李珂琳

(汕頭供電局調(diào)度中心，廣東 汕頭 515041)

0 引言

狀態(tài)估計是電力調(diào)度自動化系統(tǒng)電力高級應(yīng)用軟件PAS(Power Application Software)的模塊之一，也是最重要的高級應(yīng)用軟件，它是電力系統(tǒng)其他高級應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。在進(jìn)行實時系統(tǒng)分析時，電力系統(tǒng)調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析、電壓無功優(yōu)化、調(diào)度員培訓(xùn)仿真、短路電流計算等軟件均以狀態(tài)估計的結(jié)果作為初始的數(shù)據(jù)斷面。它通過對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，清除其中不良數(shù)據(jù)，修正原始量測數(shù)據(jù)精度，補充未安裝測量處的測量數(shù)據(jù)，對整個電網(wǎng)的運行及調(diào)度有著重要的意義。在實際電力系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動遙測信息不全、部分開關(guān)刀閘沒遙信、設(shè)備參數(shù)不正確等因素導(dǎo)致狀態(tài)估計計算準(zhǔn)確度不高，如何消除這些因素，是提高狀態(tài)估計計算準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。

1 狀態(tài)估計的基本原理

狀態(tài)估計的已知量取自SCADA系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)模型。其中，網(wǎng)絡(luò)模型和遙信共同決定導(dǎo)納矩陣，而對遙測則分別建立各自的測量方程，賦予不同的權(quán)重，迭加形成狀態(tài)估計的目標(biāo)函數(shù)。通常采用最小二乘法或正交變換法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行分解，求出一組全網(wǎng)各結(jié)點的電壓向量，使參加計算的遙測量的加權(quán)方差最小。

2 狀態(tài)估計的數(shù)據(jù)處理流程

狀態(tài)估計的數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示，從圖1可以看出狀態(tài)估計的數(shù)據(jù)處理過程。

(1)讀取SCADA系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。

圖1 狀態(tài)估計數(shù)據(jù)處理流程圖

(2)對取到的SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行粗檢測、遙信辨識及可觀測性分析，其中包括:

1)清除越限數(shù)據(jù)。

2)檢查并修正測量數(shù)據(jù)的極性。

3)處理遙信狀態(tài)與遙測數(shù)據(jù)的矛盾點。

4)生成變壓器中性點及無負(fù)荷、無發(fā)電機的母線零注入測量。

5)分析系統(tǒng)不可觀測區(qū)域，將其中的元件設(shè)置成離線狀態(tài)，自動在不可觀測設(shè)備上生成虛擬等值負(fù)荷，以保證狀態(tài)估計輸出結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)平衡。

因此，狀態(tài)估計主要具有以下功能及特點:

(1)獲取SCADA實時系統(tǒng)測量信息。

(2)對獲取的信息進(jìn)行預(yù)處理，清除越限數(shù)據(jù)及邏輯壞數(shù)據(jù)。

(3)自動確定狀態(tài)估計范圍，清除不可觀測區(qū)域之元件。

(4)生成可觀測區(qū)域測量序列，采用快速分解最小二乘法進(jìn)行狀態(tài)估計計算。

(5)采用零殘差辨識，置殘差異常點測量權(quán)重為零。

狀態(tài)估計軟件在調(diào)度自動化系統(tǒng)中的主要任務(wù)是確定電網(wǎng)實時接線和運行方式，按開關(guān)狀態(tài)建立網(wǎng)絡(luò)模型，估計出各母線上的電壓和相角以及設(shè)備的功率，檢測辨識不良數(shù)據(jù)，補充不足測量點，加強電網(wǎng)的可觀測性，為其他應(yīng)用軟件提供相容的初始數(shù)據(jù)，是網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用軟件的實時數(shù)據(jù)源。狀態(tài)估計使用實時電力系統(tǒng)中測量的冗余信息來構(gòu)造一個經(jīng)過過濾的面向母線網(wǎng)絡(luò)模型。

3 影響狀態(tài)估計運算準(zhǔn)確性的因素

3.1 網(wǎng)絡(luò)建模

目前，汕頭供電局調(diào)度中心采用的是南瑞OPEN2000 PAS系統(tǒng)。根據(jù)汕頭供電局調(diào)度中心電氣設(shè)備的調(diào)度范圍，對網(wǎng)內(nèi)所有的220 kV變電站和110kV變電站建立了模型，對潮陽、澄海原代管地區(qū)的所有110kV變電站中的10kV以上設(shè)備也建立了模型，對10 kV母線以下部分建立了等值負(fù)荷。在500kV汕頭變電站中，500kV部分與外網(wǎng)相連，由于沒有外網(wǎng)模型，狀態(tài)估計計算始終在內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行，所以，將其等值成1臺220kV的發(fā)電機與220kV母線相連。電網(wǎng)中，與樟林變電站相連的饒平變電站屬于潮州市，也是外網(wǎng)，將其也等值成1臺發(fā)電機。該方法簡單實用，實際計算出來的結(jié)果也不錯。從長遠(yuǎn)來看，還是應(yīng)該利用外網(wǎng)等值技術(shù)，完善網(wǎng)絡(luò)模型。對于近幾年來進(jìn)行綜合自動化改造的廠站而言，先是對建模進(jìn)行特殊處理，采用虛擬線路的方法將廠站的新老部分進(jìn)行連接后建模。后來，聯(lián)合南瑞廠家技術(shù)人員在前置機中對進(jìn)行綜合自動化改造廠站的遙信、遙測信息進(jìn)行了處理，大大方便了廠站新老部分的建模。此外，還要求調(diào)度員在對廠站設(shè)備操作后，核對相應(yīng)的SCADA開關(guān)刀閘位置，將不正確的遙信通過人工方式設(shè)置正確的位置，盡量減少遙信采集錯誤對狀態(tài)估計的影響。下面列舉因開關(guān)刀閘不對位造成狀態(tài)估計出錯的實例。狀態(tài)估計可疑數(shù)據(jù)見表1。

表1 狀態(tài)估計可疑數(shù)據(jù)MW

從這個例子可以看出，遙信錯誤對狀態(tài)估計的影響是多么巨大。

對照查看SCADA實時數(shù)據(jù)與狀態(tài)估計的熱電廠接線圖，發(fā)現(xiàn)在SCADA接線圖中熱電廠的1211，1212，1221，1222，1231，1232 及 1041，1042 刀閘均處在分的狀態(tài)，#4發(fā)電機的測量值為25.5 MW，I段母線的測量值為108.9 kV，依據(jù)發(fā)電機和母線電壓2個值可以判斷1041刀閘應(yīng)在合的位置。狀態(tài)估計中接線圖上的1211，1221，1231，1041刀閘則處在合的狀態(tài)。由于遠(yuǎn)動系統(tǒng)對以上幾個刀閘沒有采集，經(jīng)與熱電廠有關(guān)人員聯(lián)系核對刀閘實際狀態(tài)后，確認(rèn)狀態(tài)估計計算出的刀閘狀態(tài)是正確的。將各刀閘人工置位后，熱海線、熱東線及發(fā)電機的可疑數(shù)據(jù)消除。SCADA實時態(tài)中正常的熱電廠接線圖如圖2所示。

3.2 測量的采集與處理

隨著越來越多的廠站進(jìn)入綜合自動化改造的行列，廠站監(jiān)控系統(tǒng)或綜合自動化裝置代替了傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端設(shè)備RTU(Remote Terminal Unit)，極大地擴(kuò)充了采集容量，過去受RTU容量影響而不能完全采集的刀閘信息實現(xiàn)了全遙信采集，極大地增加了測量數(shù)據(jù)的冗余度，使測量采集的精度、廣度和可靠性發(fā)生了質(zhì)的飛躍。遙測量的采集也由傳統(tǒng)的直流變送器過渡到交流采樣，減少了測量中間環(huán)節(jié)，提高了測量準(zhǔn)確性，這些都對提高狀態(tài)估計計算的準(zhǔn)確性有著積極的意義。汕頭電網(wǎng)主要通過直接采集和部分區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)2種方式實現(xiàn)遙測量的采集，此外，還在部分沒有采集遙測量的廠站采用其他方法進(jìn)行定義，如終端廠站的出線功率用變壓器的高端功率值代替，線路功率值用對端廠站的功率值代替，對于有些變電站變壓器10 kV側(cè)分裂電抗的2個出線開關(guān)有測量而變壓器10 kV側(cè)沒有測量的情況，分別進(jìn)行了特別處理:在公式定義表中增加1個公式，定義10 kV側(cè)的P，Q，I分別是這2個出線開關(guān)的P，Q，I的和，然后在變壓器的10 kV側(cè)人為增加1個相應(yīng)的遙測點號。盡量消除在測量值方面對狀態(tài)估計的影響。狀態(tài)估計對遙信值、遙測值的預(yù)處理結(jié)果分類告警表，也為能量管理系統(tǒng)EMS(Energy Management System)維護(hù)人員對不合理的測量值進(jìn)行檢查、定位和屏蔽提供了依據(jù)，能及時發(fā)現(xiàn)處理測量壞數(shù)據(jù)并做好測點改造工作，糾正錯誤的開關(guān)、刀閘狀態(tài)，提高遙信、遙測的準(zhǔn)確度。另一方面，要注重測量權(quán)值的控制，將零注入的權(quán)值設(shè)得最高，測量精度較高的變壓器、重要線路、發(fā)電機及與外網(wǎng)聯(lián)系的聯(lián)絡(luò)線功率權(quán)重值也設(shè)得較高，一般線路的有功測量值比較準(zhǔn)確，其權(quán)值設(shè)在中間。對于無功和電壓測量的精度而言，總體來說，無功比有功的低，所以，把它們的權(quán)值定得比較低。這在目前的運行中被證明是行之有效的提高狀態(tài)估計計算準(zhǔn)確度的方法之一。

圖2 SCADA實時態(tài)中正常的熱電廠接線圖

3.3 系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

參數(shù)是影響狀態(tài)估計準(zhǔn)確度的另外一個重要原因，長期以來，由于種種原因，參數(shù)往往得不到及時維護(hù)，狀態(tài)估計可疑數(shù)據(jù)表中的無功和電壓項，往往是由于變壓器參數(shù)(額定電壓、分接頭類型)錯誤和分接頭位置不對位引起的，也可能是電壓或無功測量不準(zhǔn)確引起，有些情況下是電容、電抗器容量值不對造成的。多回線、環(huán)線上的潮流分布和線路的阻抗密切相關(guān)，如果線路參數(shù)不正確，將導(dǎo)致多回線上的計算結(jié)果與實際相差很大。在參數(shù)不完全可靠的情況下，維護(hù)人員有時也會自行變更參數(shù)，以提高狀態(tài)估計計算的準(zhǔn)確度，例如可通過調(diào)整主變壓器低壓側(cè)額定電壓使線路無功功率得到改善。

3.4 人為因素的影響

狀態(tài)估計計算結(jié)果不準(zhǔn)確，也有人為的因素。EMS中的網(wǎng)絡(luò)建模要求所有電氣設(shè)備要有完好的連接關(guān)系，而SCADA系統(tǒng)在這方面的要求則沒那么嚴(yán)格，這導(dǎo)致非EMS維護(hù)人員在畫接線圖及定義上忽略了網(wǎng)絡(luò)建模這方面的要求，使網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系出現(xiàn)這樣或那樣的錯誤。如不屬于本廠站的設(shè)備畫在本廠站的接線圖中，或者設(shè)備重名，非接地刀閘定義成接地刀閘。當(dāng)變壓器潮流估計值為零時，除了上述原因外，還有可能是將2卷變壓器定義成3卷變壓器，從而缺少1個節(jié)點，或3卷變壓器定義成2卷變壓器，從而多了1個節(jié)點，不能形成正確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。有的廠站接線圖中的圖元連過數(shù)據(jù)庫后又被刪掉，這種圖元只有切換到“所有應(yīng)用”下才能被發(fā)現(xiàn)，有時恰恰是這些被刪除連接關(guān)系的圖元影響了連接關(guān)系。

4 提高狀態(tài)估計計算準(zhǔn)確性的方法

(1)對一些刀閘信息不齊全的老廠站進(jìn)行綜合自動化改造，擴(kuò)大測量冗余度，實現(xiàn)全遙信采集。

(2)增加發(fā)電機機端電壓測量。由于目前沒有采集發(fā)電機出口的電壓測量值，在這種情況下，狀態(tài)估計只能通過高壓母線電壓和變壓器抽頭測量推算發(fā)電機出口電壓，如果高壓母線電壓計算結(jié)果不理想或變壓器抽頭測量不準(zhǔn)確，那么發(fā)電機出口電壓的狀態(tài)估計結(jié)果也不可能準(zhǔn)確，可能會出現(xiàn)計算電壓比額定電壓低很多的情況。當(dāng)狀態(tài)估計將這樣的結(jié)果交給其他EMS模塊使用時，可能會影響其正常運行，例如，調(diào)度員潮流系統(tǒng)以過低的發(fā)電機電壓為PV節(jié)點電壓進(jìn)行計算時，很可能導(dǎo)致計算不收斂。

(3)變壓器抽頭。增加形成支路的升壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器的抽頭測量對提高狀態(tài)估計計算準(zhǔn)確度會有很大的幫助。在變壓器抽頭測量無冗余的情況下，如果沒有抽頭測量或抽頭測量不準(zhǔn)，變壓器低壓側(cè)的功率測量方程將會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致功率估算值的錯誤。

(4)消除人為因素。EMS和SCADA系統(tǒng)維護(hù)人員要統(tǒng)一認(rèn)識，嚴(yán)格按網(wǎng)絡(luò)建模要求進(jìn)行處理，徹底消除人為因素對狀態(tài)估計準(zhǔn)確度的影響。

5 結(jié)論

狀態(tài)估計的應(yīng)用不是降低了對基礎(chǔ)自動化的要求，只有當(dāng)基礎(chǔ)遙測、遙信布點全和差錯少時，狀態(tài)估計才能真正發(fā)揮其作用。汕頭供電局調(diào)度中心通過使用本文介紹的方法，使系統(tǒng)狀態(tài)估計的準(zhǔn)確度有了很大的提高，為汕頭供電局調(diào)度中心高級應(yīng)用軟件的實用化及其他高級應(yīng)用軟件的使用打下了良好的基礎(chǔ)。

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