黎怡明

(廣東省惠州市技師學(xué)院，廣東 惠州 516003)

0 引言

電網(wǎng)的參數(shù)出現(xiàn)錯誤的原因有:缺少實測參數(shù)而直接采用設(shè)計參數(shù)，或者因為參數(shù)測量條件與實際運行條件差別較大，使給定的參數(shù)值與實際運行的元件參數(shù)不同;因改線、改建，或因環(huán)境變化等原因，實際運行中的元件參數(shù)局部地、緩慢地發(fā)生了變化，但沒有及時維護;運行中的自動調(diào)壓變壓器的分接頭位置發(fā)生了變化，但系統(tǒng)調(diào)度員沒有及時更新。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計是EMS系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)模塊，然而電網(wǎng)參數(shù)錯誤將導(dǎo)致電力系統(tǒng)狀態(tài)估計精度的下降，從而使得后續(xù)軟件的分析功能受到影響，甚至導(dǎo)致能力管理系統(tǒng)(EMS)發(fā)出錯誤的控制動作，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行［1］。研究實用化的不良數(shù)據(jù)辨識方法具有重要意義。

現(xiàn)有的參數(shù)辨識法大體包括:殘差靈敏度辨識法［2］、拉格朗日辨識辨識法［3］和相對誤差辨識法［4］。文獻［2］基于支路潮流補償分量與量測殘差之間的靈敏度關(guān)系，提出了一種可疑支路辨識算法。該方法首先搜索關(guān)鍵量測集，找出某支路的潮流補償分量與該支路量測殘差之間靈敏度絕對值大于某個門檻值的量測;若關(guān)鍵量測集中殘差大于某個正數(shù)x1的量測數(shù)占關(guān)鍵量測總數(shù)的比例大于常數(shù)x2，則該支路被辨識為可疑支路［5］。但是，該方法需要確定的門檻值較多，在實際系統(tǒng)中仿真確定其數(shù)值較難。同時可疑支路集的規(guī)模問題也不可忽視，若其規(guī)模過小會產(chǎn)生漏檢，過大會增加許多不必要的計算量。文獻［3］基于拉格朗日乘子辨識可疑參數(shù)。該方法不僅可以辨識不良量測還可直接辨識出可疑支路的具體錯誤參數(shù)，僅存在單個不良量測或錯誤參數(shù)時辨識效果明顯優(yōu)于以往方法。在辨識多個不良數(shù)據(jù)時，該方法需要進行多次狀態(tài)估計，每次只能辨識出最嚴(yán)重的一個不良量測或者參數(shù)錯誤。若首先辨識出參數(shù)錯誤，則需估計并修正錯誤參數(shù)，其它未辨識出的不良數(shù)據(jù)可能嚴(yán)重影響錯誤參數(shù)的修正，從而導(dǎo)致參數(shù)的估計值仍然存在較大誤差，由此必然影響后一次辨識的效果。文獻［4］定義了量測量相對誤差指標(biāo)D，用D來表示支路一端變量和通過另一端變量計算而來的該端變量之間的差別。通過仿真給D確定一個檢測門檻值，當(dāng)實際量測計算出來的D大于門檻值時表示該支路參數(shù)存在錯誤，否則不存在參數(shù)錯誤。該方法通過量測直接計算相對誤差，減少了計算量也避免了狀態(tài)估計過程中的數(shù)值問題和殘差污染。但是該方法要求每條支路至少有一端能被同步向量單元(Phase Measurement Unit，PMU)直接或間接測量，而且當(dāng)量測數(shù)據(jù)中存在不良數(shù)據(jù)時將極大的影響辨識結(jié)果甚至導(dǎo)致無法辨識。

1 改進D指標(biāo)的參數(shù)錯誤辨識方法

輸電網(wǎng)參數(shù)的準(zhǔn)確性是各種電網(wǎng)分析計算軟件的基礎(chǔ)。由于參數(shù)的誤差及其不確切性會給狀態(tài)估計及其他安全分析程序帶來不利影響，為了確保狀態(tài)估計的精度，必須對網(wǎng)絡(luò)元件的參數(shù)錯誤加以辨識。

現(xiàn)有文獻定義了指標(biāo)D，用D來表示支路一端變量和通過另一端變量計算而來的該端變量之間的差別，即求取多時段量測相對誤差平方和的均值。通過仿真給D設(shè)定一個門檻值，當(dāng)實際量測計算出來的D大于門檻值時表示該支路參數(shù)存在錯誤。本文定義了改進的D指標(biāo)，即求取多時段量測相對誤差代數(shù)和絕對值的均值，這樣能保持相對誤差的隨機特性，并使得D指標(biāo)在存在參數(shù)錯誤時變化更靈敏。通過仿真分析了不同類型量測壞數(shù)據(jù)單獨和共同存在時，不同類型的參數(shù)錯誤單獨和同時存在，以及不同類型的量測壞數(shù)據(jù)和參數(shù)錯誤同時存在時量測估計值誤差的數(shù)值大小和污染傳播情況。

1.1 改進D指標(biāo)參數(shù)錯誤辨識模型

對應(yīng)PMU和SCADA兩種量測方式下的改進D指標(biāo)參數(shù)錯誤辨識模型如下:

式中:V'2i為計算得到的母線2的電壓相量，其余帶“'”的變量含義與此相同，N為支路兩側(cè)同時采集的數(shù)據(jù)組的數(shù)量，下標(biāo)1表示首端，2表示末端。

辨識法首先通過仿真設(shè)定D的門檻值，然后采集多時段數(shù)據(jù)計算D指標(biāo)，當(dāng)D大于門檻值時該支路存在參數(shù)錯誤。該方法具有不受殘差污染干擾、計算速度快、事先不需進行狀態(tài)估計，對部分可疑支路可單獨計算等特點。

1.2 改進D指標(biāo)參數(shù)錯誤辨識算法

上述方法可以形成一個檢測、辨識以及消除參數(shù)錯誤和量測壞數(shù)據(jù)的算法，算法表述如下。

1 )WLS狀態(tài)估計

當(dāng)把零注入功率當(dāng)成等式約束時，通過WLS狀態(tài)估計可以得到量測殘差r，以及拉格朗日乘子向量μ。此時的參數(shù)都認為是不存在錯誤的。

2 )壞數(shù)據(jù)和參數(shù)錯誤辨識

計算量測的標(biāo)準(zhǔn)化殘差γN，以及參數(shù)錯誤的拉格朗日乘子λN。選擇標(biāo)準(zhǔn)化殘差和標(biāo)準(zhǔn)化拉格朗日乘子間的較大的那個進行判斷:如果所選值小于辨識設(shè)置的門檻值，則不存在壞數(shù)據(jù)和參數(shù)錯誤;否則，則認為量測或者參數(shù)存在錯誤。

3 )糾正有誤參數(shù)

如果量測被辨識出有誤，則剔除這一量測信息。如果參數(shù)被辨識出有誤，則可使用增廣參數(shù)估計法對有誤參數(shù)進行估計。

考慮到壞數(shù)據(jù)和參數(shù)錯誤是同時產(chǎn)生的，這就要求有足夠的量測冗余度而且參數(shù)的錯誤與壞數(shù)據(jù)關(guān)系不大。由于參數(shù)錯誤是一直存在的，而壞數(shù)據(jù)只是在某一次測量中產(chǎn)生，因此出現(xiàn)參數(shù)錯誤與壞數(shù)據(jù)相互作用很大的可能性比較小。而且使用此方法，沒有必要事先確定哪些參數(shù)需要被檢驗。上述算法的三個步驟是相互獨立的，步驟2)使用步驟1)中狀態(tài)估計的結(jié)果，而且不需要重新做一次狀態(tài)估計，步驟2)中的可疑參數(shù)集就很容易更改。

2 方法性能仿真分析

為了驗證本文所提方法的有效性，在MTALAB環(huán)境下編制測試程序，以一個含有參數(shù)錯誤的5節(jié)點環(huán)形網(wǎng)絡(luò)算例進行了仿真分析，如圖1所示。以5節(jié)點環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流真值加零均值的高斯噪聲構(gòu)造100個時段的量測數(shù)據(jù)仿真觀察誤差。

圖1 5節(jié)點環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

以下所有的表中每一列表示一條支路，括號內(nèi)為首末節(jié)點編號。D1為文獻［4］中《電自》文章上定義的測量量誤差; D2為本文提出的改進為D指標(biāo)相對誤差。設(shè)置電壓測量精度為0.002;電流精度為0.005;相角測量精度為1度;支路功率測量精度為0.008。在1號節(jié)點和3號節(jié)點設(shè)置PMU量測，其它節(jié)點和支路為SCADA量測，其中支路4、5為變壓器支路。

把1-3支路的電阻值增大10%由0.1變?yōu)?.11，結(jié)果如表1所示;把1-3支路的電阻值增大20%由0.1變?yōu)?.12，結(jié)果如表2所示。

表1 1-3支路的電阻值由0.1變?yōu)?.11

表2 1-3支路的電阻值由0.1變?yōu)?.12

由上面兩個表格可知:

1 )當(dāng)一條支路電阻變化時，五個誤差指標(biāo)都能反映出來。而且都是誤差變化大時，指標(biāo)值變化更大。

2 )由五個指標(biāo)變化的比較可以看出，D2的變化在數(shù)量級上變化最為靈敏，其次是D1。

只把1-3支路的電抗值增大10%由0.35變?yōu)?.385，結(jié)果如表3所示;把1-3支路的電抗值增大20%由0.35變?yōu)?.42，結(jié)果如表4所示。

表3 1-3支路的電抗值由0.35變?yōu)?.385

表4 1-3支路的電抗值增大10%由0.35變?yōu)?.42

由上面兩個表格可知:

1 )當(dāng)一條支路電抗變化時，與電阻變化一樣，五個誤差指標(biāo)都能反映出來。而且都是誤差變化大時，指標(biāo)值變化大。

2 )由五個指標(biāo)變化的比較可以看出，仍然是D2相對D1變化更為靈敏。

3 )對1-3支路(沒有對地電納)而言，R對D1，D2的影響略大于X，原因可能是因為這條支路的電阻值相對其它支路電阻要大，對系統(tǒng)潮流的影響仍然很大，因而對測量量誤差的影響也比較大。

把1-2和1-3支路的電抗值同時增大10%時的結(jié)果如表5所示。

表5 1-2和1-3支路的電抗值同時增大10%

由上表可知:

1 )五個指標(biāo)都能反映兩條支路參數(shù)存在錯誤。

2 )由于兩條支路的電抗值比較大，五個指標(biāo)的變化都比較明顯，其中以D2、D1最為顯著。

通過以上的仿真記錄和分析我們暫時可以得出以下幾點結(jié)論:

1 )五個指標(biāo)都能在一定程度上面放映支路參數(shù)的變化，但都不能很好的區(qū)分量測誤差和參數(shù)誤差。

2 )從五個指標(biāo)在數(shù)值上隨著參數(shù)的變化而改變中可以看出D2在數(shù)量級上變化最為明顯，其次是D1的變化，當(dāng)參數(shù)本身值不大時D1只是在同一數(shù)量級上微小變化。

3 )當(dāng)參數(shù)本身數(shù)值不大且變化很小時，D1不能明顯反映參數(shù)變化。

4 )當(dāng)某個參數(shù)較大變化時可能會通過改變相關(guān)量測信息而影響對其它支路參數(shù)的誤判。

5 )從仿真比較結(jié)果知D2作為參數(shù)錯誤辨識指標(biāo)效果最佳，D2的參考門檻值可選為1e-2和1e-3。

3 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的正確性將間接的影響電力系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定性，為此本文提出改進D指標(biāo)的參數(shù)辨識方法。可根據(jù)基本加權(quán)最下二乘狀態(tài)估計后計算的量測估計值誤差，直接辨識簡單的量測壞數(shù)據(jù)和參數(shù)錯誤的方法。對于只存在量測壞數(shù)據(jù)、只存在參數(shù)錯誤、量測壞數(shù)據(jù)和參數(shù)錯誤同時存在時的情況均可采用改進D指標(biāo)辨識法。本仿真主要針對500KV和220KV高壓網(wǎng)絡(luò)，把雙繞組變壓器和廠站進行了等值處理，因此這里的變壓器支路主要考慮三繞組變壓器的等值支路。環(huán)內(nèi)若存在多個參數(shù)錯誤，應(yīng)按照支路功率類型分別進行判斷。每個支路功率量測估計值誤差明顯現(xiàn)只有一種參數(shù)錯誤時，可分別確定類型和位置;當(dāng)呈現(xiàn)出不止一種參數(shù)錯誤時，每個支路功率可按照量測估計值誤差的污染劃分成不同范圍，并根據(jù)不同參數(shù)對估計值誤差的影響情況分別確定不同范圍內(nèi)的參數(shù)錯誤類型。

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