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Linear Recursive State Estimation of Hybrid and Unbalanced AC/DC Micro-Grids using Synchronized Measurements

Résumé

In this paper, we present an exact (i.e. non-approximated) and linear measurement model for hybrid AC/DC micro-grids for recursive state estimation (SE). More specifically, an exact linear model of a voltage source converter (VSC) is proposed. It relies on the complex VSC modulation index to relate the quantities at the converters DC side to the phasors at the AC side. The VSC model is derived from a transformer-like representation and accounts for the VSC conduction and switching losses. In the case of three-phase unbalanced grids, the measurement model is extended using the symmetrical component decomposition where each sequence individually affects the DC quantities. Synchronized measurements are provided by phasor measurement units and DC measurement units in the DC system. To make the SE more resilient to vive step changes in the grid states, an adaptive Kalman Filter that uses an approximation of the prediction-error covariance estimation method is proposed. This approximation reduces the computational speed significantly with only a limited reduction in the SE performance. The hybrid SE is validated in an EMTP-RV time-domain simulation of the CIGRE AC benchmark micro-grid that is connected to a DC grid using 4 VSCs. Bad data detection and identification using the largest normalised residual is assessed with respect to such a system. Furthermore, the proposed method is compared with a non-linear weighted least squares SE in terms of accuracy and computational time.

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Linear least squares (LLS) is the least squares approximation of linear functions to data. It is a set of formulations for solving statistical problems involved in linear regression, including variants for ordinary (unweighted), weighted, and generalized (correlated) residuals. Numerical methods for linear least squares include inverting the matrix of the normal equations and orthogonal decomposition methods. The three main linear least squares formulations are: Ordinary least squares (OLS) is the most common estimator.
Régression linéaire
En statistiques, en économétrie et en apprentissage automatique, un modèle de régression linéaire est un modèle de régression qui cherche à établir une relation linéaire entre une variable, dite expliquée, et une ou plusieurs variables, dites explicatives. On parle aussi de modèle linéaire ou de modèle de régression linéaire. Parmi les modèles de régression linéaire, le plus simple est l'ajustement affine. Celui-ci consiste à rechercher la droite permettant d'expliquer le comportement d'une variable statistique y comme étant une fonction affine d'une autre variable statistique x.
Modèle linéaire généralisé
En statistiques, le modèle linéaire généralisé (MLG) souvent connu sous les initiales anglaises GLM est une généralisation souple de la régression linéaire. Le GLM généralise la régression linéaire en permettant au modèle linéaire d'être relié à la variable réponse via une fonction lien et en autorisant l'amplitude de la variance de chaque mesure d'être une fonction de sa valeur prévue, en fonction de la loi choisie.
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