配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)檢測與修正

韓寅峰，戴曉紅，徐重酉，康小平，潘媚媚

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

配電自動化系統(tǒng)可以清晰、準確地反映配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，為配電網(wǎng)調(diào)控人員提供第一手資料，其數(shù)據(jù)質(zhì)量是關(guān)系到配電網(wǎng)安全、可靠運行的關(guān)鍵因素。實時、準確、高質(zhì)量的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)有助于調(diào)控人員正確、全面地分析判斷電網(wǎng)狀態(tài)，若配電自動化系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)無法真實反映現(xiàn)場情況，調(diào)控人員便失去了日常決策和事故處理的依據(jù)[1－3]。

從寧波配電自動化系統(tǒng)多年的實際運行情況來看，配電自動化系統(tǒng)由于終端多、分布廣，部分配電終端運行環(huán)境惡劣、工況復雜，數(shù)據(jù)在采集、傳輸環(huán)節(jié)不可避免地存在誤差。因此，配電自動化主站系統(tǒng)存儲的實時采樣數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的概率遠高于調(diào)度自動化系統(tǒng)。

與此同時，饋線自動化動作的準確率較低，很大一部分也是由于配電終端上傳的遙測、遙信數(shù)據(jù)有誤，主站無法準確判斷故障點位置而引起的[4－5]。為此，通過深入分析影響配電自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的各項因素，并針對性地采取不良數(shù)據(jù)檢測與修正措施。

目前，配電網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量完善方法主要有狀態(tài)估計算法和不良數(shù)據(jù)辨識法。狀態(tài)估計算法利用測量數(shù)據(jù)的相關(guān)度和冗余度，采用計算機技術(shù)對運行參數(shù)進行處理，以有效獲得電力系統(tǒng)實時狀態(tài)信息，適用于量測點不足的應用場合；不良數(shù)據(jù)辨識法通過剔除粗大誤差提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，適用于數(shù)據(jù)精度不高的應用場合[6－9]。

文獻[6]提出了一種基于可信度的配電網(wǎng)不良數(shù)據(jù)辨識與修正方法，根據(jù)節(jié)點數(shù)據(jù)的可信度差異對不良數(shù)據(jù)進行修正，以配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的整體可信度最大為目標。文獻[7]提出了例行辨識、突變量啟動辨識與通信中斷辨識3種配電網(wǎng)不良數(shù)據(jù)辨識和結(jié)線分析方法，能夠在個別數(shù)據(jù)受到干擾時，得出正確的配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。文獻[8]提出了具有實用性的多源數(shù)據(jù)預處理技術(shù)，綜合利用上、下電壓等級的冗余量測數(shù)據(jù)，對部分不良數(shù)據(jù)進行修補，提高狀態(tài)估計輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量，避免數(shù)據(jù)預處理中的誤判和漏判。文獻[9]提出了一種基于負荷電流的抗差估計算法，將配電網(wǎng)中的功率量測變換為電流量測，實現(xiàn)了雅可比矩陣常數(shù)化和負荷電流實、虛部解耦求解，可對10 kV配電網(wǎng)非量測負荷進行修正。

為有效提升配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量、減少不良數(shù)據(jù)，以下在分析配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式的基礎(chǔ)上，采用計算機自動檢測手段，對存疑數(shù)據(jù)進行快速篩查和匯總分析；通過現(xiàn)場排查和終端消缺，實現(xiàn)了不良數(shù)據(jù)的修正，從而有效提升配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

1 配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分析

配電自動化主站數(shù)據(jù)可分為遙測數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)、遙控數(shù)據(jù)等。遙測數(shù)據(jù)包括線路電流和配電終端電池電壓；遙信數(shù)據(jù)包括斷路器/接地閘刀的分、合閘信號，間隔過流信號、交流輸入失電信號、電池模塊故障告警信號、通道投退情況等；遙控數(shù)據(jù)包括遙控預置和遙控執(zhí)行記錄，以及遙控成功和遙控失敗記錄。配電自動化系統(tǒng)的不良數(shù)據(jù)主要有以下幾類[10-13]：

（1）遙測突變，即俗稱的“毛刺”，表現(xiàn)為負荷曲線中單個數(shù)據(jù)的明顯變大/變小。

（2）遙測跳變，是指負荷曲線中數(shù)據(jù)的快速上跳/下跌，與突變不同的是，突變僅指單個數(shù)據(jù)的異常變化，而跳變是指數(shù)據(jù)點的變化速度過快。

（3）遙測不變化，表現(xiàn)為曲線拉直。需注意的是，若斷路器處于分位，則電流值始終為零，屬正常現(xiàn)象。

（4）饋線段兩端電流不平衡，表現(xiàn)為同一饋線兩側(cè)采樣得到的電流數(shù)值不一致且相差較大。

（5）此外，還有遙信頻繁變位、通道頻繁投退、遙信和遙測不對應、三相電流不平衡等各種數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。

這些不良數(shù)據(jù)干擾了調(diào)控人員的正常判斷和分析，降低了歷史數(shù)據(jù)庫的應用價值和各種高級應用軟件的計算精度，需加以分析和剔除。

2 不良數(shù)據(jù)檢測工具的開發(fā)與應用

面對配電自動化系統(tǒng)中存儲的海量運行數(shù)據(jù)，人工查找不良數(shù)據(jù)的工作量過于龐大，因此，必須利用信息化手段，開發(fā)不良數(shù)據(jù)自動檢測工具，從歷史數(shù)據(jù)庫中快速篩選存疑數(shù)據(jù)，為后續(xù)的篩查工作指明方向。

通過功能規(guī)范確定、軟件代碼開發(fā)、現(xiàn)場實際測試，開發(fā)的不良數(shù)據(jù)檢測軟件作為OPEN3200主站系統(tǒng)中的一個實用模塊，已在全國70余個地市供電公司投入使用。該軟件通過歷史數(shù)據(jù)庫接口讀取SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)中的歷史負荷數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測時間段、區(qū)域范圍和檢測項目，利用檢測及統(tǒng)計判據(jù)對配電自動化主站中的歷史采樣數(shù)據(jù)進行逐一掃描，并按間隔進行統(tǒng)計，形成分析報表，供后續(xù)使用。檢測軟件主界面如圖1所示。

圖1 不良數(shù)據(jù)檢測軟件主界面

2.1 遙測突變結(jié)果分析

遙測突變的數(shù)理定義如下：對于某一個遙測量，當某一時間采樣值和前后2個采樣點的值差百分比超過突變百分比閾值時，則定義為遙測突變；若采樣值小于零漂定值，將忽略此點。其中，零漂值和突變百分比閾值可設(shè)定，閾值參數(shù)的設(shè)置界面如圖2所示。

圖2 閾值參數(shù)設(shè)置界面

考慮到TA（電流互感器）的精度和DTU（站所終端）裝置測量誤差，設(shè)定零漂閾值為5 A，突變百分比閾值為100%，以躲過正常的負荷波動。表1列出了遙測突變較為頻繁的間隔，其中，突變百分比是指突變次數(shù)占總采樣點數(shù)的百分比。

表1 遙測突變統(tǒng)計

遙測突變主要由信道噪聲所致，部分由解合環(huán)操作、大功率電機啟動等引起，當負荷較小時也有TA零漂的因素。

2.2 遙測跳變結(jié)果分析

遙測跳變的數(shù)理定義如下：對于某一個遙測量，當某一時間采樣值超出前一個采樣點值的上、下百分比限值時，則定義為遙測跳變；若采樣值小于零漂定值，將忽略此點。其中，跳變上、下限百分比可設(shè)定。

遙測跳變成因有負荷快速攀升及下降、正常操作或事故所導致的停送電、通道投退、信道噪聲、TA零漂等，影響因素較為復雜。其中，TA零漂引起的遙測跳變可通過零漂定值躲過，毛刺所導致的遙測跳變可與遙測突變記錄相互印證，通道投退所導致的遙測跳變可與通道投退記錄相互印證，正常操作或事故處理中的停送電可與SOE（事件順序記錄）記錄相互印證。

設(shè)定零漂值為5 A，考慮到負荷增減的變化速度，通過對歷史負荷變化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，設(shè)定跳變下限百分比為50%，跳變上限百分比為200%，可有效躲過負荷的正常波動。

由于定值很難準確區(qū)分負荷正常變化和數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象（如圖3是一次負荷的突增突減所引起的遙測跳變，圖4是一次合解環(huán)操作引起的遙測跳變），遙測跳變的準確原因需要通過曲線比對、信號核查、操作票核實等多種手段進行逐一確認。

2.3 遙測不變化結(jié)果分析

圖3 負荷變化引起的遙測跳變

圖4 合解環(huán)操作引起的遙測跳變

遙測不變化的數(shù)理定義如下：若某一個遙測量超過一定時間，其采樣值未發(fā)生改變，則定義為遙測不變化；若采樣值小于零漂定值，將忽略此點。其中，零漂值和不變化時間限值可設(shè)定。

遙測不變化的最主要原因是通信中斷，其次為DTU采樣板或通信板故障所致；部分站點的遙測數(shù)據(jù)在主站被錯誤地設(shè)置為非實測值，或其電流狀態(tài)被錯誤地設(shè)置為不變化/無效；此外，采用中壓載波通信方式的單個站點的通道投退并不會在主站中記錄，需進行系統(tǒng)升級。

設(shè)定零漂值為5 A，考慮到夜間及輕負荷狀態(tài)下負荷波動較為緩慢，不變化時間限值設(shè)定為20 min。遙測不變化時間大于總時間50%的部分記錄如表2所示。

表2 遙測不變化統(tǒng)計

通過查看環(huán)網(wǎng)站圖發(fā)現(xiàn)，部分遙測不變化記錄是由于遙測數(shù)據(jù)未接入、遙測數(shù)據(jù)為非實測值、遙測數(shù)據(jù)工況退出、電流狀態(tài)被設(shè)置為不變化/無效等原因所致。此外，通過查閱通道投退記錄發(fā)現(xiàn)，有相當多的站點在發(fā)生遙測不變化時，沒有對應的通道投退記錄，需對ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）或DTU進行現(xiàn)場消缺。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，少量站點的負荷曲線呈階梯狀變化，如圖5所示，導致這種現(xiàn)象的原因是負荷較小時TA未進入線性區(qū)，工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

圖5 負荷呈階梯狀變化曲線

2.4 饋線段兩端電流不平衡結(jié)果分析

饋線段兩端電流平衡度的計算方法如下：實時檢測饋線段兩端的配電網(wǎng)斷路器A相電流值，計算其平衡度，包括出線斷路器所連的饋線段。其中，出線斷路器電流用負荷電流參與計算。

饋線段兩端電流不平衡如圖6所示，部分兩端電流不平衡度大于60%的饋線段詳見表3。饋線段一端電流為零的原因可能是DTU通信板故障、TA未接、遙測線松動等；饋線段兩端電流相差較大的可能原因是兩側(cè)TA變比不一致，需現(xiàn)場確認；表3中最后2行是由于GIS（地理信息系統(tǒng)）圖模對應錯誤所致。

2.5 通道頻繁投退分析

通道頻繁投退分析的數(shù)理定義如下：通道投退在一定的時間間隔內(nèi)超過投退次數(shù)閾值，則判斷為頻繁投退。其中，時間間隔和投退次數(shù)閾值可設(shè)定。

圖6 饋線電流不平衡曲線

通道投退累計超過1 000次的站點中，日均通道投退超過7次的站點清單如表4所示，可見：無線信道干擾嚴重、投退頻繁；部分光纖接入的站點由于DTU通信板或ONU設(shè)備穩(wěn)定性不高，亦出現(xiàn)了頻繁投退現(xiàn)象，需現(xiàn)場核查。

表4 通道頻繁投退統(tǒng)計

3 配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)修正措施

根據(jù)檢測結(jié)果，對不良數(shù)據(jù)較多的站點進行了全面排查，通過采取主站和終端參數(shù)修改、故障板卡更換、通信升級等各種措施，成效明顯。

從現(xiàn)場排查結(jié)果來看，導致“三遙”數(shù)據(jù)不正常的原因主要有：DTU板卡損壞、程序死機、DTU失電；網(wǎng)線松動、網(wǎng)口損壞、光纜受外力破壞、光鏈路中斷；輔助接點動作不到位等。此外，部分站點自行恢復正常[14－15]。

從數(shù)量上來看，因各種原因?qū)е翫TU或ONU失去電源，從而引起通道退出、通信中斷的站點占了大多數(shù)，包括電源插座松動、照明回路短路、低壓空氣開關(guān)跳閘、電源模塊故障、電源切換繼電器故障、電壓互感器柜熔絲熔斷、交流電源線漏接、端子排浸水等各種情況。此外，部分站點DTU或ONU死機，重啟后恢復；另有部分站點的CPU（中央處理器）模塊、遙測模塊或通信模塊出現(xiàn)故障，導致故障多次反復。

表3 饋線段兩端電流不平衡統(tǒng)計

另有部分站點的不正?，F(xiàn)象系人為所致，如TA短接片未取導致間隔過流信號不上送；TA漏裝導致間隔上送電流始終為零；通信網(wǎng)線插頭被拔下后未恢復導致站點通信中斷；斷路器柜內(nèi)分、合閘接線短路導致間隔信號壞數(shù)據(jù)。

經(jīng)現(xiàn)場消缺，相關(guān)站點均基本恢復正常。如某環(huán)網(wǎng)單元在消缺前通道頻繁投退，消缺后恢復正常，如圖7所示。

圖7 某環(huán)網(wǎng)單元消缺前、后的周負荷曲線

4 結(jié)語

配電自動化系統(tǒng)中，可靠的運行數(shù)據(jù)是一切工作的基礎(chǔ)。不良數(shù)據(jù)將給配電網(wǎng)調(diào)控人員帶來很大困擾，故需對配電自動化系統(tǒng)的不良數(shù)據(jù)進行檢測與修正。不良數(shù)據(jù)的產(chǎn)生具有隨機性，逐一檢查并不可取。利用統(tǒng)計規(guī)律，借助檢測軟件，對一定運行時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進行全面排查和分類統(tǒng)計，有助于從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，從而對異?，F(xiàn)象的根源進行準確定位。通過全面獲取異常數(shù)據(jù)，及時整改終端缺陷，可以大幅降低勞動強度，顯著提高配電自動化系統(tǒng)的運維水平。

到2018年底，浙江省配電自動化將基本實現(xiàn)城鄉(xiāng)區(qū)域全覆蓋，各類配電終端的數(shù)量將大幅增加。在此情形下，以運行數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的配電終端運維狀態(tài)檢修模式必將全面取代“地毯式”的定期巡檢模式，從而實現(xiàn)對配電自動化系統(tǒng)運行狀況的實時監(jiān)測和全面跟蹤，也為后續(xù)饋線自動化的全面應用和準確動作提供有力保障。

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