基于動(dòng)態(tài)參數(shù)變化的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)維護(hù)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(jì)準(zhǔn)確性和查找狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題速度，以臨沂電網(wǎng)EMS系統(tǒng)為對(duì)象，研究了以動(dòng)態(tài)參數(shù)維護(hù)及觀測(cè)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)維護(hù)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)用的維護(hù)輔助決策系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)估計(jì);參數(shù)動(dòng)態(tài)變化;輔助決策

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0199-02

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及電網(wǎng)自動(dòng)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(jí)應(yīng)用軟件實(shí)用化的基礎(chǔ)[1-3]，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)發(fā)揮著越來(lái)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(jì)維護(hù)帶來(lái)了巨大的困難[4-5]。本文從電網(wǎng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化入手，建立針對(duì)不同類型參數(shù)的分類管理監(jiān)測(cè)機(jī)制，通過(guò)實(shí)用輔助系統(tǒng)的的建立，大大降低狀態(tài)估計(jì)維護(hù)難度，提高狀態(tài)估計(jì)維護(hù)效率。

一、狀態(tài)估計(jì)影響因素分類

狀態(tài)估計(jì)即根據(jù)SCADA提供的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jī)出力。影響狀態(tài)估計(jì)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(shí)時(shí)遙信和遙測(cè)，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(jì)結(jié)果;為狀態(tài)估計(jì)結(jié)果與參數(shù)的函數(shù);m為原件模型;x為實(shí)時(shí)遙測(cè)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(hù)中，出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性較小，但一旦出錯(cuò)，對(duì)狀態(tài)估計(jì)的影響極為巨大，很可能直接導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)計(jì)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(wú)規(guī)律且為多位小數(shù)，出錯(cuò)可能性相對(duì)較大，但出現(xiàn)錯(cuò)誤后對(duì)狀態(tài)估計(jì)影響較小，尤其是現(xiàn)有狀態(tài)估計(jì)軟件普遍具有參數(shù)辨識(shí)及自動(dòng)修正功能，可有效減小參數(shù)出錯(cuò)情況下對(duì)狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)的影響，與其他相比參數(shù)，主變檔位數(shù)及運(yùn)行檔位對(duì)狀態(tài)估計(jì)影響較大，在計(jì)算其影響時(shí)需區(qū)別對(duì)待。由于電壓等級(jí)多，量測(cè)元件數(shù)目龐大，實(shí)時(shí)遙信/遙測(cè)是否對(duì)應(yīng)在各種影響因素中是最容易出現(xiàn)問(wèn)題的因素，尤其是開關(guān)、刀閘位置遙信位置錯(cuò)誤對(duì)狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性具有重大的影響，高電壓等級(jí)開關(guān)、刀閘遙信位置的錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致大量下級(jí)變電站狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算，某些樞紐變電站關(guān)鍵開關(guān)、刀閘位置的錯(cuò)誤將會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算出現(xiàn)不收斂現(xiàn)象。

各種因素出錯(cuò)可能性及對(duì)狀態(tài)估計(jì)影響總結(jié)如表1所示。

表1 狀態(tài)估計(jì)影響因素總結(jié)

影響因素 出錯(cuò)可能性 對(duì)狀態(tài)估計(jì)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 小（中）

實(shí)時(shí)遙信遙測(cè) 大 大

二、各影響因素主要問(wèn)題分析

現(xiàn)代能量管理系統(tǒng)軟件普遍采用圖模庫(kù)一體化功能，自動(dòng)化維護(hù)人員在建立電網(wǎng)模型的過(guò)程中可有效避免圖形元件同數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)問(wèn)題，從而大大減少了維護(hù)人員的工作量，但由于大電網(wǎng)的復(fù)雜性、時(shí)間的緊迫性及自動(dòng)化人員水平差異等原因，往往會(huì)出現(xiàn)許多錯(cuò)誤，從而影響狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性。狀態(tài)估計(jì)影響因素參數(shù)的主要錯(cuò)誤具有不同的特點(diǎn)，每項(xiàng)影響因素對(duì)狀態(tài)估計(jì)產(chǎn)生影響的主要問(wèn)題的如表2所示。

表2 各影響因素主要問(wèn)題

影響因素 主要問(wèn)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(shí)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(shí)時(shí)遙信與遙測(cè) 是否正確關(guān)聯(lián)元件，所取數(shù)據(jù)是否正確

三、評(píng)價(jià)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(cuò)誤往往影響有電氣連接的多個(gè)元件的狀態(tài)估計(jì)計(jì)算出現(xiàn)偏差，甚至導(dǎo)致全網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤，為排除冗余信息干擾，快速定位問(wèn)題所在，需根據(jù)各影響因素的特點(diǎn)，建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，對(duì)各個(gè)不合格的狀態(tài)估計(jì)量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行排序，從而降低狀態(tài)估計(jì)維護(hù)消缺工作的難度。

本文針對(duì)不同影響因素出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的影響，對(duì)全網(wǎng)模型建立了影響值指標(biāo)，以此表示元件自動(dòng)化信息出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)狀態(tài)估計(jì)指標(biāo)降低的影響程度，其具體的表達(dá)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(jí)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(jí)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(shí)時(shí)遙信與遙測(cè)影響值，其數(shù)值跟軍遙信/遙測(cè)是否對(duì)應(yīng)、元件不平衡度及遙測(cè)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(cuò)對(duì)狀態(tài)估計(jì)影響決定，在確定權(quán)重值時(shí)，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(jì)錯(cuò)誤時(shí)，相應(yīng)元件進(jìn)行影響值計(jì)算，并根據(jù)影響值大小進(jìn)行排序，自動(dòng)化維護(hù)人員即可根據(jù)影響值排序快速定位問(wèn)題所處元件。需要注意的是，由于狀態(tài)估計(jì)影響的區(qū)域性，在判斷問(wèn)題潛在元件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大元件范圍。

四、以動(dòng)態(tài)參數(shù)變化為依據(jù)的狀態(tài)估計(jì)維護(hù)方案

目前，各級(jí)電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)重視程度逐漸增大，指標(biāo)要求不斷提高，但相關(guān)維護(hù)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(jì)出現(xiàn)計(jì)算不收斂時(shí)，相關(guān)提示不具有參考性。本文以評(píng)價(jià)體系及動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)比為基礎(chǔ)，制定了一套針對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)比的狀態(tài)估計(jì)維護(hù)方案，如圖2所示。以某一合格率較高的狀態(tài)估計(jì)斷面為基礎(chǔ)，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)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(dòng)等，通過(guò)閉環(huán)的循環(huán)控制，使?fàn)顟B(tài)估計(jì)的合格率不斷提高，可以有效的提高狀態(tài)估計(jì)維護(hù)工作效率，減少自動(dòng)化人員維護(hù)工作量。

在流程中，初始斷面的選擇影響著整個(gè)程序運(yùn)行的效率，電網(wǎng)拓?fù)渫晟啤⒃Ｐ颓‘?dāng)、電氣參數(shù)填寫正確、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)良好的斷面將大大縮短系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間，從而盡量少的引入人工維護(hù)處理，故建議使用最為接近的狀態(tài)估計(jì)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(jìn)行保存，以便以后維護(hù)工作使用。

在判斷環(huán)節(jié)，為排除負(fù)荷短時(shí)間波動(dòng)對(duì)狀態(tài)估計(jì)維護(hù)的影響，在判斷合格率是否高于初始斷面及是否下降時(shí)可設(shè)定一定的閾值，當(dāng)上升/下降的數(shù)值高于閾值時(shí)判斷為是，否則忽視其變動(dòng)，正常運(yùn)行。為保證其余電力系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用的需要，當(dāng)出現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)合格率下降后，狀態(tài)估計(jì)不應(yīng)停止計(jì)算，應(yīng)在保存變動(dòng)數(shù)據(jù)后，根據(jù)實(shí)時(shí)信息繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，從而為維護(hù)人員提供具有時(shí)標(biāo)的電網(wǎng)信息變動(dòng)記錄，為電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護(hù)提供類似事故追憶的參考資料，以發(fā)展的角度對(duì)比電網(wǎng)狀態(tài)的變化，以便更為迅速查找問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，提高維護(hù)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(jì)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(jì)計(jì)算出現(xiàn)不收斂等問(wèn)題時(shí)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，如圖3所示維護(hù)工作人員可根據(jù)維護(hù)需要，選擇需查看的參數(shù)變化類型，如參數(shù)錯(cuò)誤、主變實(shí)時(shí)檔位錯(cuò)誤等。在維護(hù)界面中，列出了前后狀態(tài)的變化，并給出了出現(xiàn)問(wèn)題的分析結(jié)果，有力地支持了狀態(tài)估計(jì)維護(hù)工作的進(jìn)行。

五、結(jié)束語(yǔ)

在建立狀態(tài)估計(jì)元件評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上，本文提出了基于動(dòng)態(tài)參數(shù)變化的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)維護(hù)方法，并開發(fā)了相應(yīng)的狀態(tài)估計(jì)輔助決策系統(tǒng)。該輔助決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了潛在問(wèn)題元件參數(shù)評(píng)價(jià)、參數(shù)狀態(tài)變化等功能，解決了當(dāng)前狀態(tài)估計(jì)輔助維護(hù)工具缺乏、問(wèn)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(jí)應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）