李靖霞，鐘昀，施廣德，陳琦

(國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

智能變電站采用先進(jìn)的智能設(shè)備，能自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等項(xiàng)工作，同時(shí)變電站具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能。隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)，作為智能電網(wǎng)重要支撐節(jié)點(diǎn)的變電站正逐漸向智能變電站發(fā)展。

智能變電站的“智能”表現(xiàn)在智能設(shè)備和智能高級(jí)應(yīng)用上。數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊作為高級(jí)應(yīng)用的一部分，是其他應(yīng)用的基礎(chǔ)。智能變電站采集到的數(shù)據(jù)是全景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量很大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，辨別出不良數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊的基本功能。

智能變電站的通信服務(wù)基于IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家電網(wǎng)發(fā)布的《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》提出智能變電站宜建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺(tái)，供各子系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化存取訪問(wèn)以及與調(diào)度等其他系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化交互。而調(diào)度等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型遵循的是IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)。為了與調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化交互，智能變電站的建模采用的是與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的二次設(shè)備，采用IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)建模，一次設(shè)備模型采用IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)建模，一次設(shè)備、二次設(shè)備的映射關(guān)系在2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都有所涉及，但都不完備，目前系統(tǒng)所采用的一次映射模型、二次映射模型是結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)構(gòu)建的。

1 數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊功能

智能數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊的主要功能是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析辨識(shí)，標(biāo)識(shí)出不合理數(shù)據(jù)和不良數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)其他應(yīng)用提供更準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊的主要功能可分為數(shù)據(jù)合理性檢測(cè)和不良數(shù)據(jù)檢測(cè)2部分，同時(shí)，數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊的結(jié)果相當(dāng)于狀態(tài)估計(jì)的預(yù)處理，狀態(tài)估計(jì)可直接在數(shù)據(jù)辨識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計(jì)算。

數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊的主要步驟是先從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取量測(cè)值和狀態(tài)量，然后根據(jù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果對(duì)不良開關(guān)狀態(tài)量進(jìn)行標(biāo)識(shí)辨別并修正，再做第2次拓?fù)浞治?，此次拓?fù)浞治鼋Y(jié)果有較高的正確性。在該結(jié)果基礎(chǔ)上做數(shù)據(jù)合理性檢測(cè)和不良數(shù)據(jù)檢測(cè)，最后顯示數(shù)據(jù)辨識(shí)結(jié)果。數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)合理性檢測(cè)

2.1 母線功率平衡檢測(cè)

母線功率平衡檢測(cè)是根據(jù)母線設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系，檢測(cè)與之相關(guān)的功率量測(cè)總和是否平衡。流入、流出母線的功率總和應(yīng)為0，即

(1)

式中：k為拓?fù)淠妇€的序號(hào)；n為第k條拓?fù)淠妇€下注入功率量測(cè)個(gè)數(shù)；Pki為第k條拓?fù)淠妇€的第i個(gè)注入有功功率；Qki為第k條拓?fù)淠妇€的第i個(gè)注入無(wú)功功率。

在實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于量測(cè)存在誤差，所以給出允許的限值，當(dāng)功率總和在限值范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為母線功率平衡。該項(xiàng)檢測(cè)顯示出功率不平衡的母線，可提醒運(yùn)行人員檢查該母線對(duì)應(yīng)的拓?fù)浜土繙y(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

2.2 并列母線電壓一致性檢測(cè)

并列母線電壓一致性檢測(cè)是對(duì)并列運(yùn)行的實(shí)體母線均有量測(cè)時(shí)，對(duì)其一致性的判斷，即

(2)

對(duì)于有并列運(yùn)行實(shí)體母線的拓?fù)淠妇€，實(shí)體母線如都有有效電壓量測(cè)，則計(jì)算平均值，比較各母線電壓值與平均值的差，如在允許的限值內(nèi)，則代表電壓一致。

2.3 變壓器各側(cè)功率平衡檢測(cè)

變壓器各側(cè)功率平衡檢測(cè)是檢測(cè)變壓器各電壓側(cè)有功功率和無(wú)功功率是否平衡。若不考慮變壓器損耗，變壓器各側(cè)的功率總和應(yīng)為0。在實(shí)現(xiàn)時(shí)考慮變壓器損耗，判斷功率總和是否超出允許限值，若超過(guò)，則判斷該變壓器各側(cè)功率不平衡。即

(3)

式中：k為變壓器的序號(hào)；n為第k個(gè)變壓器的各電壓等級(jí)繞組側(cè)，可為2或3；Pki為第k個(gè)變壓器的第i個(gè)電壓等級(jí)繞組側(cè)的有功功率；Qki為第k個(gè)變壓器的第i個(gè)電壓等級(jí)繞組側(cè)的無(wú)功功率。

2.4 有功、無(wú)功電流一致性檢測(cè)

有功、無(wú)功電流一致性檢測(cè)是指同一量測(cè)位置有功、無(wú)功電流和電流量測(cè)是否匹配。首先讀取該量測(cè)位置的電壓等級(jí)，獲得當(dāng)前位置的電壓基準(zhǔn)值，由有功、無(wú)功量測(cè)值和電壓基準(zhǔn)值可計(jì)算出電流值。即

(4)

式中：I為電流；P為有功功率；Q為無(wú)功功率；U為電壓。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，計(jì)算電流量測(cè)值與電流計(jì)算值的差，判斷其是否超出允許限值，若超出，則判斷該位置量測(cè)不一致。

3 不良數(shù)據(jù)辨識(shí)檢測(cè)

3.1 量測(cè)跳變檢測(cè)

量測(cè)跳變檢測(cè)是判斷模擬量測(cè)是否發(fā)生跳變的檢測(cè)。量測(cè)跳變檢測(cè)功能取當(dāng)前量測(cè)值及前面連續(xù)2點(diǎn)量測(cè)值，用前面2點(diǎn)量測(cè)值作線性擬合，并由此推算出擬合的當(dāng)前量測(cè)值，對(duì)比擬合值與實(shí)際值，判斷其是否超出限值。若超出，則繼續(xù)檢測(cè)同一位置其他量測(cè)是否跳變；若均有跳變，則可認(rèn)為其為正常變化；若無(wú)跳變，則判斷該量測(cè)值為跳變。開關(guān)變位、負(fù)荷投切等都可能引起量測(cè)跳變。但在該功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，未考慮開關(guān)變位和負(fù)荷投切等因素，而是將所有跳變的模擬量測(cè)標(biāo)識(shí)出，最后由人工判斷跳變的量測(cè)，可為系統(tǒng)提供更準(zhǔn)確的信息。

3.2 開關(guān)狀態(tài)與量測(cè)值一致性檢測(cè)

開關(guān)狀態(tài)與量測(cè)值一致性檢測(cè)就是拓?fù)溴e(cuò)誤檢測(cè)和辨識(shí)。開關(guān)狀態(tài)與量測(cè)值一致性檢測(cè)功能是獲得正確拓?fù)涞幕A(chǔ)。該功能結(jié)合運(yùn)行方式、潮流分布來(lái)檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)量是否合理。主要關(guān)注的是量測(cè)值為打開狀態(tài)的開關(guān)，對(duì)其讀取其所在支路兩端的功率量測(cè)，若該開關(guān)供電端的功率量測(cè)值不為0，則認(rèn)為該開關(guān)應(yīng)為閉合狀態(tài)，量測(cè)值與開關(guān)狀態(tài)不一致。

3.3 開關(guān)狀態(tài)與標(biāo)志牌一致性檢測(cè)

開關(guān)狀態(tài)與標(biāo)志牌一致性檢測(cè)，是指開關(guān)設(shè)備本身的標(biāo)志牌或開關(guān)所在間隔的標(biāo)志牌信息與開關(guān)狀態(tài)是否一致的檢測(cè)。

3.4 變壓器分接頭正確性檢測(cè)

變壓器分接頭正確性檢測(cè)是指當(dāng)變壓器各電壓側(cè)的母線電壓和有功、無(wú)功量測(cè)值都可用時(shí)，檢測(cè)有載調(diào)壓分接頭位置的準(zhǔn)確性。

變壓器的分接頭檔位是離散量，不同檔位變比不同，可以采用窮舉法來(lái)估計(jì)當(dāng)前分接頭的位置。

以雙繞組變壓器為例，已知變比和兩端電壓值，可得變壓器兩端的功率的計(jì)算值

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：i為變壓器首端非標(biāo)準(zhǔn)側(cè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)；j為變壓器末端標(biāo)準(zhǔn)側(cè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)；θij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的相角差，計(jì)算時(shí)近似為0；Pij，Qij分別為節(jié)點(diǎn)i側(cè)的有功功率和無(wú)功功率量測(cè)計(jì)算值；Pji，Qji分別為節(jié)點(diǎn)j側(cè)的有功功率和無(wú)功功率量測(cè)計(jì)算值；ui，uj分別為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值；G，B為變壓器的電導(dǎo)和電納。

得到功率的計(jì)算值后，將功率的計(jì)算值與實(shí)際量測(cè)值比較，差值最小的即認(rèn)為是當(dāng)前分接頭位置。最后比較分接頭檔位的計(jì)算值和實(shí)際量測(cè)值，若一致，則分接頭量測(cè)正確；若不一致，則分接頭量測(cè)不一致，分接頭合理位置為計(jì)算值。

4 辨識(shí)結(jié)果顯示

數(shù)據(jù)辨識(shí)的結(jié)果直接寫在面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)中。其中一部分與一次設(shè)備相關(guān)的結(jié)果直接寫在設(shè)備對(duì)象下，如變壓器各側(cè)功率是否平衡的結(jié)果寫在變壓器設(shè)備對(duì)象下相對(duì)應(yīng)的結(jié)果屬性中；另一部分辨識(shí)結(jié)果同與開關(guān)狀態(tài)離散量測(cè)相關(guān)的模擬量測(cè)一起寫入量測(cè)對(duì)象下。開關(guān)狀態(tài)量和量測(cè)值中的不良數(shù)據(jù)除了在數(shù)據(jù)庫(kù)中被標(biāo)識(shí)外，通過(guò)配置也可直接在接線圖上用閃爍、變色等生動(dòng)直觀的方式來(lái)標(biāo)識(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)辨識(shí)是智能變電站不可缺少的應(yīng)用之一，在變電站一體化監(jiān)控平臺(tái)上開發(fā)和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)功能，經(jīng)檢測(cè)能滿足智能變電站的監(jiān)控運(yùn)行實(shí)際要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]Q/GDW 383—2009 智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2]陳愛林,耿明志，張海東，等.智能變電站和主站共享建模的關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(9)：72-76.

[3]周鄴飛，徐石明.智能變電站數(shù)據(jù)中心初探[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(18)：57-60.

[4]蘇永春，汪曉明.智能變電站全景數(shù)據(jù)采集方案[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39(2)：75-79.