or for summarizing nodes, taking into account the physical properties of the grid. The unobservable grids are thus converted into observable grids by combining the nodes. In order to calculate the missing measurements and to reduce the measured deviations, three static and one dynamic state estimates are developed. In the first case, the states and all unmeasured values are calculated by the classical static state estimation. For the second and third methods, the constraint, that the sum of the node currents of the three phases is equal to zero, is introduced in order to improve the estimation quality for an unbalanced three-phase grid. A dynamic state estimate, which is the load profile that the quasi-static dynamic system of grids can use, is proposed to further improve the quality of the estimate. The three static and one dynamic state estimation are tested for the "Alliander Livelab" with complete measurements with deviations. Finally, the analysis of observability and the state estimate are put together. The "Alliander Livelab" with real measuring points is approximated to an observable grid by analyzing the observability. The state estimate is then applied in the approximate grid to calculate the missing measurements. As a result, the state estimate has observed the unobservable grid well. The missing measurements could be calculated and the deviations of the measured values have reduced significantly.

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Lin, Guosong: Zustandsschätzung von Mittelspannungsnetzen mit unvollständiger Messinfrastruktur. 2019.

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