淺談如何提高狀態估計合格率①

張霞 尚春山

摘 要：為了提高狀態估計軟件的各項運行率指標，本文闡述了狀態估計的功能和概念，根據狀態估計的原理，分析了提高狀態估計合格率的措施，并指出了狀態估計不準確時應注意的問題。

關鍵詞：提高 狀態估計 合格率

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0157-02

由于遠動裝置采集數據存在誤差，在數據傳送過程中各個環節也有誤差，使得遙測數據存在不同程度的誤差和不可靠性。此外，由于測量裝置在數量上及種類上的限制，往往無法得到電力系統分析所需的完整、足夠的數據。為提高遙測量的可靠性和完整性，需要進行狀態估計。

狀態估計是PAS系統的主要軟件模塊，是電網分析軟件的數據基礎，對PAS系統的正確應用具有十分重要的意義。為了幫助調度員掌握電力系統實際運行狀態，解決和分析系統中發現的各種問題，并對系統的運行趨勢作出預測，應努力提高狀態估計模塊中的遙測估計合格率。

1 狀態估計的基本概念

狀態估計是根據網絡接線的信息、網絡參數、一組有冗余的模擬量測值和開關量狀態，求取可以描述電網穩定運行情況的狀態量、母線電壓幅值和相角的估計值，并校核實時量測量的準確性，通過運行狀態估計程序能夠提高數據精度，濾掉不良數據，并補充一些量測值，為電力系統在線網絡分析應用提供可靠而完整的電網運行數據。

狀態估計的已知量來自網絡模型和SCADA實時數據。其中，網絡模型和遙信共同決定節點導納矩陣；而對遙測則分別構造自己的量測方程，賦予不同的權重，疊加形成狀態估計的目標函數。通常采用加權最小二乘法來構造目標函數，即取各個量測量加權的量測誤差平方的代數和作為目標函數。

2 影響狀態估計合格率的因素

從狀態估計的原理來看，網絡模型或量測數據出現偏差將引起目標導納矩陣或量測方程改變，從而對狀態估計的計算精度或數據穩定性都會產生影響，是影響狀態估計遙測合格率的主要因素。

2.1 網絡模型的合理性

影響狀態估計收斂性的因素很多，電網模型是否合理尤為重要。因為網絡模型的變化將引起節點導納矩陣發生變化，從而改變潮流方程和目標函數，最終改變狀態估計結果。當網絡模型偏差較大時，將可能影響計算結果的精度和穩定性，甚至可能導致計算不收斂。另外，一些外部網絡沒有等值模型，邊界部分的計算結果與實際情況會出現偏差。

2.2 參數的合理性

設備參數的合理性也影響著狀態估計的收斂性，因為設備參數的誤差也會引起節電導納矩陣的變化，從而使狀態估計結果產生誤差與實際運行參數存在誤差，設備參數的偏差將使所建立的網絡模型產生偏差，例如，當某個設備的電抗值或電納值特別大或者特別小的時候，就會引起狀態估計不收斂。

2.3 實時量測質量的保證

實時量測系統的質量保證應從以下三個方面入手。

（1） 對于遙測數據，如果個別測點存在大的錯誤，狀態估計本身的不良數據檢測和辨識可以將其剔出，計算中不使用該點。但如果有相關聯的一片遙測數據都存在大的錯誤，則很容易造成所謂的殘差污染，這些測點迭代過程中也很難滿足收斂條件。

（2） 對于遙信數據，狀態估計的不良遙信辨識即遙信預處理能夠辨識出一些錯誤的遙信數據，但如果遇到特殊接線或同時存在遙測的錯誤情況，則有可能造成錯誤的遙信不能被辨識出來，將導致模型中的導納矩陣錯誤，影響到狀態估計的收斂性。

（3） 量測的覆蓋率和狀態估計的準確率依靠量測的冗余度，信息陣的角元素隨著量測增多而增大，其逆矩陣則相反。從物理意義上說，即量測值越多，則誤差越小，估計越精確。當缺少測點時，狀態估計會根據量測轉化的原理進行可觀測性分析，對于不能推出的測點，狀態估計也能夠自動添加偽量測值。但是，當量測覆蓋率較低時，大片的測點都需要添加偽量測值，從而難以保證其值的準確性，也會影響狀態估計迭代的收斂。

3 消除網絡模型偏差的主要措施

3.1 整個電力系統是從電廠經過變電站再到負荷的電力輸送網絡，不同的電壓等級通過變壓器相連，不同的廠站通過線路相連

建模前，首先要根據本級調度范圍理清“網絡建?！钡姆秶?，調度管轄范圍內的電網都應該包括在“網絡建?！狈秶鷥龋钦{度管轄范圍的部分可以外推一層。

3.2 非調度管轄范圍內的電網需要進行如下等值處理

（1）外網邊界等值成機組。

（2）內網或下級聯絡的邊界等值成負荷。

（3）能對本系統提供功率支持的外部線路等值成發電機，只從本系統吸收功率的外部線路等值成負荷。

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

（5）對一些低壓線路，如果對端廠站不建模，可直接將這些線路建成負荷。

（6）SCADA傳來的遙測數據（有功、無功）沒有統一的正負標準，不能正確表達潮流的方向，這將給狀態估計、潮流計算帶來很大的困擾。因此整理遙測極性，使SCADA遙測數據統一而合理，是建立正確網絡模型的前提。

3.3 消除參數偏差的主要措施

由于計算時需要得到每一個電氣節點的自導納值和互導納值，因此參與建模的各設備的參數必須保證其完整性和準確性，具體包括以下措施。

（1）加強對參數的維護和核查工作。

（2）加強參數管理工作，一旦因改造或運行方式改變等原因而導致參數改變，應及時通知PAS維護人員修改參數。

（3）利用狀態估計結果校核參數。如果網絡建模正確、實時數據核查正確，但狀態估計結果與實時數據間存在較大偏差，就需考慮相關參數可能存在錯誤，應進行核實。

4 消除實時數據偏差的主要措施

作為狀態估計的基礎之一，遙信、遙測量測值對于狀態估計結果起著決定性的作用，需要保證其準確性和完整性。

量測系統的主要問題有兩個方面：量測錯誤和量測不完整。

對于量測錯誤問題，狀態估計中的遙測預處理中給出了可疑數據的情況，我們可以利用線路首末端不平衡、母線注入不平衡等手段，進行相應排查，以確保其準確性。

對于量測質量差的測點，為了不影響實時計算的準確性，可在其修正前，將其屏蔽或者設置合適的偽量測，還可以暫時降低其權重，達到同樣的效果。

對于量測不完整的情況，可以檢查狀態估計的覆蓋率指標，并查看不可觀測點列表。如果覆蓋率低于100%，有不可觀測點，說明存在關鍵量測點的缺失，這時我們應檢查各前置通道，按照系統的提示補充相應的量測點。

5 狀態估計不收斂的常規排查

引起狀態估計不收斂常見的問題有電容器容量有誤、線路電納值出錯、量測稀少和遙信、遙測預處理有錯等。

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

（2）遙信預處理和遙測預處理中的錯誤，絕大多數為實際遙測、遙信有誤或連接關系有誤，例如：對于線路或變壓器功率不平衡，如果實際檢查遙測無誤，則有可能是參數不對；遙信預處理中的錯誤通常由斷路器、隔離開關的類型錯誤引起。

應該指出，狀態估計對基礎自動化信息提出了更高的要求，只有當基礎遙測和遙信布點全、差錯少時，狀態估計的準確率才會提高。

6 狀態估計不準確時應注意的問題。

狀態估計錯誤很多時，可先從末端廠站查起。也可先全部排除低電壓等級的廠站，單獨試驗最高電壓等級的廠站。再按電壓等級順序逐個加入被排除的廠站再檢查結果。

多回線、環線上的潮流分布和線路的阻抗密切相關。如果線路參數不準確，計算結果和實際運行情況可能大相徑庭，應盡量采用相對準確的實測值；另外，母線等遙信不正確也可能導致多回線上的計算結果不正確：對于母聯/旁路、電容器斷路器、雙母線對應的兩個斷路器、無遙測線路（或變壓器）的斷路器，狀態估計遙信預處理不能判斷他們的正確位置，應該經常檢查保證正確。

通道退出等原因導致全站無遙測、遙信的廠站，如果確實要參與計算而不能排除的，應通過人工設置，至少保證其遙信正確。

對于無法立刻改進錯誤的量測可以設置人工偽量測值，一旦量測恢復正常后，再取消人工偽量測點。

7 結論

為了提高狀態估計的合格率，我們需建立正確、完整的電網模型，需在數據庫中錄入合理的設備參數，需SCADA系統提供高質量的實時量測，最重要的是要長期做好PAS系統的維護工作。

參考文獻

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