淺談海上油田孤島電力系統狀態估計的必要性

趙希寶

摘? 要：隨著海上油田孤島電網的拓撲結構和運行情況愈加復雜，對海上油田孤島電力系統進行狀態估計，利用量測系統的冗余度，提高量測系統的數據精度，有利于捕獲電力系統的最優狀態估計值，精準掌控電網的實時運行狀態，進而提高海上油田孤島電力系統的供電可靠性。本文就海上油田孤島電力系統狀態估計的必要性以及狀態估計的實現做了綜合性的闡述和分析。

關鍵詞：海上孤島電網? 狀態估計? 必要性? 量測系統

中圖分類號：TM73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）07（b）-0041-03

Abstract： The topology and operation of offshore island grids in offshore oilfields are becoming more complex. Using the redundancy of the measurement system to estimate the state of the offshore oilfield island power system is conducive to improving the data accuracy of the measurement system and capturing the optimal state estimate of the power system， as well as controlling the real-time operating state of the power grid accurately， thereby improving offshore reliability of power supply in isolated island power system of oil field. This paper makes a comprehensive elaboration and analysis on the necessity of the state estimation of the offshore island power system and the realization of the state estimation.

Key Words： Offshore island grid;? State estimation; Necessity;? Measurement system

隨著海上油田電網逐步從單平臺供電模式向多平臺互聯供電模式的轉變，海油電網規模不斷地擴大，網絡拓撲與運行情況的復雜性以及調度管控工作難度也隨之增加。與此同時，隨著電力系統自動化水平的迅速發展，為了保證海上油田孤島電力系統安全、經濟運行，油田群電網為了實現電力調度的自動化控制，近年來開始逐步加裝能量管理系統（Energy Management System， EMS）。作為EMS啟用應用功能的前提，狀態估計顯得至關重要[1-3]。

1? 海油孤島電網狀態估計的必要性

海上油田孤島電網相較于陸地電網，量測數據少、精度低;海上電網互聯模式下拓撲結構復雜，發電機機型各異、運行方式多變，因此提升海上電網的安全穩定性具有重要意義。目前EMS與電網實時數據采集和監控系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）已逐漸被廣泛應用在海上油田電力系統的各個環節上。狀態估計作為EMS一個關鍵環節，是海上電網在線應用軟件的基礎。狀態估計首先從SCADA中獲取量測數據，作為算法輸入的基礎數據，然后確定電力系統的拓撲結構以及各個元件之間的聯結關系，再對誤差數據的檢測、辨識與修正，經過不斷迭代計算，獲得最優方案。

由于油田電網具有以上特點，實現狀態估計的必要性在于：

（1）EMS的功能需要可靠精確的數據作為輸入數據，而SCADA系統采集的實時數據可能存在數據殘缺、不精確、受干擾時會出現錯誤等缺點。

（2）油田電網中量測數量少，精度低，而測量表征電力系統特性所有狀態量是不經濟的、難以實現的，需要通過狀態估計由已知測量數據推算其他電氣量。

（3）油田電網相對傳統陸地大電網規模小，受到擾動后系統狀態變化快，從而需要實時反映系統真實的運行狀態。

（4）電力系統狀態估計是絕大部分軟件在線應用的基礎，假設不進行狀態估計或估計結果有誤，后續任意高級功能的分析計算結果將不準確。

2? 狀態估計的作用及意義

孤島電力系統應用狀態估計的作用主要包括：

（1）提高量測數據的精確度。

利用量測系統的冗余數據，對量測數據進行不良數據的檢測與辨識、修正后，能夠進一步提高量測數據的精確度。

（2）降低投資成本。

能夠計算出未測量的電氣量，少裝量測點，減少量測系統的投資。

（3）實時反映電網真實運行狀態。可得到最能反映電網系統真實狀態的狀態估計值。

（4）保障了軟件的應用。

為EMS提供可靠而完整的系統運行狀態的信息，豐富了各種應用軟件所需的數據庫內容，為后續其他高級分析功能在線應用以及海上電網實現智能化調度管理奠定了數據基礎。

（5）提高系統安全運行水平。

調度中心能快速、確切地掌控海上電力系統的實時運行狀態，能對系統運行趨勢進行預測分析，根據預測結果對運行中可能發生的任意事件提出應對決策，從而提高了系統的安穩運行水平。

3? 海上油田電網狀態估計的實現

電網狀態估計[4]即在量測數據存在誤差的情況下，利用實時量測系統的冗余度，自動排除誤差數據，通過計算得到可靠的系統狀態變量值，估計出系統運行狀態。

海上電網狀態估計的實現過程[5-7]如圖1所示，具體包括以下步驟：

（1）前置濾波。作為不良數據的檢測和辨識的第一步前提，在狀態估計之前，利用簡單的規則進行初檢測，排除明顯不合理的量測。

（2）可觀測性分析確定估計網絡。在已知電網網絡拓撲的情況下，根據遙測數據的類型和位置，確定連通網中哪些部分的運行狀態是可以計算出來的。確定電網的可觀測區后，在可觀測區上進行實時狀態估計計算。

（3）假定模型。基于SCADA采集到的實時數據，通過智能化網絡建模工具建立電力網絡模型數據庫;根據遙信數據中開關的開合狀態實時確定當前電網的網絡拓撲結構，生成電網假定模型。

（4）狀態估計最優計算。設置目標準則，然后對經過初篩選后的量測數據進行計算，獲取最接近電力系統真實狀態的估計值。

（5）不良數據和結構誤差的檢測。對狀態估計計算結果進行檢測，檢測是否存在網絡拓撲結構誤差以及不良數據，若皆不存在，則狀態估計完成，輸出最終結果;若發現了不良數據則跳轉步驟六。

（6）不良數據的辨識。根據估計出來的量測誤差的大小確定不良數據的具體測點位置。

（7）測量值修正、結構修正，經過不良數據辨識后對其進行剔除得以修正，同時對檢測到存在結構誤差的網絡拓撲進行修正，然后返回步驟三重新計算。

4? 結語

本文首先針對海上油田孤島電力系統狀態估計的必要性進行了分析，然后介紹了狀態估計的實現過程。實現狀態估計有利于提高測量數據的精度，提高量測系統數據的可靠性，保證了數據質量的同時還能降低量測系統的投入成本;此外調度中心能快速、確切地掌控海上油田孤島電力系統的實時運行狀態，為海上油田孤島電力系統實現智能化調度管理奠定了數據基礎，從而提高電力系統的穩定性。

參考文獻

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