基于快速分解正交變換狀態(tài)估計(jì)的電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)

朱趙桓，王安雨，徐 天

（南京工程學(xué)院，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著電力企業(yè)的不斷發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)逐漸受到電力行業(yè)工作人員的重視。在電力網(wǎng)絡(luò)的日常運(yùn)行中，量測(cè)量和量測(cè)通道的使用狀態(tài)以及外界信號(hào)的干擾會(huì)產(chǎn)生大量的量測(cè)誤差[1]。含壞數(shù)據(jù)的檢測(cè)與辨識(shí)作為電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的重要工作內(nèi)容之一，主要結(jié)合獲得的狀態(tài)估計(jì)值和電網(wǎng)中預(yù)留的冗余信息發(fā)現(xiàn)并排除量測(cè)采樣數(shù)據(jù)中的含壞數(shù)據(jù)，從而提高電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的真實(shí)性。分析使用效果可知，傳統(tǒng)的電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)效果較差且適用性不強(qiáng)[2-3]。因此，設(shè)計(jì)基于快速分解正交變換狀態(tài)估計(jì)的電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)方法，采用算例測(cè)試的形式對(duì)比其與傳統(tǒng)方法的使用差異。

1 基于快速分解正交變換狀態(tài)估計(jì)的電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)方法設(shè)計(jì)

1.1 電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)

在正常運(yùn)行的電網(wǎng)中，有功功率Y、電壓增幅Z、無(wú)功功率X以及電壓相角α之間存在微弱的關(guān)聯(lián)。通過使用雅可比矩陣，可知：

在狀態(tài)估計(jì)中，采用式（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)XY解耦，估計(jì)快速分解正交變換算法引用的電網(wǎng)狀態(tài)后，量測(cè)方程設(shè)定如下：

式（2）中，AU為量測(cè)產(chǎn)生的電壓數(shù)據(jù)，AR為量測(cè)產(chǎn)生的功率數(shù)據(jù)，gu(k)、gr(k)為某支路上的電壓數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)，zu、zr為節(jié)點(diǎn)的電壓數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)。根據(jù)式（2）完成量測(cè)過程，使用雅可比矩陣和快速分解法潮流算法進(jìn)行求值，并將求得的值設(shè)定為權(quán)重對(duì)角陣分解矩陣[4-5]。修正矩陣得出電網(wǎng)的狀態(tài)值并展開迭代計(jì)算，計(jì)算后得到的狀態(tài)值為電網(wǎng)的最佳狀態(tài)估計(jì)值。依據(jù)此狀態(tài)估計(jì)值，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)。

1.2 電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

此次研究中采用量測(cè)量突變檢測(cè)法檢測(cè)電網(wǎng)中的含壞數(shù)據(jù)。量測(cè)量突變檢測(cè)法是將采樣時(shí)間的量測(cè)量與采樣之前的預(yù)測(cè)量進(jìn)行對(duì)比。如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)量激增的問題，則對(duì)此可疑數(shù)據(jù)展開檢測(cè)。此方法可提升檢測(cè)的精準(zhǔn)度。

使用此方法前，應(yīng)設(shè)定相應(yīng)的約束條件。例如，相鄰采樣點(diǎn)之間的電網(wǎng)狀態(tài)不發(fā)生變化，檢測(cè)數(shù)據(jù)中存在含壞數(shù)據(jù)時(shí)，需及時(shí)修正數(shù)據(jù)。對(duì)約束條件設(shè)定的突變門限值如下：

式（3）中，gi,j為ti時(shí)間第i個(gè)實(shí)際測(cè)量值，gi/i-j為ti-1時(shí)對(duì)gi,j的預(yù)測(cè)值，?i為突變門限值，Δgi,j為激增量。使用式（3）檢測(cè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)中的含壞數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于原有的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)不良數(shù)據(jù)的檢測(cè)與辨識(shí)。

1.3 實(shí)現(xiàn)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)

為實(shí)現(xiàn)設(shè)定的技術(shù)及程序，則設(shè)定方法中使用PMU量測(cè)和SCADA量測(cè)。將兩種量測(cè)設(shè)備相結(jié)合，可有效提升量測(cè)結(jié)果的可靠性。方法使用的過程中涉及到數(shù)據(jù)運(yùn)算的部分較多，因而采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中展開運(yùn)算過程，以確保數(shù)據(jù)計(jì)算的可控性。

整合上述設(shè)計(jì)部分，形成整體性的方法。至此，完成基于快速分解正交變換狀態(tài)估計(jì)的電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)方法設(shè)計(jì)。

2 算例測(cè)試

2.1 測(cè)試環(huán)境設(shè)定

測(cè)試中，采用MATPOWER仿真軟件對(duì)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)結(jié)果展開仿真處理。處理內(nèi)容包括計(jì)算信息向量、基于網(wǎng)絡(luò)支路的信息向量以及差別向量等。通過對(duì)比文中設(shè)計(jì)方法與原有的電網(wǎng)含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)方法，完成測(cè)試過程。

設(shè)定此次測(cè)試中的含錯(cuò)數(shù)據(jù)存在于網(wǎng)絡(luò)枝干。在電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)下，如果前面部分支路突然斷開，后面部分支路的有效數(shù)據(jù)就會(huì)大幅度激增。通過產(chǎn)生的設(shè)定模擬含錯(cuò)數(shù)據(jù)，展開文中設(shè)計(jì)方法與原有方法對(duì)此測(cè)試環(huán)境的含壞數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)，結(jié)合電網(wǎng)主路與支路上兩種對(duì)比方法對(duì)含錯(cuò)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度進(jìn)行檢測(cè)與辨識(shí)。

2.2 測(cè)試結(jié)果

通過上述設(shè)定設(shè)計(jì)測(cè)試環(huán)境，并將其作為此次測(cè)試的基礎(chǔ)完成測(cè)試過程。此次測(cè)試展開兩次檢測(cè)與辨識(shí)工作，結(jié)合電網(wǎng)主路的各個(gè)節(jié)點(diǎn)和支路的重要連接節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理，通過測(cè)試點(diǎn)Z1～Z10對(duì)本文方法及原有方法進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)設(shè)定工作環(huán)境將含錯(cuò)數(shù)據(jù)分別放在電網(wǎng)主路上和支路上分別進(jìn)行檢測(cè)及辨識(shí)。測(cè)試環(huán)境進(jìn)行兩次檢測(cè)與辨識(shí)，以測(cè)定兩種方法的檢測(cè)精準(zhǔn)性如表1和表2所示。

表1 含錯(cuò)數(shù)據(jù)在電網(wǎng)主路上的檢測(cè)精準(zhǔn)度測(cè)試結(jié)果

表2 含錯(cuò)數(shù)據(jù)在電網(wǎng)支路上的檢測(cè)精準(zhǔn)度測(cè)試結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，含錯(cuò)數(shù)據(jù)的位置影響檢測(cè)與辨識(shí)方法的使用效果。經(jīng)分析可知，原有方法含錯(cuò)數(shù)據(jù)在電網(wǎng)主路時(shí)的檢測(cè)精度高于在電網(wǎng)支流的檢測(cè)精度。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可知，文中設(shè)計(jì)方法在兩種測(cè)試環(huán)境的使用效果均優(yōu)于原有方法。文中設(shè)計(jì)方法的檢測(cè)精準(zhǔn)度取值范圍約達(dá)99%，原有方法的精準(zhǔn)度取值最高值僅為96%左右。

3 結(jié) 論

電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)是電網(wǎng)控制中的重要組成部分，含壞數(shù)據(jù)的檢測(cè)與辨識(shí)是電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)中的重點(diǎn)研究對(duì)象。當(dāng)今，智能電網(wǎng)的應(yīng)用普及，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度方式安排智能化的要求越來越高，因此電網(wǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)的要求隨之提升。在此環(huán)境背景下，針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，引用快速分解正交變換算法對(duì)其展開優(yōu)化，并根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況設(shè)定含錯(cuò)數(shù)據(jù)檢測(cè)方法。通過算例測(cè)試可知，文中設(shè)計(jì)方法的使用效果更佳。在日后的電網(wǎng)使用與控制中廣泛應(yīng)用此方法，可提升電網(wǎng)調(diào)度的科學(xué)性。