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基于状态估计的改进的智能电表测量对非技术损耗的检测和定位

在提起 当前项目, 电气工程项目主题 by 八月4,2020
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使用智能电表测量技术开发基于状态估计的改进的非技术损耗检测和定位功能。

摘要

这项研究工作提出了基于分支电流的状态估计的发展,用于非技术损失(NTL)检测和定位。 考虑了使用加权最小二乘(WLS)状态估计来评估盗窃期间网络的分支电流。 为了确认网络中是否存在盗窃行为,将从变电站中安装的配电变压器控制器(DTC)获得的当前测量值与所有客户的智能电表读数进行了比较,高于估计阈值的差异表示存在盗窃行为。

对于定位盗窃点的情况,尽管存在盗窃,仍使用加权最小二乘估计的概念来评估网络中每个分支的实际分支电流,将估计的分支电流与基于抄表,并利用差异来定位位置点。 所开发的方法是在该文献中使用的415V低压网络上实现的。 通过将其与Marques等人(2016)的工作进行比较来验证所获得的结果。

所有建模和分析均使用OPENDSS和MATLAB R2015a进行。 从获得的结果来看,当网络中的总盗窃量为30%,40%或50%时,估计支路电流的最大变化分别为0.62%,0.83%,1.02%,这些被认为是判定网络失窃的阈值。网络盗窃。 还观察到,无论网络中的盗窃百分比如何,正确率(TPR)和错误率(FPR)分别提高了27.5%和11.11%。

表中的内容

声明ii。

认证……………………………………………iii

iv ... iv

致谢……………………………………………………。 v

抽象………………………………………………………………………。 六

目录…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………。

表格清单………………………………………………………………。 X

图形清单…………………………………………………………

附件清单……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

缩略语表………………………………………………。 十三

第一章…………………………………………………….. 1

研究背景……………………………………1……

  • 动机…………………………………………..2
  • 研究的意义…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
  • 问题陈述………………………………………………。 3
  • 目的和目标………………………………………….. 3
  • 方法论………………………………………………………………………………………………………………4

第二章。…………………………………………………………。 5

文献回顾………………………………………….. 5

  • 介绍……………………………………………………………。 5
  • 基本概念审查……………………………………5
    • 电力系统…………………………………………。 5
    • 低压配电网的技术特点……………………5
    • 低压网络中的功率流…………………………………………………………。 7
    • 配电系统的损耗……………………………………………………………………………………………………………………………………………………10

2.2.4.2非技术损失…………………………………………………………………………。 11

  • 非技术损失的分析……………………………………………………………………。 11
  • NTL检测和定位方法的说明……………………………….. 14
    • 人工智能方法(AIM)………………………………………………。 15
    • 基于智能计量的方法………​​……………………………………….. 16
  • 智能电网………………………………………….. 17
    • 先进的计量基础架构(AMI)...…………………………………………。 18
    • 智能电表(SM)………………………………………………………………………19
    • 配电变压器控制器(DTC)…………………………………………。 21
    • 数据集中器………………………………………………………………………………………………………………………………22
  • 状态估计(SE)……………………………………………………………………………………………………23
    • 配电系统中状态估计的挑战………………………………23
    • 低压网络中的状态估计……..25
    • WLS估算器…………………………………………………………25……
      • WLS状态估计算法……………………………………………….. 27
    • 蒙特卡罗模拟..................................................................... 28
      • 蒙特卡洛的特点…………………………………………………………。 28
      • 涉及蒙特卡洛仿真的步骤……………………………………………………………………
      • 分支电流状态估计(BCSE)方法中的蒙特卡洛模拟程序………………。 29
    • 参考算法和建议算法的说明…………………………………….... 30
    • 案例研究……………………………………………….. 32
      • 案例研究的描述………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………32
    • 审查类似作品……………………………………………………………………………………………………34

第三章………………………………………………………………。 39

材料和方法………​​………………………………………………………………………………………39

  • 简介………………………………………….. 39
  • 材料…………………………………………………………………………………………。 39
    • 软件…………………………………………………………………………………………39
      • Matlab 2015a软件………………………………………………………………………………。 39
      • OPENDSS软件……………………………………………………………………………………。 39
    • 测试用例…………………………………………………………………………………………。 40
  • 方法………​​…………………………………………………………………………………………………………。 40
    • 检测算法………………………………………………………….. 40
    • 基于戴维南和诺顿等效电路方法的配电潮流算法的开发………………41
  • 状态估计算法的开发……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………42
    • 制定基于支路电流的状态估计………………………………………………... 42
      • 基本WLS公式……………………………………………………………………………………………………………………42
      • 测量方程和雅可比矩阵…………………………………………………………43

3.4.1.3。 雅可比矩阵。 (H(x))………………………………………………………………………………45

3.4.1.5状态估计器的准确度…………………………………………………………………………。 48

  • 支路电流的计算……………………………………………………………………………………。 48
  • NTL位置的开发方法………​​…………………………………………………………………。 49
  • 考虑的场景……………………………………………………………………………….. 51
  • 测试用例的修改………………………………………………………………………………。 52
  • 绩效评估…………………………………………………………………………………………………………………………………………52

第四章………………………………………………………………。 54个

结果与讨论………………………………………………………………………………………….. 54

  • 简介…………………………………………………………………………………………………………………………54
  • 作出假设…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………54
  • 用于NTL检测和定位的错误的计算…………………………………………………………………………………………………………………………………………54
    • 每相误差(PPE)的计算……………………………………………………………………。 54
    • NTL定位的本地化错误结果……………………………………………………………………………………………………55
  • 检测方法的仿真和结果分析……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
    • 本地化方法的仿真和结果分析……………………………………………….. 60
  • 改进方法的验证…………………………………………………………………………………………64

第五章……………………………………………………………………66

结论和建议………………………………………………………………………………。 66

  • 摘要………………………………………………………………………………………………………………………。 66
  • 结论……………………………….. 66
  • 重大的贡献……………………………………………………………………………………………………。 67
  • 局限性……………………………………67

建议……………………………………………………………………………………。 67

参考...……………………………………………………………………………………………………。 68

引言

非技术损耗(电能盗窃)已成为全球传统电源系统中的主要关注点。 据报道,仅在美国,能源盗窃每年给成本公用事业公司造成的损失约为6亿美元(McDaniel&McLaughlin,2009年),与尼日利亚,孟加拉国等发展中国家公用事业所面临的损失相比,这一数字似乎相对较低。 ,印度和巴基斯坦(Eskom年度报告,2009年)。

作为智能电网中的关键技术之一,高级计量基础架构(AMI)的实施有望通过其监视功能和细粒度的使用情况测量来降低能源盗窃的风险。 但是,数字智能电表的应用以及在电表系统中添加网络层为能源盗窃引入了许多新的媒介。

尽管只能通过物理篡改来破坏传统的机械仪表,但在AMI中,可以在将本地和远程仪表数据发送到智能仪表之前或在智能仪表内部或通过通信链路进行篡改之后,对其进行本地和远程篡改。 渗透测试已经揭示了智能电表中的多个漏洞(Wright,2009)。 2009年,美国联邦调查局报告了针对AMI的有组织的能源盗窃尝试,这可能使一家公用事业公司每年损失多达400亿美元(Krebs B. 2012)。

因此,迫切需要一种能有效地检测和定位针对AMI的能量盗窃攻击的能量盗窃检测和定位系统(ETDLS)。 技术损失是由于电力系统设备效率低下或电力传输和分配过程中发生的铁芯损失而导致的电力系统网络固有损失。 另一方面,非技术性损失是由电源系统外部的动作引起的。

参考文献:

Abdel-Majeed,A.&​​Braun,M.(2012年)。 使用智能电表的低压系统状态估计。 在2012年第47届国际大学动力工程会议(UPEC)上发表的论文。

Abur,A。和Exposito,AG(2004)。 电力系统状态估计:理论与实现:CRC出版社。

Adesina,L.和Fakolujo,O.(2015)。 33kV配电网中的谐波分析:以岛屿商业区为例。 IEEE非洲计算与ICT杂志,8(2)。

Alam,M.,Muttaqi,K.,&Sutanto,D.(2012年)。 太阳能光伏对低压三相配电网影响的综合评估工具。 在2012年第2届国际可再生​​能源技术发展(ICDRET)会议上发表的论文。

Antmann,P.(2009年)。 减少电力部门的技术和非技术损失。 WBG能源战略的背景文件。

Arif,A.,Al-Hussain,M.,Al-Mutairi,N.,Al-Ammar,E.,Khan,Y。和Malik,N。(2013年)。 智能电网智能电表的实验研究与设计。 在2013年国际可再生​​与可持续能源会议(IRSEC)上发表的论文。

Barai,GR,Krishnan,S.,&Venkatesh,B.(2015年)。 智能电网中的智能计量和智能电表的功能-评论。 IEEE。

Ciric,RM,Feltrin,AP和Ochoa,LF(2003)。 四线配电网络中的潮流-一般方法。 IEEE Transactions on Power Systems,18(4),1283-1290。

Depuru,SSSR,Wang,L。和Devabhaktuni,V。(2011)。 电力盗窃:概述,问题,预防和基于智能电表的控制盗窃的方法。 能源政策,39(2),1007-1015。

CSN团队。

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