基于動態(tài)參數(shù)變化的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計維護研究

陳筱陸 石菊增 郭偉琪 侯君

摘要：為提高電網(wǎng)狀態(tài)估計準(zhǔn)確性和查找狀態(tài)估計問題速度，以臨沂電網(wǎng)EMS系統(tǒng)為對象，研究了以動態(tài)參數(shù)維護及觀測為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計維護方法，實現(xiàn)了對拓?fù)洹⒆杩沟榷喾N參數(shù)變化情況的全面迅速掌握，并建立了實用的維護輔助決策系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)估計;參數(shù)動態(tài)變化;輔助決策

中圖分類號：TM711 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0199-02

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大及電網(wǎng)自動化水平的不斷提高，作為電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）高級應(yīng)用軟件實用化的基礎(chǔ)[1-3]，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計發(fā)揮著越來越重要的作用。而日趨復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和龐大電網(wǎng)規(guī)模為電網(wǎng)狀態(tài)估計維護帶來了巨大的困難[4-5]。本文從電網(wǎng)參數(shù)的動態(tài)變化入手，建立針對不同類型參數(shù)的分類管理監(jiān)測機制，通過實用輔助系統(tǒng)的的建立，大大降低狀態(tài)估計維護難度，提高狀態(tài)估計維護效率。

一、狀態(tài)估計影響因素分類

狀態(tài)估計即根據(jù)SCADA提供的實時信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆治鼋Y(jié)果及其它相關(guān)數(shù)據(jù)，實時地給出電網(wǎng)內(nèi)各母線電壓（幅值和相位），各線路、變壓器等支路的潮流，各母線的負(fù)荷和各發(fā)電機出力。影響狀態(tài)估計的主要因素有拓?fù)溥B接關(guān)系、元件模型、元件電氣參數(shù)、實時遙信和遙測，相互間關(guān)系如圖1所示。

其數(shù)學(xué)如公式1所示：

（1）

式中，z為狀態(tài)估計結(jié)果;為狀態(tài)估計結(jié)果與參數(shù)的函數(shù);m為原件模型;x為實時遙測與遙信;p為電氣參數(shù);s為拓?fù)滏溄雨P(guān)系。

在四種影響因素中，拓?fù)溥B接關(guān)系及元件模型決定了電網(wǎng)基本的結(jié)構(gòu)，在建立維護中，出現(xiàn)錯誤的可能性較小，但一旦出錯，對狀態(tài)估計的影響極為巨大，很可能直接導(dǎo)致狀態(tài)估計計算不收斂。元件電氣參數(shù)數(shù)據(jù)龐大，人工填寫工作量大，由于數(shù)字無規(guī)律且為多位小數(shù)，出錯可能性相對較大，但出現(xiàn)錯誤后對狀態(tài)估計影響較小，尤其是現(xiàn)有狀態(tài)估計軟件普遍具有參數(shù)辨識及自動修正功能，可有效減小參數(shù)出錯情況下對狀態(tài)估計數(shù)據(jù)的影響，與其他相比參數(shù)，主變檔位數(shù)及運行檔位對狀態(tài)估計影響較大，在計算其影響時需區(qū)別對待。由于電壓等級多，量測元件數(shù)目龐大，實時遙信/遙測是否對應(yīng)在各種影響因素中是最容易出現(xiàn)問題的因素，尤其是開關(guān)、刀閘位置遙信位置錯誤對狀態(tài)估計的準(zhǔn)確性具有重大的影響，高電壓等級開關(guān)、刀閘遙信位置的錯誤將會導(dǎo)致大量下級變電站狀態(tài)估計的計算，某些樞紐變電站關(guān)鍵開關(guān)、刀閘位置的錯誤將會直接導(dǎo)致整個系統(tǒng)狀態(tài)估計計算出現(xiàn)不收斂現(xiàn)象。

各種因素出錯可能性及對狀態(tài)估計影響總結(jié)如表1所示。

表1 狀態(tài)估計影響因素總結(jié)

影響因素 出錯可能性 對狀態(tài)估計影響

拓?fù)溥B接關(guān)系 小 大

元件模型 小 大

元件電氣參數(shù) 中 ?。ㄖ校?/p>

實時遙信遙測 大 大

二、各影響因素主要問題分析

現(xiàn)代能量管理系統(tǒng)軟件普遍采用圖模庫一體化功能，自動化維護人員在建立電網(wǎng)模型的過程中可有效避免圖形元件同數(shù)據(jù)庫的對應(yīng)問題，從而大大減少了維護人員的工作量，但由于大電網(wǎng)的復(fù)雜性、時間的緊迫性及自動化人員水平差異等原因，往往會出現(xiàn)許多錯誤，從而影響狀態(tài)估計的準(zhǔn)確性。狀態(tài)估計影響因素參數(shù)的主要錯誤具有不同的特點，每項影響因素對狀態(tài)估計產(chǎn)生影響的主要問題的如表2所示。

表2 各影響因素主要問題

影響因素 主要問題

拓?fù)溥B接關(guān)系 各電氣元件端口連接是否正確

元件模型 元件模型是否與實際一致

元件電氣參數(shù) 阻抗與導(dǎo)納等參數(shù)填寫是否正確

實時遙信與遙測 是否正確關(guān)聯(lián)元件，所取數(shù)據(jù)是否正確

三、評價體系建立

在復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，電網(wǎng)某一元件出現(xiàn)參數(shù)錯誤往往影響有電氣連接的多個元件的狀態(tài)估計計算出現(xiàn)偏差，甚至導(dǎo)致全網(wǎng)狀態(tài)估計計算錯誤，為排除冗余信息干擾，快速定位問題所在，需根據(jù)各影響因素的特點，建立科學(xué)的評價體系，對各個不合格的狀態(tài)估計量測點進行排序，從而降低狀態(tài)估計維護消缺工作的難度。

本文針對不同影響因素出現(xiàn)問題時的影響，對全網(wǎng)模型建立了影響值指標(biāo)，以此表示元件自動化信息出現(xiàn)問題對狀態(tài)估計指標(biāo)降低的影響程度，其具體的表達式為：

式中：N為元件影響值;n1為拓?fù)溥B接關(guān)系影響值，其數(shù)值根據(jù)元件所連接的元件數(shù)及所連接的元件電壓等級確定;n2為元件模型影響值，其數(shù)值根據(jù)元件類型（如母聯(lián)開關(guān)、變壓器等）及元件的電壓等級確定;n3為元件電氣參數(shù)影響值，其數(shù)值根據(jù)元件類型、是否填寫及參數(shù)是否異常等因素確定;n4為實時遙信與遙測影響值，其數(shù)值跟軍遙信/遙測是否對應(yīng)、元件不平衡度及遙測信息是否突變等因素確定;ai為各因素相應(yīng)權(quán)重，數(shù)值受由各種因素出錯對狀態(tài)估計影響決定，在確定權(quán)重值時，應(yīng)突出元件模型及拓?fù)溥B接關(guān)系的先決性，其相應(yīng)權(quán)重值較大。

當(dāng)出現(xiàn)狀態(tài)估計錯誤時，相應(yīng)元件進行影響值計算，并根據(jù)影響值大小進行排序，自動化維護人員即可根據(jù)影響值排序快速定位問題所處元件。需要注意的是，由于狀態(tài)估計影響的區(qū)域性，在判斷問題潛在元件時，應(yīng)適當(dāng)擴大元件范圍。

四、以動態(tài)參數(shù)變化為依據(jù)的狀態(tài)估計維護方案

目前，各級電網(wǎng)對電網(wǎng)狀態(tài)估計重視程度逐漸增大，指標(biāo)要求不斷提高，但相關(guān)維護輔助工具缺乏，僅采用斷面提示信息的方式，該種方式具有很大的局限性，冗余干擾信息較多，尤其在狀態(tài)估計出現(xiàn)計算不收斂時，相關(guān)提示不具有參考性。本文以評價體系及動態(tài)參數(shù)對比為基礎(chǔ)，制定了一套針對動態(tài)參數(shù)對比的狀態(tài)估計維護方案，如圖2所示。以某一合格率較高的狀態(tài)估計斷面為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)自動比對相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的變化，如元件的新增、拓?fù)潢P(guān)系的改變、電氣參數(shù)的變動等，通過閉環(huán)的循環(huán)控制，使?fàn)顟B(tài)估計的合格率不斷提高，可以有效的提高狀態(tài)估計維護工作效率，減少自動化人員維護工作量。

在流程中，初始斷面的選擇影響著整個程序運行的效率，電網(wǎng)拓?fù)渫晟?、元件模型恰?dāng)、電氣參數(shù)填寫正確、實時數(shù)據(jù)良好的斷面將大大縮短系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行的時間，從而盡量少的引入人工維護處理，故建議使用最為接近的狀態(tài)估計收斂的斷面作為初始短命，并應(yīng)將一些質(zhì)量良好的斷面作為備案資料進行保存，以便以后維護工作使用。

在判斷環(huán)節(jié)，為排除負(fù)荷短時間波動對狀態(tài)估計維護的影響，在判斷合格率是否高于初始斷面及是否下降時可設(shè)定一定的閾值，當(dāng)上升/下降的數(shù)值高于閾值時判斷為是，否則忽視其變動，正常運行。為保證其余電力系統(tǒng)高級應(yīng)用的需要，當(dāng)出現(xiàn)狀態(tài)估計合格率下降后，狀態(tài)估計不應(yīng)停止計算，應(yīng)在保存變動數(shù)據(jù)后，根據(jù)實時信息繼續(xù)進行計算，從而為維護人員提供具有時標(biāo)的電網(wǎng)信息變動記錄，為電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護提供類似事故追憶的參考資料，以發(fā)展的角度對比電網(wǎng)狀態(tài)的變化，以便更為迅速查找問題的關(guān)鍵點，提高維護處理環(huán)節(jié)的效率。

基于該流程，開發(fā)了相應(yīng)的狀態(tài)估計輔助決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)以圖形可視的方式列出了狀態(tài)估計計算出現(xiàn)不收斂等問題時參數(shù)的動態(tài)變化，如圖3所示維護工作人員可根據(jù)維護需要，選擇需查看的參數(shù)變化類型，如參數(shù)錯誤、主變實時檔位錯誤等。在維護界面中，列出了前后狀態(tài)的變化，并給出了出現(xiàn)問題的分析結(jié)果，有力地支持了狀態(tài)估計維護工作的進行。

五、結(jié)束語

在建立狀態(tài)估計元件評價體系的基礎(chǔ)上，本文提出了基于動態(tài)參數(shù)變化的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計維護方法，并開發(fā)了相應(yīng)的狀態(tài)估計輔助決策系統(tǒng)。該輔助決策系統(tǒng)實現(xiàn)了潛在問題元件參數(shù)評價、參數(shù)狀態(tài)變化等功能，解決了當(dāng)前狀態(tài)估計輔助維護工具缺乏、問題元件定位困難的現(xiàn)狀，有助于提高網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量，為電力高級應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）