基于大數(shù)據(jù)背景的電力調(diào)度數(shù)據(jù)智能估計(jì)技術(shù)研究

原野， 田園， 黃祖源， 保富， 閔侯

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心，云南 昆明 650500； 2.云南云電同方科技有限公司，云南 昆明 650500)

0 引 言

隨著當(dāng)前電力行業(yè)的飛速發(fā)展，社會(huì)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)于智能化電網(wǎng)提出了越來越高的要求[1]。電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力較先前有了顯著的提高，不但數(shù)據(jù)采樣精度得到了提高，且數(shù)據(jù)的采集量也有了顯著提高[2]。這些數(shù)據(jù)對(duì)于電力調(diào)度實(shí)時(shí)狀態(tài)的預(yù)估，以及電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性與穩(wěn)定性起到了至關(guān)重要的作用[3]。因此，數(shù)據(jù)的質(zhì)量顯得十分的重要。由于外部干擾及其他多方面的因素影響，電力系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)在傳輸過程中無法避免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的電力調(diào)度狀態(tài)預(yù)估以及安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利的影響[4]。因此需要根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的檢測(cè)與辨識(shí)[5]。

1 錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)

目前對(duì)于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)與辨識(shí)的主要是基于狀態(tài)估計(jì)策略實(shí)現(xiàn)。基于獨(dú)立存在的單一數(shù)據(jù)切面的狀態(tài)估計(jì)對(duì)于多個(gè)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的辨識(shí)大概率會(huì)出現(xiàn)殘差污染和殘差淹沒，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的誤檢和漏檢?；陔娏φ{(diào)度大數(shù)據(jù)背景的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，其狀態(tài)智能估計(jì)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的快速自主定位，完全能夠達(dá)到當(dāng)前電力調(diào)度所需的在線實(shí)時(shí)性要求[6]。

國(guó)內(nèi)國(guó)際上對(duì)于從多種方向?qū)﹄娏ο到y(tǒng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的研究。電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究重點(diǎn)主要涉及到如下幾個(gè)方面，即大數(shù)據(jù)的傳輸、大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及大數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算技術(shù)等。為了解決傳統(tǒng)方式的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)精度及效率較低的問題，借助于信息技術(shù)。本文的研究重點(diǎn)是基于電力調(diào)度大數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)移潮流策略的電力調(diào)度智能估計(jì)技術(shù)[7]。該技術(shù)以連續(xù)的切面數(shù)據(jù)為出發(fā)點(diǎn)，以此構(gòu)建潮流轉(zhuǎn)移數(shù)學(xué)模型，對(duì)電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生的變化與設(shè)備量測(cè)變化之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行深入研究，分析的邊界條件主要包括轉(zhuǎn)移潮流條件、節(jié)點(diǎn)功率平衡條件和變電站狀態(tài)估計(jì)等；對(duì)多種類型的量測(cè)和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的組合同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)定位進(jìn)行深入分析；對(duì)適用于多切面歷史數(shù)據(jù)下基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的量測(cè)數(shù)據(jù)辨識(shí)模型進(jìn)行搭建方法及錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的辨識(shí)策略的研究。

2 轉(zhuǎn)移潮流策略

電力系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)大致可以分為以下三種類型：首先是電力系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種測(cè)量設(shè)備檢測(cè)到的數(shù)據(jù)；其次是電力企業(yè)的營(yíng)銷數(shù)據(jù)，如工業(yè)電價(jià)、民用電價(jià)、商業(yè)電價(jià)、售電量和用電客戶信息等；最后是電力企業(yè)的內(nèi)部管理數(shù)據(jù)[8]。SCADA系統(tǒng)是智能化電網(wǎng)的重要組成部分，SCADA數(shù)據(jù)是電力系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備檢測(cè)的關(guān)鍵指標(biāo)，它的數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算和電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控起著十分重要的作用。因此采用電力調(diào)度智能估計(jì)技術(shù)對(duì)于SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析具有很重要的意義[9]。

SCADA數(shù)據(jù)會(huì)依據(jù)特定的規(guī)律實(shí)時(shí)刷新，時(shí)間軸上相鄰的兩個(gè)時(shí)刻的切面數(shù)據(jù)的差值能夠有效反映出這個(gè)時(shí)間段之內(nèi)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化的信息，即能夠反映出注入功率的變化情況和電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生重構(gòu)所引發(fā)的支路轉(zhuǎn)移潮流分布，這些信息中也包含了錯(cuò)誤量測(cè)信息。這就對(duì)前一時(shí)刻電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的精確性提出了更高的要求，即在進(jìn)行前一時(shí)刻電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的時(shí)候，電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤和其他數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤已經(jīng)能夠被正確地辨識(shí)出來，在實(shí)際運(yùn)用過程中，經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員維護(hù)過的狀態(tài)估計(jì)基本上能夠滿足要求[10]。能夠基本上反映電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)估計(jì)被稱為基態(tài)，其與當(dāng)前時(shí)刻切面數(shù)據(jù)進(jìn)行比較就能夠得出轉(zhuǎn)移潮流的分布情況。

(1)

T(t-1)定義為：

T(t-1)=YL[A(t-1)]TX(t-1)

(2)

式中：YL為電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣表達(dá)式;A(t-1)為t-1時(shí)刻電路的電流矩陣表達(dá)式;X(t-1)為t-1時(shí)刻電路的阻抗矩陣表達(dá)式。假定基態(tài)情況下電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿鞔_并且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔_，則T(t-1)是確定量。

(3)

T(t)定義為：

T(t)=YL(A(t))TX(t)

(4)

式中：A(t)為t時(shí)刻電路的電流矩陣表達(dá)式;X(t)為t時(shí)刻電路的阻抗矩陣表達(dá)式。

式(3)減去式(1)，可以得到：

(5)

3 電力調(diào)度智能估計(jì)原理

(1) 采用智能狀態(tài)估計(jì)技術(shù)對(duì)基態(tài)數(shù)據(jù)切面和當(dāng)前時(shí)刻數(shù)據(jù)切面實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)移潮流分布情況的分析，首先對(duì)當(dāng)前時(shí)刻數(shù)據(jù)切面質(zhì)量不滿足要求的幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。

(2) 對(duì)進(jìn)行準(zhǔn)確定位的幾個(gè)區(qū)域依次進(jìn)行母線功率平衡分析。

(3) 倘若對(duì)某區(qū)域的狀態(tài)進(jìn)行分析，得出母線功率處于平衡狀態(tài)的結(jié)論后，則跳過該區(qū)域?qū)ο聜€(gè)區(qū)域進(jìn)行母線功率平衡分析。如果得到母線處于不平衡狀態(tài)的信息，則進(jìn)一步深入分析每個(gè)元件的功率平衡狀態(tài)，具體包括線路變壓器的功率平衡性分析、線路首尾段的功率平衡性分析、雙回線路的功率差異性分析以及主變壓器的有功功率平衡性分析等。

(4) 對(duì)變壓器的分接頭狀態(tài)進(jìn)行檢查，確認(rèn)具體的類型以及所配置的檔位是否正確。

(5) 假設(shè)全部設(shè)備均處于功率平衡狀態(tài)，區(qū)域內(nèi)的多個(gè)數(shù)據(jù)遙測(cè)點(diǎn)均無異常，則對(duì)母線側(cè)斷路器的合閘狀態(tài)進(jìn)行檢查。對(duì)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償功能的電容器和電抗器的投切狀態(tài)進(jìn)行檢查，并檢查相關(guān)隔離開關(guān)和斷路器的遙信位置變化情況。

4 實(shí)證分析

選取某地區(qū)的電力系統(tǒng)為例，研究基于電力大數(shù)據(jù)技術(shù)的狀態(tài)智能估計(jì)技術(shù)，區(qū)域電力系統(tǒng)的接線如圖1所示。

圖1 某地區(qū)電力系統(tǒng)拓?fù)浜?jiǎn)圖

某時(shí)段內(nèi)對(duì)該地區(qū)的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)該時(shí)段內(nèi)的兩個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，算法自主對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，得到結(jié)果如下。

1)時(shí)刻1電力系統(tǒng)異常狀態(tài)分析

時(shí)刻1時(shí)，A區(qū)域的系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)由100%(滿值)下降到89%，系統(tǒng)定位A區(qū)域的500 kV母線處于不平衡狀態(tài)，不平衡功率達(dá)到了384 MW?；诖藢?duì)該母線線路變壓器的功率平衡狀態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)A區(qū)域的2號(hào)主變壓器三組繞組不平衡功率達(dá)到了380 MW，由此將問題定位到錯(cuò)誤量測(cè)。將此時(shí)刻高壓側(cè)有功功率值與歷史記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，參考實(shí)時(shí)系統(tǒng)繞組曲線差值為380 MW左右，有效地對(duì)問題定位進(jìn)行了驗(yàn)證。A區(qū)域的歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前切面數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 A區(qū)域500 kV母線潮流分布情況對(duì)比

母線功率處于不平衡狀態(tài)，一般情況下是由于線路變壓器處于不平衡狀態(tài)引起的。對(duì)線路變壓器平衡狀態(tài)進(jìn)行深入分析即可實(shí)現(xiàn)具體問題的有效定位。變壓器繞組功率平衡狀態(tài)分析如表2所示。

表2 變壓器繞組功率平衡

2) 時(shí)刻2電力系統(tǒng)異常狀態(tài)分析

時(shí)刻2時(shí)，B區(qū)域的系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)由100%(滿值)下降到72%，系統(tǒng)對(duì)母線線路變壓器進(jìn)行功率平衡分析均沒有發(fā)現(xiàn)存在功率不平衡現(xiàn)象，表明此時(shí)的遙測(cè)數(shù)據(jù)不存在問題。此時(shí)對(duì)該區(qū)域的電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如圖2所示。

圖2 B區(qū)域電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由該區(qū)域的電力系統(tǒng)拓?fù)浞治隹芍搮^(qū)域1號(hào)機(jī)組在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上是一個(gè)電力孤島。深入對(duì)多個(gè)斷路器的遙信變位情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)編號(hào)為801的斷路器遙信信號(hào)存在異常，出現(xiàn)遙信變位。問題時(shí)刻的切面801號(hào)斷路器遙信信號(hào)處于分?jǐn)酄顟B(tài)，導(dǎo)致1號(hào)機(jī)組及該區(qū)域的3A出線端計(jì)算潮流計(jì)算值為零，與實(shí)際的潮流分布情況存在巨大差異，從而定位出是斷路器的遙信信號(hào)存在變位現(xiàn)象?；诖髷?shù)據(jù)的多個(gè)斷路器的遙信信號(hào)，如表3所示。

表3 B區(qū)域斷路器遙信信號(hào)

通過上述實(shí)例分析，基于大數(shù)據(jù)背景的電力調(diào)度數(shù)據(jù)智能估計(jì)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)、高效、精準(zhǔn)地定位電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的遙信和遙測(cè)狀態(tài)跳變，為電力系統(tǒng)技術(shù)人員提供了便捷高效的解決方案。

5 結(jié)束語

基于大數(shù)據(jù)背景及潮流轉(zhuǎn)移策略的電力調(diào)度數(shù)據(jù)智能估計(jì)技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)SCADA數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)錯(cuò)誤辨識(shí)，從根本上解決了先前手工核驗(yàn)量測(cè)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)量大、處理效率低和人力成本高的問題，為電力技術(shù)人員提供了簡(jiǎn)單實(shí)用的工具。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，該策略能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)遙信、遙測(cè)狀態(tài)跳變的有效辨識(shí)和精準(zhǔn)定位，便于電力技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)解決實(shí)時(shí)問題，大大提高了SCADA的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)量測(cè)檢查能力。