基于動態(tài)參數變化的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計維護研究

陳筱陸 石菊增 郭偉琪 侯君

摘要：為提高電網狀態(tài)估計準確性和查找狀態(tài)估計問題速度，以臨沂電網EMS系統(tǒng)為對象，研究了以動態(tài)參數維護及觀測為基礎的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計維護方法，實現了對拓撲、阻抗等多種參數變化情況的全面迅速掌握，并建立了實用的維護輔助決策系統(tǒng)。

關鍵詞：狀態(tài)估計;參數動態(tài)變化;輔助決策

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0199-02

隨著電網規(guī)模的不斷擴大及電網自動化水平的不斷提高，作為電網能量管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）高級應用軟件實用化的基礎[1-3]，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計發(fā)揮著越來越重要的作用。而日趨復雜的電網結構和龐大電網規(guī)模為電網狀態(tài)估計維護帶來了巨大的困難[4-5]。本文從電網參數的動態(tài)變化入手，建立針對不同類型參數的分類管理監(jiān)測機制，通過實用輔助系統(tǒng)的的建立，大大降低狀態(tài)估計維護難度，提高狀態(tài)估計維護效率。

一、狀態(tài)估計影響因素分類

狀態(tài)估計即根據SCADA提供的實時信息和網絡拓撲的分析結果及其它相關數據，實時地給出電網內各母線電壓（幅值和相位），各線路、變壓器等支路的潮流，各母線的負荷和各發(fā)電機出力。影響狀態(tài)估計的主要因素有拓撲連接關系、元件模型、元件電氣參數、實時遙信和遙測，相互間關系如圖1所示。

其數學如公式1所示：

（1）

式中，z為狀態(tài)估計結果;為狀態(tài)估計結果與參數的函數;m為原件模型;x為實時遙測與遙信;p為電氣參數;s為拓撲鏈接關系。

在四種影響因素中，拓撲連接關系及元件模型決定了電網基本的結構，在建立維護中，出現錯誤的可能性較小，但一旦出錯，對狀態(tài)估計的影響極為巨大，很可能直接導致狀態(tài)估計計算不收斂。元件電氣參數數據龐大，人工填寫工作量大，由于數字無規(guī)律且為多位小數，出錯可能性相對較大，但出現錯誤后對狀態(tài)估計影響較小，尤其是現有狀態(tài)估計軟件普遍具有參數辨識及自動修正功能，可有效減小參數出錯情況下對狀態(tài)估計數據的影響，與其他相比參數，主變檔位數及運行檔位對狀態(tài)估計影響較大，在計算其影響時需區(qū)別對待。由于電壓等級多，量測元件數目龐大，實時遙信/遙測是否對應在各種影響因素中是最容易出現問題的因素，尤其是開關、刀閘位置遙信位置錯誤對狀態(tài)估計的準確性具有重大的影響，高電壓等級開關、刀閘遙信位置的錯誤將會導致大量下級變電站狀態(tài)估計的計算，某些樞紐變電站關鍵開關、刀閘位置的錯誤將會直接導致整個系統(tǒng)狀態(tài)估計計算出現不收斂現象。

各種因素出錯可能性及對狀態(tài)估計影響總結如表1所示。

表1 狀態(tài)估計影響因素總結

影響因素 出錯可能性 對狀態(tài)估計影響

拓撲連接關系 小 大

元件模型 小 大

元件電氣參數 中 小（中）

實時遙信遙測 大 大

二、各影響因素主要問題分析

現代能量管理系統(tǒng)軟件普遍采用圖模庫一體化功能，自動化維護人員在建立電網模型的過程中可有效避免圖形元件同數據庫的對應問題，從而大大減少了維護人員的工作量，但由于大電網的復雜性、時間的緊迫性及自動化人員水平差異等原因，往往會出現許多錯誤，從而影響狀態(tài)估計的準確性。狀態(tài)估計影響因素參數的主要錯誤具有不同的特點，每項影響因素對狀態(tài)估計產生影響的主要問題的如表2所示。

表2 各影響因素主要問題

影響因素 主要問題

拓撲連接關系 各電氣元件端口連接是否正確

元件模型 元件模型是否與實際一致

元件電氣參數 阻抗與導納等參數填寫是否正確

實時遙信與遙測 是否正確關聯元件，所取數據是否正確

三、評價體系建立

在復雜的電網結構下，電網某一元件出現參數錯誤往往影響有電氣連接的多個元件的狀態(tài)估計計算出現偏差，甚至導致全網狀態(tài)估計計算錯誤，為排除冗余信息干擾，快速定位問題所在，需根據各影響因素的特點，建立科學的評價體系，對各個不合格的狀態(tài)估計量測點進行排序，從而降低狀態(tài)估計維護消缺工作的難度。

本文針對不同影響因素出現問題時的影響，對全網模型建立了影響值指標，以此表示元件自動化信息出現問題對狀態(tài)估計指標降低的影響程度，其具體的表達式為：

式中：N為元件影響值;n1為拓撲連接關系影響值，其數值根據元件所連接的元件數及所連接的元件電壓等級確定;n2為元件模型影響值，其數值根據元件類型（如母聯開關、變壓器等）及元件的電壓等級確定;n3為元件電氣參數影響值，其數值根據元件類型、是否填寫及參數是否異常等因素確定;n4為實時遙信與遙測影響值，其數值跟軍遙信/遙測是否對應、元件不平衡度及遙測信息是否突變等因素確定;ai為各因素相應權重，數值受由各種因素出錯對狀態(tài)估計影響決定，在確定權重值時，應突出元件模型及拓撲連接關系的先決性，其相應權重值較大。

當出現狀態(tài)估計錯誤時，相應元件進行影響值計算，并根據影響值大小進行排序，自動化維護人員即可根據影響值排序快速定位問題所處元件。需要注意的是，由于狀態(tài)估計影響的區(qū)域性，在判斷問題潛在元件時，應適當擴大元件范圍。

四、以動態(tài)參數變化為依據的狀態(tài)估計維護方案

目前，各級電網對電網狀態(tài)估計重視程度逐漸增大，指標要求不斷提高，但相關維護輔助工具缺乏，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)估計出現計算不收斂時，相關提示不具有參考性。本文以評價體系及動態(tài)參數對比為基礎，制定了一套針對動態(tài)參數對比的狀態(tài)估計維護方案，如圖2所示。以某一合格率較高的狀態(tài)估計斷面為基礎，通過系統(tǒng)自動比對相關數據出現的變化，如元件的新增、拓撲關系的改變、電氣參數的變動等，通過閉環(huán)的循環(huán)控制，使狀態(tài)估計的合格率不斷提高，可以有效的提高狀態(tài)估計維護工作效率，減少自動化人員維護工作量。

在流程中，初始斷面的選擇影響著整個程序運行的效率，電網拓撲完善、元件模型恰當、電氣參數填寫正確、實時數據良好的斷面將大大縮短系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行的時間，從而盡量少的引入人工維護處理，故建議使用最為接近的狀態(tài)估計收斂的斷面作為初始短命，并應將一些質量良好的斷面作為備案資料進行保存，以便以后維護工作使用。

在判斷環(huán)節(jié)，為排除負荷短時間波動對狀態(tài)估計維護的影響，在判斷合格率是否高于初始斷面及是否下降時可設定一定的閾值，當上升/下降的數值高于閾值時判斷為是，否則忽視其變動，正常運行。為保證其余電力系統(tǒng)高級應用的需要，當出現狀態(tài)估計合格率下降后，狀態(tài)估計不應停止計算，應在保存變動數據后，根據實時信息繼續(xù)進行計算，從而為維護人員提供具有時標的電網信息變動記錄，為電網數據維護提供類似事故追憶的參考資料，以發(fā)展的角度對比電網狀態(tài)的變化，以便更為迅速查找問題的關鍵點，提高維護處理環(huán)節(jié)的效率。

基于該流程，開發(fā)了相應的狀態(tài)估計輔助決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)以圖形可視的方式列出了狀態(tài)估計計算出現不收斂等問題時參數的動態(tài)變化，如圖3所示維護工作人員可根據維護需要，選擇需查看的參數變化類型，如參數錯誤、主變實時檔位錯誤等。在維護界面中，列出了前后狀態(tài)的變化，并給出了出現問題的分析結果，有力地支持了狀態(tài)估計維護工作的進行。

五、結束語

在建立狀態(tài)估計元件評價體系的基礎上，本文提出了基于動態(tài)參數變化的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計維護方法，并開發(fā)了相應的狀態(tài)估計輔助決策系統(tǒng)。該輔助決策系統(tǒng)實現了潛在問題元件參數評價、參數狀態(tài)變化等功能，解決了當前狀態(tài)估計輔助維護工具缺乏、問題元件定位困難的現狀，有助于提高網基礎數據質量，為電力高級應用提供了堅實的基礎。

參考文獻：

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（責任編輯：劉翠枝）