淺談如何提高狀態(tài)估計(jì)合格率①

張霞 尚春山

摘 要：為了提高狀態(tài)估計(jì)軟件的各項(xiàng)運(yùn)行率指標(biāo)，本文闡述了狀態(tài)估計(jì)的功能和概念，根據(jù)狀態(tài)估計(jì)的原理，分析了提高狀態(tài)估計(jì)合格率的措施，并指出了狀態(tài)估計(jì)不準(zhǔn)確時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：提高 狀態(tài)估計(jì) 合格率

中圖分類(lèi)號(hào)：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0157-02

由于遠(yuǎn)動(dòng)裝置采集數(shù)據(jù)存在誤差，在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)也有誤差，使得遙測(cè)數(shù)據(jù)存在不同程度的誤差和不可靠性。此外，由于測(cè)量裝置在數(shù)量上及種類(lèi)上的限制，往往無(wú)法得到電力系統(tǒng)分析所需的完整、足夠的數(shù)據(jù)。為提高遙測(cè)量的可靠性和完整性，需要進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。

狀態(tài)估計(jì)是PAS系統(tǒng)的主要軟件模塊，是電網(wǎng)分析軟件的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)PAS系統(tǒng)的正確應(yīng)用具有十分重要的意義。為了幫助調(diào)度員掌握電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，解決和分析系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的各種問(wèn)題，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，應(yīng)努力提高狀態(tài)估計(jì)模塊中的遙測(cè)估計(jì)合格率。

1 狀態(tài)估計(jì)的基本概念

狀態(tài)估計(jì)是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線的信息、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、一組有冗余的模擬量測(cè)值和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，求取可以描述電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行情況的狀態(tài)量、母線電壓幅值和相角的估計(jì)值，并校核實(shí)時(shí)量測(cè)量的準(zhǔn)確性，通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)估計(jì)程序能夠提高數(shù)據(jù)精度，濾掉不良數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充一些量測(cè)值，為電力系統(tǒng)在線網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用提供可靠而完整的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

狀態(tài)估計(jì)的已知量來(lái)自網(wǎng)絡(luò)模型和SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其中，網(wǎng)絡(luò)模型和遙信共同決定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；而對(duì)遙測(cè)則分別構(gòu)造自己的量測(cè)方程，賦予不同的權(quán)重，疊加形成狀態(tài)估計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。通常采用加權(quán)最小二乘法來(lái)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，即取各個(gè)量測(cè)量加權(quán)的量測(cè)誤差平方的代數(shù)和作為目標(biāo)函數(shù)。

2 影響狀態(tài)估計(jì)合格率的因素

從狀態(tài)估計(jì)的原理來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)模型或量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差將引起目標(biāo)導(dǎo)納矩陣或量測(cè)方程改變，從而對(duì)狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算精度或數(shù)據(jù)穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生影響，是影響狀態(tài)估計(jì)遙測(cè)合格率的主要因素。

2.1 網(wǎng)絡(luò)模型的合理性

影響狀態(tài)估計(jì)收斂性的因素很多，電網(wǎng)模型是否合理尤為重要。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)模型的變化將引起節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣發(fā)生變化，從而改變潮流方程和目標(biāo)函數(shù)，最終改變狀態(tài)估計(jì)結(jié)果。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模型偏差較大時(shí)，將可能影響計(jì)算結(jié)果的精度和穩(wěn)定性，甚至可能導(dǎo)致計(jì)算不收斂。另外，一些外部網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有等值模型，邊界部分的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況會(huì)出現(xiàn)偏差。

2.2 參數(shù)的合理性

設(shè)備參數(shù)的合理性也影響著狀態(tài)估計(jì)的收斂性，因?yàn)樵O(shè)備參數(shù)的誤差也會(huì)引起節(jié)電導(dǎo)納矩陣的變化，從而使?fàn)顟B(tài)估計(jì)結(jié)果產(chǎn)生誤差與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)存在誤差，設(shè)備參數(shù)的偏差將使所建立的網(wǎng)絡(luò)模型產(chǎn)生偏差，例如，當(dāng)某個(gè)設(shè)備的電抗值或電納值特別大或者特別小的時(shí)候，就會(huì)引起狀態(tài)估計(jì)不收斂。

2.3 實(shí)時(shí)量測(cè)質(zhì)量的保證

實(shí)時(shí)量測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量保證應(yīng)從以下三個(gè)方面入手。

（1） 對(duì)于遙測(cè)數(shù)據(jù)，如果個(gè)別測(cè)點(diǎn)存在大的錯(cuò)誤，狀態(tài)估計(jì)本身的不良數(shù)據(jù)檢測(cè)和辨識(shí)可以將其剔出，計(jì)算中不使用該點(diǎn)。但如果有相關(guān)聯(lián)的一片遙測(cè)數(shù)據(jù)都存在大的錯(cuò)誤，則很容易造成所謂的殘差污染，這些測(cè)點(diǎn)迭代過(guò)程中也很難滿足收斂條件。

（2） 對(duì)于遙信數(shù)據(jù)，狀態(tài)估計(jì)的不良遙信辨識(shí)即遙信預(yù)處理能夠辨識(shí)出一些錯(cuò)誤的遙信數(shù)據(jù)，但如果遇到特殊接線或同時(shí)存在遙測(cè)的錯(cuò)誤情況，則有可能造成錯(cuò)誤的遙信不能被辨識(shí)出來(lái)，將導(dǎo)致模型中的導(dǎo)納矩陣錯(cuò)誤，影響到狀態(tài)估計(jì)的收斂性。

（3） 量測(cè)的覆蓋率和狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確率依靠量測(cè)的冗余度，信息陣的角元素隨著量測(cè)增多而增大，其逆矩陣則相反。從物理意義上說(shuō)，即量測(cè)值越多，則誤差越小，估計(jì)越精確。當(dāng)缺少測(cè)點(diǎn)時(shí)，狀態(tài)估計(jì)會(huì)根據(jù)量測(cè)轉(zhuǎn)化的原理進(jìn)行可觀測(cè)性分析，對(duì)于不能推出的測(cè)點(diǎn)，狀態(tài)估計(jì)也能夠自動(dòng)添加偽量測(cè)值。但是，當(dāng)量測(cè)覆蓋率較低時(shí)，大片的測(cè)點(diǎn)都需要添加偽量測(cè)值，從而難以保證其值的準(zhǔn)確性，也會(huì)影響狀態(tài)估計(jì)迭代的收斂。

3 消除網(wǎng)絡(luò)模型偏差的主要措施

3.1 整個(gè)電力系統(tǒng)是從電廠經(jīng)過(guò)變電站再到負(fù)荷的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，不同的電壓等級(jí)通過(guò)變壓器相連，不同的廠站通過(guò)線路相連

建模前，首先要根據(jù)本級(jí)調(diào)度范圍理清“網(wǎng)絡(luò)建模”的范圍，調(diào)度管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)都應(yīng)該包括在“網(wǎng)絡(luò)建?！狈秶鷥?nèi)，非調(diào)度管轄范圍的部分可以外推一層。

3.2 非調(diào)度管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)需要進(jìn)行如下等值處理

（1）外網(wǎng)邊界等值成機(jī)組。

（2）內(nèi)網(wǎng)或下級(jí)聯(lián)絡(luò)的邊界等值成負(fù)荷。

（3）能對(duì)本系統(tǒng)提供功率支持的外部線路等值成發(fā)電機(jī)，只從本系統(tǒng)吸收功率的外部線路等值成負(fù)荷。

（4）一般情況下，將220 kV以上的邊界線路等值成發(fā)電機(jī)，110 kV及以下邊界線路等值成負(fù)荷。

（5）對(duì)一些低壓線路，如果對(duì)端廠站不建模，可直接將這些線路建成負(fù)荷。

（6）SCADA傳來(lái)的遙測(cè)數(shù)據(jù)（有功、無(wú)功）沒(méi)有統(tǒng)一的正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)，不能正確表達(dá)潮流的方向，這將給狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算帶來(lái)很大的困擾。因此整理遙測(cè)極性，使SCADA遙測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一而合理，是建立正確網(wǎng)絡(luò)模型的前提。

3.3 消除參數(shù)偏差的主要措施

由于計(jì)算時(shí)需要得到每一個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納值和互導(dǎo)納值，因此參與建模的各設(shè)備的參數(shù)必須保證其完整性和準(zhǔn)確性，具體包括以下措施。

（1）加強(qiáng)對(duì)參數(shù)的維護(hù)和核查工作。

（2）加強(qiáng)參數(shù)管理工作，一旦因改造或運(yùn)行方式改變等原因而導(dǎo)致參數(shù)改變，應(yīng)及時(shí)通知PAS維護(hù)人員修改參數(shù)。

（3）利用狀態(tài)估計(jì)結(jié)果校核參數(shù)。如果網(wǎng)絡(luò)建模正確、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)核查正確，但狀態(tài)估計(jì)結(jié)果與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)間存在較大偏差，就需考慮相關(guān)參數(shù)可能存在錯(cuò)誤，應(yīng)進(jìn)行核實(shí)。

4 消除實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)偏差的主要措施

作為狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)之一，遙信、遙測(cè)量測(cè)值對(duì)于狀態(tài)估計(jì)結(jié)果起著決定性的作用，需要保證其準(zhǔn)確性和完整性。

量測(cè)系統(tǒng)的主要問(wèn)題有兩個(gè)方面：量測(cè)錯(cuò)誤和量測(cè)不完整。

對(duì)于量測(cè)錯(cuò)誤問(wèn)題，狀態(tài)估計(jì)中的遙測(cè)預(yù)處理中給出了可疑數(shù)據(jù)的情況，我們可以利用線路首末端不平衡、母線注入不平衡等手段，進(jìn)行相應(yīng)排查，以確保其準(zhǔn)確性。

對(duì)于量測(cè)質(zhì)量差的測(cè)點(diǎn)，為了不影響實(shí)時(shí)計(jì)算的準(zhǔn)確性，可在其修正前，將其屏蔽或者設(shè)置合適的偽量測(cè)，還可以暫時(shí)降低其權(quán)重，達(dá)到同樣的效果。

對(duì)于量測(cè)不完整的情況，可以檢查狀態(tài)估計(jì)的覆蓋率指標(biāo)，并查看不可觀測(cè)點(diǎn)列表。如果覆蓋率低于100%，有不可觀測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明存在關(guān)鍵量測(cè)點(diǎn)的缺失，這時(shí)我們應(yīng)檢查各前置通道，按照系統(tǒng)的提示補(bǔ)充相應(yīng)的量測(cè)點(diǎn)。

5 狀態(tài)估計(jì)不收斂的常規(guī)排查

引起狀態(tài)估計(jì)不收斂常見(jiàn)的問(wèn)題有電容器容量有誤、線路電納值出錯(cuò)、量測(cè)稀少和遙信、遙測(cè)預(yù)處理有錯(cuò)等。

（1）電容器容量有誤、線路電納值出錯(cuò)，如果太多的廠站無(wú)量測(cè)也有可能不收斂。迭代信息表中的信息一般能夠提供幫助。

（2）遙信預(yù)處理和遙測(cè)預(yù)處理中的錯(cuò)誤，絕大多數(shù)為實(shí)際遙測(cè)、遙信有誤或連接關(guān)系有誤，例如：對(duì)于線路或變壓器功率不平衡，如果實(shí)際檢查遙測(cè)無(wú)誤，則有可能是參數(shù)不對(duì)；遙信預(yù)處理中的錯(cuò)誤通常由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的類(lèi)型錯(cuò)誤引起。

應(yīng)該指出，狀態(tài)估計(jì)對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化信息提出了更高的要求，只有當(dāng)基礎(chǔ)遙測(cè)和遙信布點(diǎn)全、差錯(cuò)少時(shí)，狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確率才會(huì)提高。

6 狀態(tài)估計(jì)不準(zhǔn)確時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

狀態(tài)估計(jì)錯(cuò)誤很多時(shí)，可先從末端廠站查起。也可先全部排除低電壓等級(jí)的廠站，單獨(dú)試驗(yàn)最高電壓等級(jí)的廠站。再按電壓等級(jí)順序逐個(gè)加入被排除的廠站再檢查結(jié)果。

多回線、環(huán)線上的潮流分布和線路的阻抗密切相關(guān)。如果線路參數(shù)不準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行情況可能大相徑庭，應(yīng)盡量采用相對(duì)準(zhǔn)確的實(shí)測(cè)值；另外，母線等遙信不正確也可能導(dǎo)致多回線上的計(jì)算結(jié)果不正確：對(duì)于母聯(lián)/旁路、電容器斷路器、雙母線對(duì)應(yīng)的兩個(gè)斷路器、無(wú)遙測(cè)線路（或變壓器）的斷路器，狀態(tài)估計(jì)遙信預(yù)處理不能判斷他們的正確位置，應(yīng)該經(jīng)常檢查保證正確。

通道退出等原因?qū)е氯緹o(wú)遙測(cè)、遙信的廠站，如果確實(shí)要參與計(jì)算而不能排除的，應(yīng)通過(guò)人工設(shè)置，至少保證其遙信正確。

對(duì)于無(wú)法立刻改進(jìn)錯(cuò)誤的量測(cè)可以設(shè)置人工偽量測(cè)值，一旦量測(cè)恢復(fù)正常后，再取消人工偽量測(cè)點(diǎn)。

7 結(jié)論

為了提高狀態(tài)估計(jì)的合格率，我們需建立正確、完整的電網(wǎng)模型，需在數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入合理的設(shè)備參數(shù)，需SCADA系統(tǒng)提供高質(zhì)量的實(shí)時(shí)量測(cè)，最重要的是要長(zhǎng)期做好PAS系統(tǒng)的維護(hù)工作。

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