影響遙測估計合格率的因素分析

韓培潔 王漢平

（國網(wǎng)運城供電公司，山西 運城 044000）

影響遙測估計合格率的因素分析

韓培潔 王漢平

（國網(wǎng)運城供電公司，山西 運城 044000）

隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展，對四遙信息的準確率和合格率要求越來越高。狀態(tài)估計為系統(tǒng)潮流計算和方式調(diào)整提供參考依據(jù)，而遙測估計合格率作為衡量狀態(tài)估計的重要指標，對其的提高和優(yōu)化顯得尤為重要。本文分別從客觀因素和人為因素的角度，對影響遙測準確性和實時性的因素進行分析，同時從實用的角度出發(fā)針對主要因素提出整改措施，為電網(wǎng)的實際運行提供一個參考。

變電站；狀態(tài)估計；遙測估計合格率

狀態(tài)估計的功能是利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）的實時遙測和遙信數(shù)據(jù)，估計電網(wǎng)當前運行狀態(tài)。狀態(tài)估計是電網(wǎng)其他在線分析高級應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)[1]，為其他應(yīng)用軟件提供可靠的實時數(shù)據(jù)，也為實際調(diào)度操作的可行性或操作后的方式調(diào)整提供理論依據(jù)，比如，若主站安裝遙測合格率監(jiān)測軟件，則通過遙測值分析可以發(fā)現(xiàn)諸多遙測與實際不符、TA二次開路、一次斷線等嚴重故障。而狀態(tài)估計的計算結(jié)果依賴于遙測數(shù)據(jù)的準確性，遙測估計合格率是反映遙測數(shù)據(jù)是否精確的重要指標。

遙測估計合格率是狀態(tài)估計的遙測合格點數(shù)占參與計算的遙測總點數(shù)的百分比，其中遙測合格點數(shù)是指遙測數(shù)據(jù)估計值誤差有功≤2.0%、電壓≤2.0%，無功≤3.0%的點數(shù)[2]。依據(jù)電力調(diào)度自動化系統(tǒng)運行管理規(guī)程[3]的相關(guān)要求，遙測估計合格率要求≥90%（具備條件時應(yīng)達到95%以上）。隨著國家電網(wǎng)“三集五大”的推廣，由變電站上送主站的信息量不斷增大，對主站信息采集準確度的要求也越來越高[4]。

但是在實際運行中，由于受到諸多因素的影響，遙測估計合格率并不理想[5-7]，因此，本文從客觀和人為兩個角度分析影響遙測估計合格率的因素，并從提出整改措施。

1 影響遙測估計合格率的客觀因素分析

測控裝置將模擬量變換為數(shù)字量，其原理如圖1所示。

它先將采集到的電壓 Ua、Ua′和電流 Ia、Ia′分別通過電壓互感器和電流互感器等比例變換成小電壓信號，再將AC插件采集的電壓、電流瞬時值通過CPU插件中的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后把這些采樣得到的數(shù)字量傳送給CPU系統(tǒng)。CPU利用各種算法對采樣數(shù)據(jù)進行處理后，計算出電壓有效值 U、電流有效值 I、功率因數(shù) cosφ、有功功率 P和無功功率Q，最后傳入監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 測控裝置原理圖

因此，從硬件方面考慮，遙測數(shù)據(jù)精確度和實時性依賴于A/D轉(zhuǎn)換器、CPU系統(tǒng)的性能指標；從軟件角度考慮，遙測數(shù)據(jù)精確度和實時性依賴于電壓電流有效值、功率因數(shù)以及功率的計算方法。

1.1 A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標主要包括采樣方式、采樣延時、采樣頻率和采樣位數(shù)4個方面。

1）采樣方式：A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計已相當成熟，多采用逐次逼近方式進行直接采樣，不經(jīng)過中間變量，采樣精度較高，可見采樣方式對遙測精確度影響不大。

2）采樣延時：A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速度能夠精確到微秒，并可以逐一對多個通道采樣，采樣延時對采樣實時性的影響不大。

3）采樣頻率：A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率直接決定了每個周波取點的個數(shù)。采樣頻率越高，采樣點數(shù)越多，還原的信號波形越準確。采樣頻率對遙測精度的影響主要在于遙測計算的算法，有些算法對采樣頻率要求并不嚴格，所以采樣頻率不是影響遙測精度的主要因素。

4）采樣位數(shù)：A/D轉(zhuǎn)換器的采樣位數(shù)決定了模擬量瞬時值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的位數(shù)，采樣位數(shù)越高，滿碼值越大，采樣精確度就越高。不同測控廠家其A/D轉(zhuǎn)換器的采樣位數(shù)各不相同，造成了采樣精度各不相同，直接影響了遙測的合格率。

1.2 CPU系統(tǒng)

CPU系統(tǒng)的性能指標，通常包括CPU的工作頻率、浮點運算能力、數(shù)據(jù)位數(shù)、存儲器容量等，如圖2所示。

考慮到功耗、散熱、體積、壽命、價格等諸多因素，工業(yè)用CPU系統(tǒng)常用單片機代替，導致了工作頻率不高，浮點運算能力不強、數(shù)據(jù)位數(shù)和存儲器容量不大的缺陷。不同的單片機性能差異較大，一些單片機運算速度慢，即使A/D轉(zhuǎn)換器以很快的速度將數(shù)據(jù)傳輸給單片機，它也需要花費較長的時間周期才能完成一次遙測的運算，造成了遙測實時性降低，因此，CPU系統(tǒng)性能指標是影響遙測估計合格率的重要因素。

圖2 CPU硬件系統(tǒng)示意圖

1.3 算法因素

1）U、I有效值算法

測控裝置在采集系統(tǒng)電壓、電流時主要針對穩(wěn)態(tài)時的模擬量，常將其視為正弦量，而不考慮濾掉非周期分量和高頻分量，且一般采用比較簡單、快速的算法。這些算法主要包括兩點乘積法、半波積分法、一階求導法和半波比較法。

（1）兩點乘積法

用相差T/4周波的2個點來完成運算，如圖3所示。該算法所需數(shù)據(jù)少，計算速度快，對采樣頻率要求并不嚴格，但是當系統(tǒng)出現(xiàn)波動時準確度大大降低。

圖3 兩點乘積法示意圖

以電壓有效值為例，具體算法如下：設(shè)U1、U2分別為系統(tǒng)所采集相差 90°兩個系統(tǒng)電壓值，Um為系統(tǒng)電壓最大值，則

得

求得電壓有效值為

（2）半波積分法

依據(jù)正弦量在任意半個周期內(nèi)所構(gòu)成的面積相等，且等于平均值形成矩形面積的原則，用相差半個周波內(nèi)所有點來完成運算，如圖4所示，該算法采樣頻率越高，誤差越小。

圖4 半波積分法示意圖

以電流有效值為例，具體算法如下：

電流平均值為

最大值為

面積為

（3）半波比較法

比較出半個周波內(nèi)的最大值，以此計算有效值，運算速度快，采樣頻率越高，誤差越小。

（4）一階求導法

該方法是用任意相鄰的3個點來求出最大值，而最大值的平方等于任意點的平方與該點導數(shù)的平方之和。該方法的優(yōu)點是采樣頻率越高，誤差越小。

以電壓有效值為例，具體算法如下：

以圖5所選點為例，得

圖5 一階求導法示意圖

2）功率因數(shù)cosφ 的算法

功率因數(shù)的計算方法主要有兩種：兩點比值法和差角法。

（1）兩點比值法：該方法與圖3所示一樣，同樣是利用相差90°的兩個點電壓和電流有效值，計算出電壓角度和電流角度，根據(jù)差角公式推算出功率因數(shù)。

由兩電壓的比值為

這樣，電壓角度

同理，電流角度為

所以，功率因數(shù)為

將式（10）和式（11）所求α 和β 角度帶入式（12），即可求得功率因數(shù)。

此算法需要計算出α 和β 角度，經(jīng)過復雜的三角函數(shù)運算，計算效率低。

（2）差角法：該方法是利用已經(jīng)算出來的某一時刻的瞬時值和最大值，計算cosφ。

由電壓和電流的瞬時值和最大值可知

可以求得功率因數(shù)為

此算法不需要經(jīng)過三角函數(shù)運算，計算時間短，大大提高計算效率。

3）功率的算法

一般來說三項系統(tǒng)的功率計算為

其中

式中，U為相電壓有效值；I為相電流有效值；Umar為電壓裕度；Imar為電流裕度。

將有功和無功功率轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，監(jiān)控系統(tǒng)只需將收到的值乘以TV、TA變比（若是采用碼值上送方法，還需除以滿碼值）。實際的應(yīng)用中多采用兩表法或者三表法。

（1）兩表法是用兩個線電壓和兩個相電流以及它們之間的夾角來進行運算。其連接圖如圖6所示，圖7所示為電壓和電流的相量圖。

圖6 兩表法接線圖

圖7 兩表法相量圖

依據(jù)圖7所示的向量圖，可以得到兩表法測量系統(tǒng)功率的計算公式，即

則

對于 35kV及以下保測一體的裝置往往不采集B相電流，采用兩表法進行功率計算，如果三相電流不平衡，則不能反映真實的功率。將式（20）與式（19）對等，可知只有在B相電流滿足式（21）時，兩表法計算出的功率才是真實功率。

可見，大多數(shù)情況下的功率并不準確。

（2）三表法是通過將三相功率模擬量相加，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后進行上送，只有采用真實的三表算法，計算結(jié)果才是最準確的。目前大多數(shù)獨立測控都采用三表法計算功率，但必須保證裝置內(nèi)部設(shè)置為三表法。

實時性在算法中指的是代碼的執(zhí)行效率，而精度和效率在算法中是相互制約的，每種算法的精度和效率都不同，若算法中包含了大量的開方和三角函數(shù)運算，其效率就比較低。當然，算法在實現(xiàn)時還包含了諸多指令、邏輯的等優(yōu)化處理，不同的設(shè)計理念、不同的編程經(jīng)驗，也會造成精度和效率不同。

2 影響遙測估計合格率的人為因素分析

2.1 TV或TA的二次回路、極性、變比錯誤

二次電壓必須以同名相、三相四線制接入測控裝置，二次電流必須以母線為正、0.2或0.5級、同名相、三相四線制接入測控裝置。測控上送的二次遙測值，需乘以TA和TV的變比，才可得到一次遙測值。因此TA和TV的變比必須準確，以減少調(diào)試人員人為因素造成的錯誤。

2.2 測控遙測精度未校正

由于綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展迅速，造成許多測控裝置并未通過校正就投入運行，這將引起測控裝置采集的誤差，因此在測控新投運或中途停運期間，有必要采用標準源進行加量實驗，如果標準源與裝置功率顯示差別較大，則需進行測控精度校正，一般是采用加額定值的方法進行精度自動調(diào)整。不同廠家校正方法可能存在差異。

2.3 監(jiān)控系數(shù)的精確度不夠

在對遙測二次值核對正確無誤后，還需在監(jiān)控核對一次值的正確性，以便檢驗遙測系數(shù)的正確性。對于以碼值上送的測控裝置，再計算遙測系數(shù)時，需用滿刻度乘以裕度再除以滿碼值。滿碼值都是奇數(shù)，只能為2047、4095、8191、16383、32767等，如果用近似值2048、4096、8192、16384、32768等，負荷越大，誤差就越大。因此，滿碼值必須準確，提供系數(shù)時，站端和遠方要精確到小數(shù)點后6位。

2.4 遙測的閾值設(shè)定值不統(tǒng)一

遙測閾值，又稱壓縮因子、遙測死區(qū)、門檻值等，測控算出遙測值后，會和上一次的遙測數(shù)據(jù)進行比較，如果兩次數(shù)據(jù)的差值除以滿碼值小于閾值，則數(shù)據(jù)不上送，大于該值時才上送。從概念上來看，測控裝置和遠動機的閾值設(shè)定越小，監(jiān)控系統(tǒng)的遙測刷新速率越快，反之則越慢，即閾值影響遙測實時性。由于某站內(nèi)各個測控的閾值整定值不統(tǒng)一或某線路兩側(cè)閾值整定值的不統(tǒng)一，從而造成遙測值不是同一時刻上送，所以母線、主變?nèi)齻?cè)、同一條線路的兩端遙測總是存在不平衡現(xiàn)象。

3 提高遙測估計合格率的整改措施

3.1 減少客觀因素造成的誤差

對于即將接入電網(wǎng)的測控裝置，應(yīng)對其加強入網(wǎng)檢驗。由熟悉硬件和算法的專業(yè)人員，用專業(yè)化的儀器和手段進行檢驗其硬件性能和算法，以避免精度不高、實時性不強的測控裝置流入電力系統(tǒng)。

具體來說，在硬件檢測方面，應(yīng)對A/D轉(zhuǎn)換器和CPU系統(tǒng)進行性能測試，檢驗其采樣精度和運算能力是否滿足遙測準確度的要求；在算法方面，對電壓有效值、電流有效值、功率因數(shù)、功率的計算均采用高精度算法，并采用采樣精度高的精度儀進行加量實驗。尤其是功率計算，不能用單表法來算三相功率，對于某些遙測實時性和準確度要求高的場合，宜采用三表法進行功率計算。

3.2 減小人為因素造成的誤差

從檢查回路、校正精度、調(diào)整閾值、精確系數(shù)四個方面，減少人為因素造成的誤差。首先必須對TV和TA的二次測量回路進行排查，核對其極性和變比；其次對測控裝置精度進行校正，通過加額定值的方法進行裝置精度自動校準，如果是碼值上送的測控裝置，則必須核對測控裝置的滿碼值是否滿足精確度要求。然后檢驗測控裝置遙測的閾值，在測控裝置精度準確的前提下，對監(jiān)控遙測系數(shù)進行調(diào)整，一般至少保證系數(shù)保留至小數(shù)點后6位。對于新投運的變電站時，必須把好此關(guān)。

3.3 提高遙測估計合格率的建議

1）變更遙測上送方式。將變電站中遙測上送方式由碼值上送改為上送一次浮點數(shù)，減少由于站端和調(diào)控端系數(shù)不一致造成的誤差。

2）升級測控開出程序。將測控裝置由現(xiàn)有的碼值輸出變更為輸出一次浮點數(shù)，并將電壓互感器和電流互感器的變比設(shè)置在測控裝置中，減少因一次設(shè)備變比變化引起的數(shù)據(jù)庫修改。

3）提升人員素質(zhì)和管理水平。近年來，變電站綜合自動化水平已經(jīng)大幅提高，但是某些維護人員的應(yīng)用水平和管理手段并未得到提升，對于某些遙測信息分析不到位，嚴重制約到相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié)論

遙測估計合格率作為同業(yè)對標的重要指標，受多方面因素的影響容易使指標下滑。因此，在加強日常的運行維護和管理的情況下，要對遙測的數(shù)據(jù)進行實時跟蹤，對發(fā)現(xiàn)的不合格數(shù)據(jù)及時的進行分析、處理，不斷的總結(jié)經(jīng)驗，進一步提高遙測估計的合格率指標。

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The Influencing Factor Analysis of Telemetry Estimating Qualified Rate

Han Peijie Wang Hanping
(State Grid Yuncheng Power Supply Company,Yuncheng,Shanxi 044000)

With the development of the substation integrative automation system,accuracy and conformity rate of four remote information requirements become more important.Stateestimation provides the reference to adjust the way andthe system load flow calculation,and it is very important for improving and optimizing thetelemetry estimating qualified rateas an important indicator of condition assessment.This paper analysis the influence factors of telemetry real-time and accuracyfrom objective and human,then it put forward the rectification measures from the practical point of view at the same time and provide a reference of the actual operation of power grid.

substation; state estimation; telemetry estimating qualified rate

韓培潔（1988-），女，碩士，主要研究變電站二次繼電保護。