3.4 实时状态估计
实时状态估计，又称为实时网络状态分析，是电力系统高级应用PAS的一个重要组成部分。
其物理本意：指的是由于随机噪声及随机测量误差的存在，理想的运动或是测量方程均不能求出精确的状态向量X，为此只能通过统计学的方法加以处理，从而求出状态向量X的估计值。
在配电网实际应用中，实时网络状态估计主要根据电网监控与数据采集系统提供的较少而又包含错误的数据，尽可能得到完整而正确的实时网络状态，它是配电网络分析的数据之源。具有状态估计高级应用软件的配电自动化系统利用 SCADA断路器状态变化测数据并补充母线负荷预报的伪测量数据，准确地确定出实时网络接线和整个配电网的实时网络状态(即实时潮流)，提供网络分析的数据总来源。根据网络方程的最佳估计标准，对不良数据进行检测和辨识，剔除、修正不良数据，减小测量误差，提高估计精度，从而提高数据的可靠性，进而向其他软件提供可靠而全面的实时运行方式。除此之外，它还可以包括监视网络运行状态(报警和登记)、维护母线负荷预测和模型参数、变压器抽头估计、量测误差估计、量测系统分析和配置优化等功能。
由于配电系统与输电系统存在着很大区别，如配电系统三相负荷不平衡，配有大量电流量测，实时量测少，需由历史(统计)负荷数据产生大量伪量测，配电网络呈辐射状，闭合回路少等问题，因此配电系统状态估计有些特殊问题需要研究。在模型方面，一般采用三相三线或三相四线制潮流模型。由于有线路电流量测，三相分析中相与相之间存在耦合，不能用拓扑可观测性分析方法，必须用数值可观测性分析方法，用基尔霍夫电流定律列出节点电流平衡的量测方程。常规用的配电网络简化模型不完全适用于配电网络状态估计，需要考虑负荷模型等因素，配电网的状态估计算法也与输电网有所不同。因此，配电系统状态估计的实用化还要进一步研究。
在现行的配电网络监控体系中，以配电系统网络分析为核心形成的各种应用软件构成了配电网实时状态估计和控制系统。它们通过数据库联系在一起，每一应用软件都有统一的数据来源和使用格式，这些软件经过相互调用和渗透后组成一个灵活、可靠和方便的应用软件系统。配电网实时状态估计和控制的软件组织如图3-7所示。
实时状态估计系统的基本功能模块设计应包括以下五方面:
（1）实时数据采集与监视(SCADA)。它是电网最主要的数据来源，它向负荷预报提供实际的负荷数据，向状态估计提供斯路器状态(变化)和量测数据。
（2）负荷预报。其主要功能是利用SCADA数据在线进行超短期和短期的全网负荷预报，负荷预报层次模型由网络建模软件完成，预报参数由状态估计在线修改(或人工设定)。负荷预报为状态估计提供伪量测，为潮流提供未来的负荷数据，以组成假想方式。
(3)电力系统短路计算。短路电流计算是电力系统最常用的计算之一。不论选择、校验电气设备的性能，还是继电保护装置的整定计算，都需要进行短路电流计算。
其具体功能应包括以下三方面:
1)可选用实时网络状态进行在线短路电流计算，也可以通过历史数据或潮流计算结果进行离线短路电流计算。
2)通过对画面的操作，可方便地指定短路位置，或指定自动短路计算组。
3)可以方便地通过网图、活动窗口、编辑器观察故障点及相邻母线、线路的电流、电压值及全网电流、电压分布。
(4)潮流计算。即根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分布及功率损耗等。
潮流计算的主要功能应包括:
1)提供多种算法，可以选择其中一种。
2)数据有多种来源，可以取实时、历史和未来的各种运行方式。
3)从网络建模取新建的运行方式。
4)从保存的运行方式中取历史方式。
5）从状态估计取实时方式。
(5)状态估计，也称为实时网络状态分析。它利用SCADA的断路器状态和量测数据并补充母线负荷预报的伪量测数据，检测与辨识不良数据，估计出全配电网的实时网络状态，向其他应用软件提供可靠而全面的实时运行方式。
随着城市的不断发展和社会的进步，城市配电网系统规模日益扩大，人们对电力系统的可靠性要求也逐步提高，配电网实时状态估计的作用随之增大。配电网实时状态估计功能顺利实现的重点和难点逐渐转移到配电网关键节点重要电气量(如电压、电流、相角等)的监测与收集上。
广域测量技术(WAMS)的出现能够较好地解决配电网重要节点电气量精确测量的难题。在广域测量技术应用中，基于GPS的同步相量测量单元(PMU)是一种新型的高精度测量装置，它具有同步相量测量、时钟同步、运行参数监视、实时记录数据及暂态过程监录等功能。配电网应用广域测量技术时，GPS 提供精确的同步时钟，PMU通过把远方各点电压波形的过零时刻或相对于某一时刻的初相角传到监控中心，通过比较波形过零时刻或初相角而得到各母线的电压相角。这样，配电网关键节点的电压幅值和相角将可直接测得，从而使配电网中的状态估计完全成为状态测量，大大提高了配电网实时状态的监控效率。