劉成君，魏亞婷

（國網(wǎng)浙江紹興市上虞區(qū)供電公司，浙江 上虞 312300）

配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)軟件的研究開發(fā)

劉成君，魏亞婷

（國網(wǎng)浙江紹興市上虞區(qū)供電公司，浙江 上虞 312300）

在研究配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)加權(quán)最小二乘法進(jìn)行改進(jìn)，增加了壞數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，并據(jù)此設(shè)計(jì)開發(fā)了一套配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)軟件。該軟件功能完備，不僅實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)，

配電網(wǎng)；狀態(tài)估計(jì)；最小二乘法；質(zhì)量標(biāo)簽

1 配電網(wǎng)調(diào)度現(xiàn)狀

以往供電公司調(diào)度部門負(fù)責(zé)主干電網(wǎng)調(diào)度，主要借助SCADA（數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)）來開展日常工作。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)配電網(wǎng)的建設(shè)和管理提出了更高的要求。目前，配電網(wǎng)（包括分支線）正式納入調(diào)度部門的直接調(diào)度范圍，而配電網(wǎng)卻沒有類似主網(wǎng)SCADA這樣的系統(tǒng)，使得配電網(wǎng)調(diào)度存在“盲點(diǎn)”，增加了工作中的不可靠因素，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常不利。

如果要建設(shè)配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，就需要大面積推廣配電網(wǎng)自動(dòng)化，使其覆蓋整個(gè)配電網(wǎng)，這意味著要增加大量新的通信/測量裝置，不僅資金投入多，工程量也很大。而且，配電網(wǎng)的量測裝置需要在饋線沿線布置，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，維護(hù)成本較高。另外，配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化較快，新建和改建線路多，需要及時(shí)安裝和調(diào)整量測裝置，這都加大了人力和資金投入，在一定程度上還造成了浪費(fèi)。

雖然配電網(wǎng)總體上量測不足,但考慮到供電公司的電力營銷管理系統(tǒng)、電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)和電力調(diào)度系統(tǒng)中存有大量配電網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如果能合理利用已有資源，采用狀態(tài)估計(jì)方式，研發(fā)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)軟件，從而準(zhǔn)確有效地獲得完整的配電網(wǎng)在線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，將會(huì)很有應(yīng)用價(jià)值。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件總體設(shè)計(jì)思想

對(duì)配電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)主要采用加權(quán)最小二乘法，由于配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)來源多、數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，同一設(shè)備上的信息往往存在矛盾，從而影響狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果。因此考慮增加壞數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量標(biāo)簽制定環(huán)節(jié)，以確保配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性。

配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)軟件的總體設(shè)計(jì)思想是：將配電網(wǎng)模型抽象、簡化、收縮，通過建立起樹形結(jié)構(gòu)的拓?fù)浞治龀绦颍?jīng)過一次完整的樹形前推回代分析模型，并利用配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性進(jìn)行簡化，結(jié)合經(jīng)過壞數(shù)據(jù)處理（包括壞數(shù)據(jù)檢測和質(zhì)量標(biāo)簽制定）的量測數(shù)據(jù)，以獲得該配電網(wǎng)滿足下一步計(jì)算的數(shù)據(jù)。再運(yùn)用加權(quán)最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，得出該配電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)結(jié)果并輸出。

軟件主要包括數(shù)據(jù)讀取、壞數(shù)據(jù)檢測、質(zhì)量標(biāo)簽制定、狀態(tài)估計(jì)計(jì)算4大功能模塊。

2.2 數(shù)據(jù)讀取

數(shù)據(jù)讀取模塊負(fù)責(zé)完成從數(shù)據(jù)庫中讀取需要進(jìn)行處理的量測量。目前數(shù)據(jù)庫中有量測點(diǎn)的設(shè)備為斷路器、變壓器、母線和負(fù)荷供電點(diǎn)，需要讀取的量測量為電壓、電流、有功功率、無功功率及電度量。數(shù)據(jù)讀取流程見圖1。

（1）首先確定需要讀取量測量的拓?fù)鋶u，即計(jì)算需要進(jìn)行的區(qū)域。

（2）確定量測量讀取的時(shí)間，需要具體到分鐘（每15 min或每1 h讀取1個(gè)量測量），如果在該時(shí)間點(diǎn)未查詢到數(shù)據(jù)，則查詢當(dāng)天其余時(shí)間的數(shù)據(jù)，置標(biāo)記值0。若當(dāng)天其余時(shí)間的數(shù)據(jù)量多于2個(gè)，則對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行線性回歸得出該時(shí)間的結(jié)果，并對(duì)該數(shù)據(jù)置標(biāo)記值1，該標(biāo)記值將與質(zhì)量標(biāo)簽直接掛鉤，不同的標(biāo)記值將對(duì)質(zhì)量標(biāo)簽造成相應(yīng)影響。如果在當(dāng)天的查詢結(jié)果少于2個(gè)，則查找本月內(nèi)同一個(gè)星期幾的數(shù)據(jù)，和前文類似，若有一天的同樣時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則置標(biāo)記值2，若無同一時(shí)間點(diǎn)但有該天2個(gè)時(shí)間點(diǎn)以上的數(shù)據(jù)，則進(jìn)行線性回歸后得出結(jié)果并置標(biāo)記值3。若以上都沒有，則查找同一星期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行上述類似操作，若還是沒有找到，則查找本月及上月數(shù)據(jù)，若仍未找到則置該標(biāo)記置-1。

（3）讀取的量測量保存在設(shè)備或者連接節(jié)點(diǎn)上。

圖1 數(shù)據(jù)讀取流程

2.3 壞數(shù)據(jù)處理

2.3.1 壞數(shù)據(jù)檢測

電力系統(tǒng)中測量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差σ范圍在0.5%～2%，當(dāng)誤差大于±3σ的測量值可稱為壞數(shù)據(jù)（也稱為不良數(shù)據(jù)），實(shí)際系統(tǒng)中，一般將大于±（6～7）σ的數(shù)據(jù)視作壞數(shù)據(jù)。

通常的數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)往往側(cè)重于研究一種數(shù)據(jù)規(guī)律，由此可能產(chǎn)生一些漏判及誤判的情況。由于配電網(wǎng)負(fù)荷基數(shù)小，波動(dòng)大，因此負(fù)荷波動(dòng)大并不意味著一定包含壞數(shù)據(jù)，而看似平穩(wěn)的負(fù)荷也可能含有某些壞數(shù)據(jù)。需要對(duì)數(shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行綜合考慮，才能得出較為合理的結(jié)果。

對(duì)量測量進(jìn)行壞數(shù)據(jù)辨識(shí)的主要依據(jù)如下：

（1）電壓量測量U。

突變量檢測方法：當(dāng)前量測量U與前15 min量測量U-15和后15 min量測量U+15比較不能超過裕度δ，即

額定電壓范圍比較：滿足在[90%U額定，107% U額定]范圍內(nèi)。

與前一個(gè)設(shè)備的電壓比較（父子）：全部電壓小于母線電壓。

（2）電流量測量I。

突變量檢測方法：當(dāng)前量測量I與前15 min量測量I-15和后15 min量測量I+15比較不能超過裕度，即

與出口斷路器比較：每臺(tái)斷路器上的電流值I小于出口斷路器的電流值Ib。

（3）有功量測量P。

突變量檢測方法：當(dāng)前量測量P與前15 min量測量P-15和后15 min量測量P+15比較不能超過裕度，即

（4）無功量測量Q。

突變量檢測方法：當(dāng)前量測量Q與前15 min量測量Q-15和后15 min量測量Q+15比較不能超過裕度，即

2.3.2 量測數(shù)據(jù)分值計(jì)算

各類數(shù)據(jù)檢測結(jié)束后，需要給出相應(yīng)的分值。

（1）歷史規(guī)律。

本規(guī)則中P，Q，I的閾值均取0.5，U取0.1。若計(jì)算的分值不在[0，1]范圍內(nèi)，則得分按0計(jì)。

（2）突變量檢測。

Score2=1-[|量測量-前15 min量測量|/（前15 min量測量×閾值）+|量測量-后15 min量測量|/（后15 min量測量×閾值）]/2。

本規(guī)則中閾值取0.5，若計(jì)算的分值不在[0，1]范圍內(nèi)，則得分按0計(jì)。

（3）電壓的沿線壓降（父子）。

Score3=1-|量測量-前一個(gè)設(shè)備的電壓|/（前一個(gè)設(shè)備的電壓×閾值）。

本規(guī)則中閾值取0.1，前一個(gè)設(shè)備可以認(rèn)為是輻射狀網(wǎng)中更靠近電源的設(shè)備。若計(jì)算的分值不在[0，1]范圍內(nèi)，則得分按0計(jì)。

（4）電壓與額定電壓比較。

Score4=1-|量測量-額定電壓|/（額定電壓×閾值）。

本規(guī)則中閾值取0.1，額定電壓為本量測量所在電壓等級(jí)的額定電壓。若計(jì)算的分值不在[0，1]范圍內(nèi)，則得分按0計(jì)。

（5）電流與出口斷路器比較。

計(jì)算公式為：大于出口斷路器，Score5為0；小于出口斷路器，Score5為1。

（6）電流的KCL。

本規(guī)則中閾值取0.1。若計(jì)算的分值不在[0，0.5]范圍內(nèi)，則得分按0計(jì)。

（7）有功無功的電度量。

Score7=1-|有功（無功）×?xí)r間-有功（無功）電度量|/（有功（無功）電度量）×閾值）。

本規(guī)則中閾值取0.2，時(shí)間根據(jù)每1 h量測點(diǎn)的數(shù)目而有所不同。若計(jì)算的分值不在[0，1]范圍內(nèi)，則得分按0計(jì)。

（8）總分的計(jì)算。

通過監(jiān)測規(guī)則得到每個(gè)量測量的得分，再根據(jù)樣本得到各個(gè)量測量的權(quán)重，通過加權(quán)計(jì)算得到總分。

2.3.3 質(zhì)量標(biāo)簽制定

根據(jù)單個(gè)量測量在不同規(guī)律下的標(biāo)記值，可以計(jì)算質(zhì)量標(biāo)簽，通過質(zhì)量標(biāo)簽的定義來判斷數(shù)據(jù)的好壞。

定義節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)簽為Q（i），它的取值范圍在[0，1]，Q（i）越大則表示數(shù)據(jù)越可信?？梢詫（i）分為QU（i），QI（i）和QP（i），分別反映該節(jié)點(diǎn)處的電壓、電流和功率數(shù)據(jù)質(zhì)量。

規(guī)則1：當(dāng)某個(gè)量測數(shù)據(jù)違背規(guī)律，該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)簽每次減少相應(yīng)的罰值。罰值=（1-標(biāo)記值）×權(quán)值。但不使數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)簽值小于0。當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)符合上述規(guī)律，相應(yīng)地其質(zhì)量標(biāo)簽每次加上相應(yīng)的罰值，但不使質(zhì)量標(biāo)簽值大于1。

規(guī)則2：設(shè)置質(zhì)量標(biāo)簽分類閥值χbad，當(dāng)某量測數(shù)據(jù)的質(zhì)量標(biāo)簽小于該值時(shí)，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)為可疑數(shù)據(jù)。設(shè)置質(zhì)量標(biāo)簽分類閥值χgood，當(dāng)某個(gè)量測數(shù)據(jù)的質(zhì)量標(biāo)簽大于該值時(shí)，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)是可以信賴的。

規(guī)則3：當(dāng)某可疑數(shù)據(jù)的相關(guān)數(shù)據(jù)及相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)簽值均在χgood之上，那么認(rèn)為該可疑數(shù)據(jù)為單個(gè)不良數(shù)據(jù)，并啟動(dòng)對(duì)該數(shù)據(jù)的修正過程。當(dāng)某條饋線上多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)簽值低于χbad，則查看遙信數(shù)據(jù)，檢查是否發(fā)生斷路器變位、負(fù)荷轉(zhuǎn)移等拓?fù)渥兏录Ｈ魺o拓?fù)渥兏?，則啟動(dòng)決策樹流程，進(jìn)行不良數(shù)據(jù)辨識(shí)。

規(guī)則4：若遙測數(shù)據(jù)沒有異常，而遙信有異動(dòng)數(shù)據(jù)，則判定相關(guān)遙信數(shù)據(jù)為不良數(shù)據(jù)。若遙測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，遙信數(shù)據(jù)沒有異動(dòng)數(shù)據(jù)，則根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)相關(guān)遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。

通過質(zhì)量標(biāo)簽的制定，可以判斷某個(gè)量測數(shù)據(jù)的好壞，好的予以保留，否則剔除。壞數(shù)據(jù)處理流程見圖2。

2.4 狀態(tài)估計(jì)計(jì)算

運(yùn)用加權(quán)最小二乘法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的具體流程見圖3，步驟如下：

（1）Step1-Step2：針對(duì)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算的拓?fù)涫湛s。

由于量測數(shù)據(jù)不一定能滿足狀態(tài)估計(jì)的基本條件，需要對(duì)線路進(jìn)行拓?fù)涫湛s，簡化結(jié)構(gòu)，但保留T型節(jié)點(diǎn)。通過一系列收縮，線路和節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以減少到原始的10%以內(nèi)。

（2）Step3：設(shè)備參數(shù)和拓?fù)湫畔⒆x入。

表1 現(xiàn)場測量值與軟件計(jì)算值比對(duì)數(shù)據(jù)

圖2 壞數(shù)據(jù)處理流程

圖3 狀態(tài)估計(jì)流程

從拓?fù)鋶u遍歷所有設(shè)備，讀取節(jié)點(diǎn)、電源、線路、變壓器參數(shù)，存儲(chǔ)狀態(tài)估計(jì)的節(jié)點(diǎn)和支路信息。

（3）Step4：量測數(shù)據(jù)的查找及讀入。

根據(jù)具體時(shí)間，從拓?fù)鋶u查找相應(yīng)的量測數(shù)據(jù)，讀取變壓器和斷路器上的量測量并進(jìn)行處理，作為狀態(tài)估計(jì)的初始值。

（4）Step5：數(shù)據(jù)接入后，采用加權(quán)最小二乘法開始迭代計(jì)算，滿足收斂條件后獲得狀態(tài)估計(jì)值，然后進(jìn)行潮流計(jì)算。

（5）Step6：輸出計(jì)算結(jié)果。

將根據(jù)狀態(tài)估計(jì)值計(jì)算獲得的各節(jié)點(diǎn)和支路的潮流值輸出。

3 軟件應(yīng)用

3.1 軟件功能

配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)軟件具備可視化功能，能將電網(wǎng)布局與地理圖結(jié)合起來，方便查找線路和設(shè)備位置，既能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站和配電線路的選擇，同時(shí)也可對(duì)配電變壓器和分支線路進(jìn)行查看。

軟件能滿足實(shí)時(shí)化需要，可以在線反映配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)（例如實(shí)時(shí)顯示某段線路或某臺(tái)變壓器的有功功率、無功功率數(shù)值）。此外，軟件還具有數(shù)據(jù)刷新頻率的設(shè)置功能。

3.2 應(yīng)用效果

該軟件已在上虞電網(wǎng)投入實(shí)際應(yīng)用，并進(jìn)行了分時(shí)段、多測點(diǎn)的軟件計(jì)算值和現(xiàn)場測量值比對(duì)試驗(yàn)，部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

在所有54個(gè)測量點(diǎn)中，誤差＜10%的有54個(gè)，占比100%；誤差＜5%的有43個(gè)，占比79.6%；誤差＜2%的有22個(gè)，占比40.7%。其中，最大誤差為9.1%，最小誤差為0.4%。

經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)軟件的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度較高，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，解決了配電網(wǎng)“盲調(diào)”的問題，特別是在配電網(wǎng)故障搶修期間，有助于研判故障原因，加速故障處理進(jìn)程，大大提高了供電可靠性。

[1]李銳，梅生偉，沈沉，等.基于停電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的城市配電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)警方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（16）:19-23.

[2]楊媛媛，黃鎮(zhèn).配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電力，2011，28（4）:18-23.

[3]蘭華，李積捷.電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)算法的研究現(xiàn)狀和展望[J].繼電器，2007，35（10）:78-82.

[4]林峰，胡牧，蔣元晨，等.電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（1）:61-64.

[5]王永梅，胡學(xué)鋼.決策樹中ID3算法的研究[J].安徽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，35（3）:71-75.

（本文編輯：方明霞）

Research and Development of Distribution System State Evaluation Software

LIU Chengjun，WEI Yating
（State Grid Shaoxing Shangyu Power Supply Company，Shangyu Zhejiang 312300，China）

This paper investigates the state estimation method for distribution system，which improves traditional weighted least squares method and increases the bad data processing chain.On the basis，distribution network state estimation software is designed.This software is fully functional and can not only realize the state estimation of distribution system but has high accuracy and practicability，having already been applied to the power system in Shangyu.

distribution system；state estimation；least square method；quality label

TM769

：B

：1007-1881（2016）07-0024-04

2016-05-13

劉成君（1982），男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行工作。

而且具有較高的準(zhǔn)確度和良好的實(shí)用性，目前已在上虞電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用。