PERFORMANCE OF STATE ESTIMATORS INCORPORATING VOLTAGE AND CURRENT PHASORS FROM PMU. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_THESIS.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر تقدير حالة النظام(PSSE) العمود الفقري لأنظمة القوى الكهربائية الحديثة، و يستخدم في أغلب أنظمة إدارة الطاقة الكهربائية (EMS) في العالم للتحقق من أمن النظام. يُحقق تقدير الحالة (SE) مراقبة الوقت الحقيقي و التحكم في أنظمة الطاقة. تُعد وحدة قياس الطور (PMU) من أكثر الأجهزة شيوعاً في أنظمة الطاقة الحديثة نظراً لدقتها العالية لكنها محدودةٌ بسبب ارتفاع تكلفتها. كل وحدة قياس طور مرتبطة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مما يعزز من دقة قياساتها مقارنةً بقياسات نظام التحكم الإشرافي و تجميع البيانات التقليدي (إسكادا SCADA). لذلك، فإن استخدام وحدات قياس الطور مع نظام إسكادا سيحسن أداء مُقدّر حالة نظام الطاقة بغض النظر عن المُقدّر المستخدم. يُستخدم مُقدّر المربعات الصغرى الموزونة (WLS) في أغلب الأنظمة بهدف تقدير الحالة لكن عيب هذا المُقدّر أنه ليس قوياً إذ يفشل عند تعرضه لبياناتٍ سيئةٍ. في هذه الأطروحة تم دمج قياسات الطور (أطوار الجهد و التيار) في ثلاث خوارزمياتٍ لتقدير حالة النظام، و هي: المربعات الصغرى الموزونة (WLS)، و القيم المطلقة الصغرى الموزونة (WLAV)، و أقل القياسات المرفوضة (LMR). هذا الدمج سيمكننا من محاكاة قياسات وحدات قياس الطور المستخدمة لغرض تقدير الحالة و سيحسن من أداء التقدير. تم تعديل خوارزميات المُقدّر بحيث تتمكن من التعامل مع نظام قياساتٍ مختلطةٍ يشمل: الطاقات المتدفقة، و الطاقات المحقونة، و مقادير الجهد الكهربائي من وحدات إسكادا، بالإضافة إلى قياسات الطور من وحدات قياس الطور. تمت إضافة قياسات الطور في المصفوفة الجاكوبية لكل خوارزمية. في هذه الأطروحة، تم إجراء مزيدٍ من التعديل على مُقدّر LMR ليعطي أداءً أفضل من بقية المُقدّرات؛ إذ تم بحث ضبط معامل التفاوت الخاص بمُقدّر LMR و تعديله ليعطي نتائج تقديرٍ جيدةً سواءً أضفنا وحدات قياس الطور أم لم نضفها. علاوةً على ذلك، تم تقييم أداء مُقدّر LMR في ظل وجود سيناريوهاتٍ مختلفةٍ من البيانات السيئة، ما أثبت قوة مُقدّر LMR. كما بحثت الأطروحة أهمية توزيع وحدات قياس الطور على نظام الطاقة الكهربائي. قمنا بتوزيع اثنتين من وحدات قياس الطور توزيعاً تجريبياً؛ حيث ثبتنا واحدةً من الوحدات عند عقدةٍ كهربائيةٍ مرجعيةٍ و وزعنا الوحدة الأخرى توزيعاً تجريبياً على عددٍ من العقد الكهربائية الأخرى. يجب مراعاة توزيع وحدات قياس الطور بعنايةٍ للحصول على أفضل أداءٍ لعملية التقدير. تم اختبار فعالية الخوارزمية المعدلة من LMR على ثلاث أنظمة اختبار من أنظمة معهد مهندسي الكهرباء و الإلكترونيات ((IEEE و هي: IEEE-14، IEEE-30، و IEEE-118، بوجود أنواعٍ مختلفةٍ من البيانات السيئة سواء كانت مفردةً، أو متعددةً غير متفاعلةٍ، أو متعددةً و متفاعلةً مع بعضها البعض.

English Abstract

Power System State Estimation (PSSE) is considered to be the back bone of modern electric power system. It is used by almost all the Energy Management Systems (EMS) in the world to ensure the security of the system. State Estimation (SE) ensures the real-time monitoring and control of power systems. Phasor Measurement Unit (PMU) is the most popular meter in the modern power systems because of its high accuracy but are very limitedly used because of its high installation cost. Every PMU meter reading has Global Positioning System (GPS) time stamp and hence very accurate when compared to conventional Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) meters. Consequently, the use of PMU meters along with SCADA can improve the performance of the PSSE irrespective of the estimator used. Weighted Least Square (WLS) estimator is most commonly used for the estimation purpose but it carries the drawback of non-robustness which fails when subjected to a Bad-Data. In this thesis, phasor measurements (voltage and current phasors) are incorporated into three SE algorithms: Weighted Least Square (WLS), Weighted Least Absolute Value (WLAV) and Least Measurement Rejected (LMR). This will allow to simulate the PMU meter readings for estimation purpose and will improve the estimation performance. Estimator algorithms are modified so that they can work with mixed measurement system: power flows, power injections, voltage magnitudes from SCADA meters and phasor measurements from PMU meters. The phasor measurements have been included into Jacobian matrix of each algorithm. In this thesis, the LMR estimator has been further modified to have better performance than other estimators. The tolerance parameter of LMR estimator has been investigated and modified to get good estimation results with and without PMU inclusion. Moreover, the performance of LMR estimator has been investigated under different Bad-Data scenarios which proves the robustness of LMR estimator. The thesis also investigated the importance of locating PMU meters in a power system. Two PMU have been placed heuristically into the system. One PMU is fixed at reference bus while another PMU is located at different buses heuristically. The placement of PMU must be chosen very carefully so that the best performance of the estimation process is achieved. IEEE-14, IEEE-30 and IEEE-118 bus systems have been used for performance evaluation of the modified LMR estimator in the presence of single, multiple non-interacting and multiple interacting Bad-Data.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Habiballah, Ibrahim Omar
Committee Members:	ElAmin, Ibrahim Mohamed and Bakhashwain, Jamil
Depositing User:	FARHAN AHMAD (g201403060)
Date Deposited:	28 May 2017 09:49
Last Modified:	30 Dec 2020 13:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140335