摘要：利用能量管理系統(tǒng)獲取電網(wǎng)實時模型，依據(jù)電網(wǎng)量測信息、設(shè)備參數(shù)及電網(wǎng)運行方式檢測量測不平衡信息和可疑拓?fù)錉顟B(tài)，建立測點質(zhì)量評估機制和廠站量測質(zhì)量定量評估體系，動態(tài)生成量測權(quán)重，利用測點和廠站的量測信息評價得分，以科學(xué)的方法動態(tài)修正狀態(tài)估計的量測計算權(quán)重，降低或屏蔽量測評分低的測點量測權(quán)重，避免“殘差污染”或“殘差淹沒”，提高狀態(tài)估計的精度，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)估計；EMS/SCADA；動態(tài)權(quán)重

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

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

電力系統(tǒng)高級應(yīng)用中的狀態(tài)估計在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕A(chǔ)上，根據(jù)電網(wǎng)模型參數(shù)、線路連接關(guān)系和一組有冗余的遙測量測值和遙信開關(guān)狀態(tài)，解出電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行情況的狀態(tài)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(shù)據(jù)，為其他應(yīng)用功能提供一套完整、準(zhǔn)確的電網(wǎng)實時運行方式數(shù)據(jù)。電網(wǎng)模型以及量測數(shù)據(jù)網(wǎng)準(zhǔn)確與否決定了狀態(tài)估計計算結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度；[1]而狀態(tài)估計結(jié)果不精準(zhǔn)，必然導(dǎo)致后續(xù)的高級應(yīng)用分析計算（電網(wǎng)潮流等）得不到良好的結(jié)果。即使是同樣的電網(wǎng)模型，不同時段的變化也會導(dǎo)致其權(quán)重的變化，每次手動分配量測的權(quán)重也會導(dǎo)致狀態(tài)估計及后續(xù)的高級應(yīng)用計算產(chǎn)生較大的誤差，給運行方式帶來了一定的風(fēng)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(yīng)用提供基礎(chǔ)信息，從而從另外一個角度減少狀態(tài)估計的不良數(shù)據(jù)辨識的難度，提高狀態(tài)估計的精度以及后續(xù)高級應(yīng)用的準(zhǔn)確性，為整個電網(wǎng)一體化的高級應(yīng)用服務(wù)？答案是肯定的。本文從問題量測智能檢測評價、廠站量測質(zhì)量定量評估、量測權(quán)重動態(tài)生成三個方面分析研究并形成了模塊，為電力系統(tǒng)高級應(yīng)用狀態(tài)估計提供了動態(tài)修正的量測計算權(quán)重，提高了狀態(tài)估計的精度。

一、技術(shù)分析

1.可疑或錯誤量測信息的快速定位技術(shù)

從電氣基本規(guī)律和電網(wǎng)的運行狀態(tài)出發(fā)，依據(jù)電網(wǎng)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(wǎng)形成問題量測統(tǒng)計結(jié)果。分析量測質(zhì)量評分結(jié)果和問題量測歷史統(tǒng)計信息，辨識出壞數(shù)據(jù)或可疑數(shù)據(jù)量測信息，減輕自動化人員的維護負(fù)擔(dān)，提高運行維護的工作效率和電網(wǎng)量測信息的準(zhǔn)確性。

2.建立科學(xué)的測點量測質(zhì)量評價機制和完備的廠站評估標(biāo)準(zhǔn)

建立科學(xué)的測點量測信息評價機制、設(shè)計完備的廠站評估標(biāo)準(zhǔn)，使得廠站或片區(qū)的得分能夠真實反映廠站或片區(qū)的量測質(zhì)量水平，便于自動化人員發(fā)現(xiàn)量測不好的廠站并采取措施。在廠站量測質(zhì)量評估時，要做到公平、公正，使評分結(jié)果能夠有效地促進電網(wǎng)量測信息的整體改善。

3.狀態(tài)估計量測權(quán)重的動態(tài)調(diào)整技術(shù)

狀態(tài)估計的量測權(quán)重通常依據(jù)測點的量測精度等級進行設(shè)置，但是在實際運行中，權(quán)重通常是一成不變或者根據(jù)經(jīng)驗人工調(diào)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(zhì)量評價得分轉(zhuǎn)化到狀態(tài)估計量測權(quán)重的方法。利用測點和廠站的量測信息評價得分，以科學(xué)的方法動態(tài)修正狀態(tài)估計的量測計算權(quán)重，降低或屏蔽量測評分低的測點量測權(quán)重，避免“殘差污染”或“殘差淹沒”，提高狀態(tài)估計的精度。

二、系統(tǒng)拓?fù)?/p>

電網(wǎng)量測信息在線智能檢測評價系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。電網(wǎng)量測智能檢測評價系統(tǒng)從SCADA中獲取系統(tǒng)的實時量測數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備的模型參數(shù)和拓?fù)溥B接關(guān)系，對系統(tǒng)實時量測信息進行關(guān)聯(lián)分析，辨識出系統(tǒng)中存在的問題量測信息，并對廠站進行量測質(zhì)量綜合評價，形成廠站量測質(zhì)量定量評估結(jié)果。另外，系統(tǒng)可以將量測評價結(jié)果傳遞給狀態(tài)估計應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)估計能夠獲取更加純凈的量測信息。

三、功能分析及實現(xiàn)

1.電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)獲取及量測數(shù)據(jù)的預(yù)處理

電網(wǎng)量測信息在線智能檢測評價系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)分析共用一套電網(wǎng)的模型信息，可以共享層次數(shù)據(jù)庫的電網(wǎng)模型和設(shè)備參數(shù)，根據(jù)用戶指定的周期或由事件觸發(fā)讀取電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)和電網(wǎng)量測數(shù)據(jù)。首先系統(tǒng)要對讀入的量測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實時拓?fù)湫畔?，對電網(wǎng)量測信息進行實時關(guān)聯(lián)性分析。預(yù)處理分析主要是針對量測信息數(shù)據(jù)狀態(tài)、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(guī)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(jù)不同的考核類型，定義不同的扣分標(biāo)準(zhǔn)，然后建立一個測點量測評分結(jié)構(gòu)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(guān)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(shù)據(jù)。類似遍歷全網(wǎng)各量測測點，即可形成各個測點的量測評分結(jié)果。分析測點評分結(jié)構(gòu)向量的評分結(jié)果，量測評分小于-1分的測點即為不良數(shù)據(jù)測點。通過問題量測的檢測評價，形成系統(tǒng)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(yīng)廠站的當(dāng)次不平衡問題量測記錄。電網(wǎng)中的量測信息質(zhì)量通常需要通過一段時間的統(tǒng)計分析，區(qū)分出量測的異?，F(xiàn)象是屬于偶爾出現(xiàn)還是長期存在的問題。因此，系統(tǒng)針對運行過程中出現(xiàn)的問題量測信息進行連續(xù)出現(xiàn)次數(shù)的統(tǒng)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(zhì)量檢測及評價

廠站的量測質(zhì)量對調(diào)度員掌握電網(wǎng)的真實運行情況和后續(xù)分析軟件的計算結(jié)果具有較大的影響。特別是對狀態(tài)估計等分析軟件，一個廠站量測出現(xiàn)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(zhì)量進行分析評價，篩選出質(zhì)量較差的廠站并進行集中處理。為了對廠站的量測質(zhì)量進行定量評估，需要對廠站的通道狀態(tài)和廠站內(nèi)的所有量測質(zhì)量進行分析。

建立廠站的量測評估機制，設(shè)定廠站的基準(zhǔn)分為100分，對于廠站通道狀態(tài)異常的設(shè)定一定的扣分標(biāo)準(zhǔn)，而對于廠站內(nèi)單個量測出現(xiàn)問題，依據(jù)其問題類型和罰分標(biāo)準(zhǔn)進行相應(yīng)的罰分。同一個量測當(dāng)天出現(xiàn)同樣類型的問題，只扣一次分。每天統(tǒng)計廠站的總罰分，在基準(zhǔn)分的基礎(chǔ)上獲取廠站當(dāng)天的評分。廠站評分采用標(biāo)準(zhǔn)分計分法，即按照廠站規(guī)模進行歸一化處理，形成所轄廠站的量測質(zhì)量評分列表。系統(tǒng)每天對所有廠站的量測質(zhì)量按照出現(xiàn)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(wǎng)所轄量測質(zhì)量按照所轄廠站的綜合情況進行評價，得出地區(qū)的平均得分以及該地區(qū)的最高得分和最低得分情況。通過對廠站內(nèi)測點量測質(zhì)量的評分，得到廠站的量測質(zhì)量總體評分，反映廠站的整體量測質(zhì)量水平。

四、量測權(quán)重動態(tài)調(diào)整算法

狀態(tài)估計的量測權(quán)重通常依據(jù)測點的量測精度等級進行設(shè)置，但在實際運行中，權(quán)重通常是一成不變的或者根據(jù)經(jīng)驗人工調(diào)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(zhì)量評價得分轉(zhuǎn)化到狀態(tài)估計量測權(quán)重的方法。

系統(tǒng)采用基于量測質(zhì)量評價信息的狀態(tài)估計量測權(quán)重的動態(tài)調(diào)整方法?；诹繙y質(zhì)量評價信息的狀態(tài)估計量測權(quán)重動態(tài)調(diào)整方法的目的是將測點量測評價的信息傳遞到狀態(tài)估計的計算過程中，動態(tài)修正狀態(tài)估計量測權(quán)重。

根據(jù)狀態(tài)估計加權(quán)最小二乘法的目標(biāo)函數(shù)：

（1）

通常權(quán)重Wi取各量測量的方差的倒數(shù)，即是最合理的。利用這一原則，本文提出了利用量測質(zhì)量評價信息動態(tài)權(quán)重修正的方法。

權(quán)重的修正由兩部分組成，分別為廠站級的連續(xù)慣性修正和測點級的斷續(xù)隨機修正。即：

（2）

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

廠站級的慣性權(quán)重修正因子通過廠站量測質(zhì)量的評分獲取，計算方法為：

（3）

式（3）中，SN為廠站的基準(zhǔn)評分。Sn為廠站n量測質(zhì)量評分，廠站單次統(tǒng)計的量測質(zhì)量評分并不直接用于量測權(quán)重的計算，而是結(jié)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(shè)置的慣性平滑系數(shù)。

隨機權(quán)重修正因子通過步驟（5）中可疑數(shù)據(jù)連續(xù)統(tǒng)計次數(shù)獲?。?/p>

（5）

Ndb為設(shè)置的隨機修正門檻，cons_numi為量測i的可疑統(tǒng)計次數(shù)。當(dāng)可疑統(tǒng)計次數(shù)cons_numi大于等于隨機修正門檻時，隨機權(quán)重修正因子才起作用。

五、量測評價結(jié)果拓展應(yīng)用

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

六、結(jié)論

本應(yīng)用及其算法作為科研項目已在欽州電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上實現(xiàn)并通過驗收。通過電網(wǎng)量測信息在線智能檢測評價和拓展應(yīng)用項目的實現(xiàn)，實時分析電網(wǎng)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(fù)擔(dān)，使自動化運行維護人員能夠及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)不良數(shù)據(jù)信息，快速、有效地解決量測問題，提高SCADA實測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

電網(wǎng)量測信息在線智能檢測評價和拓展應(yīng)用項目的實施，促進了EMS量測（遙信、遙測）質(zhì)量的提高，從而間接提高了狀態(tài)估計合格率；能夠通過廠站量測信息質(zhì)量評分動態(tài)修正量測權(quán)重，對電網(wǎng)中的薄弱量測信息進行屏蔽或以較低的權(quán)重參加狀態(tài)估計計算，進一步提高狀態(tài)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(yīng)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(tǒng)狀態(tài)估計[M].北京：水利電力出版社，1985.

（責(zé)任編輯：孫晴）