李靖霞，鐘昀，施廣德，陳琦

(國電南京自動化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

智能變電站采用先進的智能設(shè)備，能自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等項工作，同時變電站具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級應(yīng)用功能。隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)，作為智能電網(wǎng)重要支撐節(jié)點的變電站正逐漸向智能變電站發(fā)展。

智能變電站的“智能”表現(xiàn)在智能設(shè)備和智能高級應(yīng)用上。數(shù)據(jù)辨識模塊作為高級應(yīng)用的一部分，是其他應(yīng)用的基礎(chǔ)。智能變電站采集到的數(shù)據(jù)是全景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量很大，對這些數(shù)據(jù)進行分析整理，辨別出不良數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)辨識模塊的基本功能。

智能變電站的通信服務(wù)基于IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)。國家電網(wǎng)發(fā)布的《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》提出智能變電站宜建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺，供各子系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化存取訪問以及與調(diào)度等其他系統(tǒng)進行標(biāo)準(zhǔn)化交互。而調(diào)度等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型遵循的是IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)。為了與調(diào)度系統(tǒng)進行標(biāo)準(zhǔn)化交互，智能變電站的建模采用的是與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的二次設(shè)備，采用IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)建模，一次設(shè)備模型采用IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)建模，一次設(shè)備、二次設(shè)備的映射關(guān)系在2個標(biāo)準(zhǔn)中都有所涉及，但都不完備，目前系統(tǒng)所采用的一次映射模型、二次映射模型是結(jié)合工程實際經(jīng)驗來構(gòu)建的。

1 數(shù)據(jù)辨識模塊功能

智能數(shù)據(jù)辨識模塊的主要功能是對采集到的數(shù)據(jù)進行分析辨識，標(biāo)識出不合理數(shù)據(jù)和不良數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)其他應(yīng)用提供更準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)辨識模塊的主要功能可分為數(shù)據(jù)合理性檢測和不良數(shù)據(jù)檢測2部分，同時，數(shù)據(jù)辨識模塊的結(jié)果相當(dāng)于狀態(tài)估計的預(yù)處理，狀態(tài)估計可直接在數(shù)據(jù)辨識的基礎(chǔ)上進行分析計算。

數(shù)據(jù)辨識模塊的主要步驟是先從數(shù)據(jù)庫讀取量測值和狀態(tài)量，然后根據(jù)拓撲分析結(jié)果對不良開關(guān)狀態(tài)量進行標(biāo)識辨別并修正，再做第2次拓撲分析，此次拓撲分析結(jié)果有較高的正確性。在該結(jié)果基礎(chǔ)上做數(shù)據(jù)合理性檢測和不良數(shù)據(jù)檢測，最后顯示數(shù)據(jù)辨識結(jié)果。數(shù)據(jù)辨識模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)辨識模塊結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)合理性檢測

2.1 母線功率平衡檢測

母線功率平衡檢測是根據(jù)母線設(shè)備的拓撲關(guān)系，檢測與之相關(guān)的功率量測總和是否平衡。流入、流出母線的功率總和應(yīng)為0，即

(1)

式中：k為拓撲母線的序號；n為第k條拓撲母線下注入功率量測個數(shù)；Pki為第k條拓撲母線的第i個注入有功功率；Qki為第k條拓撲母線的第i個注入無功功率。

在實際計算時，由于量測存在誤差，所以給出允許的限值，當(dāng)功率總和在限值范圍內(nèi)時，則認為母線功率平衡。該項檢測顯示出功率不平衡的母線，可提醒運行人員檢查該母線對應(yīng)的拓撲和量測，及時發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 并列母線電壓一致性檢測

并列母線電壓一致性檢測是對并列運行的實體母線均有量測時，對其一致性的判斷，即

(2)

對于有并列運行實體母線的拓撲母線，實體母線如都有有效電壓量測，則計算平均值，比較各母線電壓值與平均值的差，如在允許的限值內(nèi)，則代表電壓一致。

2.3 變壓器各側(cè)功率平衡檢測

變壓器各側(cè)功率平衡檢測是檢測變壓器各電壓側(cè)有功功率和無功功率是否平衡。若不考慮變壓器損耗，變壓器各側(cè)的功率總和應(yīng)為0。在實現(xiàn)時考慮變壓器損耗，判斷功率總和是否超出允許限值，若超過，則判斷該變壓器各側(cè)功率不平衡。即

(3)

式中：k為變壓器的序號；n為第k個變壓器的各電壓等級繞組側(cè)，可為2或3；Pki為第k個變壓器的第i個電壓等級繞組側(cè)的有功功率；Qki為第k個變壓器的第i個電壓等級繞組側(cè)的無功功率。

2.4 有功、無功電流一致性檢測

有功、無功電流一致性檢測是指同一量測位置有功、無功電流和電流量測是否匹配。首先讀取該量測位置的電壓等級，獲得當(dāng)前位置的電壓基準(zhǔn)值，由有功、無功量測值和電壓基準(zhǔn)值可計算出電流值。即

(4)

式中：I為電流；P為有功功率；Q為無功功率；U為電壓。

實現(xiàn)時，計算電流量測值與電流計算值的差，判斷其是否超出允許限值，若超出，則判斷該位置量測不一致。

3 不良數(shù)據(jù)辨識檢測

3.1 量測跳變檢測

量測跳變檢測是判斷模擬量測是否發(fā)生跳變的檢測。量測跳變檢測功能取當(dāng)前量測值及前面連續(xù)2點量測值，用前面2點量測值作線性擬合，并由此推算出擬合的當(dāng)前量測值，對比擬合值與實際值，判斷其是否超出限值。若超出，則繼續(xù)檢測同一位置其他量測是否跳變；若均有跳變，則可認為其為正常變化；若無跳變，則判斷該量測值為跳變。開關(guān)變位、負荷投切等都可能引起量測跳變。但在該功能實現(xiàn)時，未考慮開關(guān)變位和負荷投切等因素，而是將所有跳變的模擬量測標(biāo)識出，最后由人工判斷跳變的量測，可為系統(tǒng)提供更準(zhǔn)確的信息。

3.2 開關(guān)狀態(tài)與量測值一致性檢測

開關(guān)狀態(tài)與量測值一致性檢測就是拓撲錯誤檢測和辨識。開關(guān)狀態(tài)與量測值一致性檢測功能是獲得正確拓撲的基礎(chǔ)。該功能結(jié)合運行方式、潮流分布來檢測開關(guān)狀態(tài)量是否合理。主要關(guān)注的是量測值為打開狀態(tài)的開關(guān)，對其讀取其所在支路兩端的功率量測，若該開關(guān)供電端的功率量測值不為0，則認為該開關(guān)應(yīng)為閉合狀態(tài)，量測值與開關(guān)狀態(tài)不一致。

3.3 開關(guān)狀態(tài)與標(biāo)志牌一致性檢測

開關(guān)狀態(tài)與標(biāo)志牌一致性檢測，是指開關(guān)設(shè)備本身的標(biāo)志牌或開關(guān)所在間隔的標(biāo)志牌信息與開關(guān)狀態(tài)是否一致的檢測。

3.4 變壓器分接頭正確性檢測

變壓器分接頭正確性檢測是指當(dāng)變壓器各電壓側(cè)的母線電壓和有功、無功量測值都可用時，檢測有載調(diào)壓分接頭位置的準(zhǔn)確性。

變壓器的分接頭檔位是離散量，不同檔位變比不同，可以采用窮舉法來估計當(dāng)前分接頭的位置。

以雙繞組變壓器為例，已知變比和兩端電壓值，可得變壓器兩端的功率的計算值

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：i為變壓器首端非標(biāo)準(zhǔn)側(cè)節(jié)點編號；j為變壓器末端標(biāo)準(zhǔn)側(cè)節(jié)點編號；θij為節(jié)點i與節(jié)點j之間的相角差，計算時近似為0；Pij，Qij分別為節(jié)點i側(cè)的有功功率和無功功率量測計算值；Pji，Qji分別為節(jié)點j側(cè)的有功功率和無功功率量測計算值；ui，uj分別為節(jié)點i與節(jié)點j的電壓幅值；G，B為變壓器的電導(dǎo)和電納。

得到功率的計算值后，將功率的計算值與實際量測值比較，差值最小的即認為是當(dāng)前分接頭位置。最后比較分接頭檔位的計算值和實際量測值，若一致，則分接頭量測正確；若不一致，則分接頭量測不一致，分接頭合理位置為計算值。

4 辨識結(jié)果顯示

數(shù)據(jù)辨識的結(jié)果直接寫在面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫中。其中一部分與一次設(shè)備相關(guān)的結(jié)果直接寫在設(shè)備對象下，如變壓器各側(cè)功率是否平衡的結(jié)果寫在變壓器設(shè)備對象下相對應(yīng)的結(jié)果屬性中；另一部分辨識結(jié)果同與開關(guān)狀態(tài)離散量測相關(guān)的模擬量測一起寫入量測對象下。開關(guān)狀態(tài)量和量測值中的不良數(shù)據(jù)除了在數(shù)據(jù)庫中被標(biāo)識外，通過配置也可直接在接線圖上用閃爍、變色等生動直觀的方式來標(biāo)識。

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)辨識是智能變電站不可缺少的應(yīng)用之一，在變電站一體化監(jiān)控平臺上開發(fā)和實現(xiàn)數(shù)據(jù)辨識功能，經(jīng)檢測能滿足智能變電站的監(jiān)控運行實際要求。

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