電網量測信息在線智能檢測評價及拓展應用

摘要：利用能量管理系統獲取電網實時模型，依據電網量測信息、設備參數及電網運行方式檢測量測不平衡信息和可疑拓撲狀態，建立測點質量評估機制和廠站量測質量定量評估體系，動態生成量測權重，利用測點和廠站的量測信息評價得分，以科學的方法動態修正狀態估計的量測計算權重，降低或屏蔽量測評分低的測點量測權重，避免“殘差污染”或“殘差淹沒”，提高狀態估計的精度，為電網的安全穩定運行提供基礎數據支持。

關鍵詞：狀態估計；EMS/SCADA；動態權重

作者簡介：農運博（1975-），男，廣西欽州人，廣西電網公司欽州供電局，工程師。（廣西 欽州 535000）

中圖分類號：TK3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0244-02

電力系統高級應用中的狀態估計在電力系統網絡拓撲的基礎上，根據電網模型參數、線路連接關系和一組有冗余的遙測量測值和遙信開關狀態，解出電網穩態運行情況的狀態量——母線電壓幅值和相角的估計值，并求解得出量測的估計值，檢測和辨識量測中的不良數據，為其他應用功能提供一套完整、準確的電網實時運行方式數據。電網模型以及量測數據網準確與否決定了狀態估計計算結果的精度和準確度；[1]而狀態估計結果不精準，必然導致后續的高級應用分析計算（電網潮流等）得不到良好的結果。即使是同樣的電網模型，不同時段的變化也會導致其權重的變化，每次手動分配量測的權重也會導致狀態估計及后續的高級應用計算產生較大的誤差，給運行方式帶來了一定的風險。那么是否可以通過一種方法提供較為可靠的量測信息為高級應用提供基礎信息，從而從另外一個角度減少狀態估計的不良數據辨識的難度，提高狀態估計的精度以及后續高級應用的準確性，為整個電網一體化的高級應用服務？答案是肯定的。本文從問題量測智能檢測評價、廠站量測質量定量評估、量測權重動態生成三個方面分析研究并形成了模塊，為電力系統高級應用狀態估計提供了動態修正的量測計算權重，提高了狀態估計的精度。

一、技術分析

1.可疑或錯誤量測信息的快速定位技術

從電氣基本規律和電網的運行狀態出發，依據電網的實時量測信息和平衡情況，建立測點量測評價機制，從局部到全網形成問題量測統計結果。分析量測質量評分結果和問題量測歷史統計信息，辨識出壞數據或可疑數據量測信息，減輕自動化人員的維護負擔，提高運行維護的工作效率和電網量測信息的準確性。

2.建立科學的測點量測質量評價機制和完備的廠站評估標準

建立科學的測點量測信息評價機制、設計完備的廠站評估標準，使得廠站或片區的得分能夠真實反映廠站或片區的量測質量水平，便于自動化人員發現量測不好的廠站并采取措施。在廠站量測質量評估時，要做到公平、公正，使評分結果能夠有效地促進電網量測信息的整體改善。

3.狀態估計量測權重的動態調整技術

狀態估計的量測權重通常依據測點的量測精度等級進行設置，但是在實際運行中，權重通常是一成不變或者根據經驗人工調整，常常不能反映測點量測精度的真實水平，因此，需要研究將測點和廠站量測信息質量評價得分轉化到狀態估計量測權重的方法。利用測點和廠站的量測信息評價得分，以科學的方法動態修正狀態估計的量測計算權重，降低或屏蔽量測評分低的測點量測權重，避免“殘差污染”或“殘差淹沒”，提高狀態估計的精度。

二、系統拓撲

電網量測信息在線智能檢測評價系統的系統結構如圖1所示。電網量測智能檢測評價系統從SCADA中獲取系統的實時量測數據，根據設備的模型參數和拓撲連接關系，對系統實時量測信息進行關聯分析，辨識出系統中存在的問題量測信息，并對廠站進行量測質量綜合評價，形成廠站量測質量定量評估結果。另外，系統可以將量測評價結果傳遞給狀態估計應用，使狀態估計能夠獲取更加純凈的量測信息。

三、功能分析及實現

1.電網模型數據獲取及量測數據的預處理

電網量測信息在線智能檢測評價系統與網絡分析共用一套電網的模型信息，可以共享層次數據庫的電網模型和設備參數，根據用戶指定的周期或由事件觸發讀取電網的模型數據和電網量測數據。首先系統要對讀入的量測數據進行預處理，根據網絡的實時拓撲信息，對電網量測信息進行實時關聯性分析。預處理分析主要是針對量測信息數據狀態、母線有（無）功平衡、線路有（無）功平衡、變壓器有（無）功平衡、量測越限等進行分析處理，檢測出違反電氣基本規律的測點量測信息。

2.問題量測信息在線智能檢測

首先，根據不同的考核類型，定義不同的扣分標準，然后建立一個測點量測評分結構向量，分別保存測點量測ID和測點量測的評分，各測點初始評分為0分。其次，檢測出線路1有功功率不平衡，則對線路1兩端的有功量測，即對線路1廠站1端的有功量測測點和線路1廠站2端的有功量測測點量測評分各扣1分。再次，用同樣的方法檢測出廠站2母線3有功不平衡，對廠站2母線3相關的線路1、線路2廠站2端的有功量測測點評分各扣1分。則線路1廠站2端的有功量測評分為-2分，其余為-1分，可以判斷線路1廠站2端的有功量測為不良數據。類似遍歷全網各量測測點，即可形成各個測點的量測評分結果。分析測點評分結構向量的評分結果，量測評分小于-1分的測點即為不良數據測點。通過問題量測的檢測評價，形成系統中所有問題量測的列表，并建立查詢，可以篩選出所選記錄所對應廠站的當次不平衡問題量測記錄。電網中的量測信息質量通常需要通過一段時間的統計分析，區分出量測的異常現象是屬于偶爾出現還是長期存在的問題。因此，系統針對運行過程中出現的問題量測信息進行連續出現次數的統計，為維護人員有針對性的維護量測提供了有效的參考信息。

3.廠站量測質量檢測及評價

廠站的量測質量對調度員掌握電網的真實運行情況和后續分析軟件的計算結果具有較大的影響。特別是對狀態估計等分析軟件，一個廠站量測出現問題，不僅僅影響該廠站本身，往往還對其周圍廠站的計算造成影響，因此有必要對各個廠站的量測質量進行分析評價，篩選出質量較差的廠站并進行集中處理。為了對廠站的量測質量進行定量評估，需要對廠站的通道狀態和廠站內的所有量測質量進行分析。

建立廠站的量測評估機制，設定廠站的基準分為100分，對于廠站通道狀態異常的設定一定的扣分標準，而對于廠站內單個量測出現問題，依據其問題類型和罰分標準進行相應的罰分。同一個量測當天出現同樣類型的問題，只扣一次分。每天統計廠站的總罰分，在基準分的基礎上獲取廠站當天的評分。廠站評分采用標準分計分法，即按照廠站規模進行歸一化處理，形成所轄廠站的量測質量評分列表。系統每天對所有廠站的量測質量按照出現問題量測被罰分的情況進行評價，得出廠站的考核得分，每天對電網所轄量測質量按照所轄廠站的綜合情況進行評價，得出地區的平均得分以及該地區的最高得分和最低得分情況。通過對廠站內測點量測質量的評分，得到廠站的量測質量總體評分，反映廠站的整體量測質量水平。

四、量測權重動態調整算法

狀態估計的量測權重通常依據測點的量測精度等級進行設置，但在實際運行中，權重通常是一成不變的或者根據經驗人工調整，常常不能反映測點量測精度的真實水平，因此需要研究將測點和廠站量測信息質量評價得分轉化到狀態估計量測權重的方法。

系統采用基于量測質量評價信息的狀態估計量測權重的動態調整方法。基于量測質量評價信息的狀態估計量測權重動態調整方法的目的是將測點量測評價的信息傳遞到狀態估計的計算過程中，動態修正狀態估計量測權重。

根據狀態估計加權最小二乘法的目標函數：

（1）

通常權重Wi取各量測量的方差的倒數，即是最合理的。利用這一原則，本文提出了利用量測質量評價信息動態權重修正的方法。

權重的修正由兩部分組成，分別為廠站級的連續慣性修正和測點級的斷續隨機修正。即：

（2）

其中，ωfj為量測i所屬廠站n的慣性權重修正因子；ωmi為量測i的隨機權重修正因子。

廠站級的慣性權重修正因子通過廠站量測質量的評分獲取，計算方法為：

（3）

式（3）中，SN為廠站的基準評分。Sn為廠站n量測質量評分，廠站單次統計的量測質量評分并不直接用于量測權重的計算，而是結合該廠站量測評分的歷史信息。即通過式（4）的方式平滑處理：

（4）

式（4）中，Sj為第j次量測評價廠站評分，Sj-1為第j-1次量測評價廠站評分，K為設置的慣性平滑系數。

隨機權重修正因子通過步驟（5）中可疑數據連續統計次數獲取：

（5）

Ndb為設置的隨機修正門檻，cons_numi為量測i的可疑統計次數。當可疑統計次數cons_numi大于等于隨機修正門檻時，隨機權重修正因子才起作用。

五、量測評價結果拓展應用

測點或廠站的量測質量評價結果，一方面對廠站或測點的量測質量形成了定量的評分結果，使自動化維護人員能夠及時發現真正的問題量測所在，及早的解決問題。同時，這些量測質量評價結果又可以作為極為重要的信息，為后續的狀態估計等應用軟件使用。

六、結論

本應用及其算法作為科研項目已在欽州電網調度自動化系統的數據模型的基礎上實現并通過驗收。通過電網量測信息在線智能檢測評價和拓展應用項目的實現，實時分析電網量測信息，捕捉到廠站的薄弱量測信息，減輕自動化維護人員的工作負擔，使自動化運行維護人員能夠及時、準確地發現不良數據信息，快速、有效地解決量測問題，提高SCADA實測數據的準確性。

電網量測信息在線智能檢測評價和拓展應用項目的實施，促進了EMS量測（遙信、遙測）質量的提高，從而間接提高了狀態估計合格率；能夠通過廠站量測信息質量評分動態修正量測權重，對電網中的薄弱量測信息進行屏蔽或以較低的權重參加狀態估計計算，進一步提高狀態估計的合格率；能夠提高自動化人員維護水平，在維護過程中做到有的放矢，把自動化人員從繁冗的排查廠站量測錯誤的工作中解放出來，維護高級應用軟件，間接提高其他高級分析軟件的實用化水平。

參考文獻：

[1]于爾鏗.電力系統狀態估計[M].北京：水利電力出版社，1985.

（責任編輯：孫晴）