智能變電站數(shù)據(jù)辨識模塊開發(fā)與實現(xiàn)

李靖霞，鐘昀，施廣德，陳琦

(國電南京自動化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

智能變電站采用先進的智能設備，能自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等項工作，同時變電站具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級應用功能。隨著智能電網(wǎng)的不斷建設，作為智能電網(wǎng)重要支撐節(jié)點的變電站正逐漸向智能變電站發(fā)展。

智能變電站的“智能”表現(xiàn)在智能設備和智能高級應用上。數(shù)據(jù)辨識模塊作為高級應用的一部分，是其他應用的基礎。智能變電站采集到的數(shù)據(jù)是全景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量很大，對這些數(shù)據(jù)進行分析整理，辨別出不良數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)辨識模塊的基本功能。

智能變電站的通信服務基于IEC 61850系列標準。國家電網(wǎng)發(fā)布的《智能變電站技術導則》提出智能變電站宜建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺，供各子系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準化、規(guī)范化存取訪問以及與調(diào)度等其他系統(tǒng)進行標準化交互。而調(diào)度等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型遵循的是IEC 61970系列標準。為了與調(diào)度系統(tǒng)進行標準化交互，智能變電站的建模采用的是與數(shù)據(jù)采集相關的二次設備，采用IEC 61850系列標準建模，一次設備模型采用IEC 61970系列標準建模，一次設備、二次設備的映射關系在2個標準中都有所涉及，但都不完備，目前系統(tǒng)所采用的一次映射模型、二次映射模型是結(jié)合工程實際經(jīng)驗來構(gòu)建的。

1 數(shù)據(jù)辨識模塊功能

智能數(shù)據(jù)辨識模塊的主要功能是對采集到的數(shù)據(jù)進行分析辨識，標識出不合理數(shù)據(jù)和不良數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)其他應用提供更準確可靠的基礎數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)辨識模塊的主要功能可分為數(shù)據(jù)合理性檢測和不良數(shù)據(jù)檢測2部分，同時，數(shù)據(jù)辨識模塊的結(jié)果相當于狀態(tài)估計的預處理，狀態(tài)估計可直接在數(shù)據(jù)辨識的基礎上進行分析計算。

數(shù)據(jù)辨識模塊的主要步驟是先從數(shù)據(jù)庫讀取量測值和狀態(tài)量，然后根據(jù)拓撲分析結(jié)果對不良開關狀態(tài)量進行標識辨別并修正，再做第2次拓撲分析，此次拓撲分析結(jié)果有較高的正確性。在該結(jié)果基礎上做數(shù)據(jù)合理性檢測和不良數(shù)據(jù)檢測，最后顯示數(shù)據(jù)辨識結(jié)果。數(shù)據(jù)辨識模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)辨識模塊結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)合理性檢測

2.1 母線功率平衡檢測

母線功率平衡檢測是根據(jù)母線設備的拓撲關系，檢測與之相關的功率量測總和是否平衡。流入、流出母線的功率總和應為0，即

(1)

式中：k為拓撲母線的序號；n為第k條拓撲母線下注入功率量測個數(shù)；Pki為第k條拓撲母線的第i個注入有功功率；Qki為第k條拓撲母線的第i個注入無功功率。

在實際計算時，由于量測存在誤差，所以給出允許的限值，當功率總和在限值范圍內(nèi)時，則認為母線功率平衡。該項檢測顯示出功率不平衡的母線，可提醒運行人員檢查該母線對應的拓撲和量測，及時發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 并列母線電壓一致性檢測

并列母線電壓一致性檢測是對并列運行的實體母線均有量測時，對其一致性的判斷，即

(2)

對于有并列運行實體母線的拓撲母線，實體母線如都有有效電壓量測，則計算平均值，比較各母線電壓值與平均值的差，如在允許的限值內(nèi)，則代表電壓一致。

2.3 變壓器各側(cè)功率平衡檢測

變壓器各側(cè)功率平衡檢測是檢測變壓器各電壓側(cè)有功功率和無功功率是否平衡。若不考慮變壓器損耗，變壓器各側(cè)的功率總和應為0。在實現(xiàn)時考慮變壓器損耗，判斷功率總和是否超出允許限值，若超過，則判斷該變壓器各側(cè)功率不平衡。即

(3)

式中：k為變壓器的序號；n為第k個變壓器的各電壓等級繞組側(cè)，可為2或3；Pki為第k個變壓器的第i個電壓等級繞組側(cè)的有功功率；Qki為第k個變壓器的第i個電壓等級繞組側(cè)的無功功率。

2.4 有功、無功電流一致性檢測

有功、無功電流一致性檢測是指同一量測位置有功、無功電流和電流量測是否匹配。首先讀取該量測位置的電壓等級，獲得當前位置的電壓基準值，由有功、無功量測值和電壓基準值可計算出電流值。即

(4)

式中：I為電流；P為有功功率；Q為無功功率；U為電壓。

實現(xiàn)時，計算電流量測值與電流計算值的差，判斷其是否超出允許限值，若超出，則判斷該位置量測不一致。

3 不良數(shù)據(jù)辨識檢測

3.1 量測跳變檢測

量測跳變檢測是判斷模擬量測是否發(fā)生跳變的檢測。量測跳變檢測功能取當前量測值及前面連續(xù)2點量測值，用前面2點量測值作線性擬合，并由此推算出擬合的當前量測值，對比擬合值與實際值，判斷其是否超出限值。若超出，則繼續(xù)檢測同一位置其他量測是否跳變；若均有跳變，則可認為其為正常變化；若無跳變，則判斷該量測值為跳變。開關變位、負荷投切等都可能引起量測跳變。但在該功能實現(xiàn)時，未考慮開關變位和負荷投切等因素，而是將所有跳變的模擬量測標識出，最后由人工判斷跳變的量測，可為系統(tǒng)提供更準確的信息。

3.2 開關狀態(tài)與量測值一致性檢測

開關狀態(tài)與量測值一致性檢測就是拓撲錯誤檢測和辨識。開關狀態(tài)與量測值一致性檢測功能是獲得正確拓撲的基礎。該功能結(jié)合運行方式、潮流分布來檢測開關狀態(tài)量是否合理。主要關注的是量測值為打開狀態(tài)的開關，對其讀取其所在支路兩端的功率量測，若該開關供電端的功率量測值不為0，則認為該開關應為閉合狀態(tài)，量測值與開關狀態(tài)不一致。

3.3 開關狀態(tài)與標志牌一致性檢測

開關狀態(tài)與標志牌一致性檢測，是指開關設備本身的標志牌或開關所在間隔的標志牌信息與開關狀態(tài)是否一致的檢測。

3.4 變壓器分接頭正確性檢測

變壓器分接頭正確性檢測是指當變壓器各電壓側(cè)的母線電壓和有功、無功量測值都可用時，檢測有載調(diào)壓分接頭位置的準確性。

變壓器的分接頭檔位是離散量，不同檔位變比不同，可以采用窮舉法來估計當前分接頭的位置。

以雙繞組變壓器為例，已知變比和兩端電壓值，可得變壓器兩端的功率的計算值

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：i為變壓器首端非標準側(cè)節(jié)點編號；j為變壓器末端標準側(cè)節(jié)點編號；θij為節(jié)點i與節(jié)點j之間的相角差，計算時近似為0；Pij，Qij分別為節(jié)點i側(cè)的有功功率和無功功率量測計算值；Pji，Qji分別為節(jié)點j側(cè)的有功功率和無功功率量測計算值；ui，uj分別為節(jié)點i與節(jié)點j的電壓幅值；G，B為變壓器的電導和電納。

得到功率的計算值后，將功率的計算值與實際量測值比較，差值最小的即認為是當前分接頭位置。最后比較分接頭檔位的計算值和實際量測值，若一致，則分接頭量測正確；若不一致，則分接頭量測不一致，分接頭合理位置為計算值。

4 辨識結(jié)果顯示

數(shù)據(jù)辨識的結(jié)果直接寫在面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫中。其中一部分與一次設備相關的結(jié)果直接寫在設備對象下，如變壓器各側(cè)功率是否平衡的結(jié)果寫在變壓器設備對象下相對應的結(jié)果屬性中；另一部分辨識結(jié)果同與開關狀態(tài)離散量測相關的模擬量測一起寫入量測對象下。開關狀態(tài)量和量測值中的不良數(shù)據(jù)除了在數(shù)據(jù)庫中被標識外，通過配置也可直接在接線圖上用閃爍、變色等生動直觀的方式來標識。

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)辨識是智能變電站不可缺少的應用之一，在變電站一體化監(jiān)控平臺上開發(fā)和實現(xiàn)數(shù)據(jù)辨識功能，經(jīng)檢測能滿足智能變電站的監(jiān)控運行實際要求。

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