高 峰，康建東，薛曉輝，魯廣明

（1.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011；

2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192；

3.國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031）

電網(wǎng)技術(shù)

電網(wǎng)在線仿真數(shù)據(jù)質(zhì)量評估及自動校準方法

高 峰1，康建東2，薛曉輝3，魯廣明2

（1.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011；

2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192；

3.國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031）

針對用于電網(wǎng)在線仿真數(shù)據(jù)模型來源多、整合難、質(zhì)量差，不能夠高質(zhì)量地反映實際電網(wǎng)狀態(tài)的問題，從模型匹配、在線數(shù)據(jù)參數(shù)、在線數(shù)據(jù)內(nèi)在特征等方面考慮，提出了一種適用于電網(wǎng)在線仿真數(shù)據(jù)質(zhì)量評估及自動校準的方法。應(yīng)用結(jié)果表明：該方法能夠從多個角度、多個層面對電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)質(zhì)量進行評估及自動校準，從而大幅度提升電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定校核的精度。

在線；仿真數(shù)據(jù)；質(zhì)量評估；自動校準

電力技術(shù)理論的日益豐富和計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，為電力系統(tǒng)的快速發(fā)展提供了多元化的手段；隨著智能電網(wǎng)的大力推進，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行也提出了更高的要求。在這種背景下，利用各種資源進行電網(wǎng)的在線安全穩(wěn)定評估和決策具有重要的意義［1-5］。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)計算模型主要是由系統(tǒng)運行和自動化專業(yè)人員進行維護。其中系統(tǒng)運行專業(yè)人員維護離線模型；自動化專業(yè)人員維護在線模型。此外，計劃專業(yè)維護的數(shù)據(jù)中有日前、實時的計劃數(shù)據(jù)，繼電保護專業(yè)維護的數(shù)據(jù)中還有部分一次、二次設(shè)備的參數(shù)。在線運行數(shù)據(jù)包含了電網(wǎng)的運行信息，能夠相對準確地描述某時刻電網(wǎng)的運行狀態(tài)；離線方式數(shù)據(jù)包含了相對完整的典型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及電網(wǎng)設(shè)備的模型和參數(shù)，適合詳細、深入地分析電網(wǎng)的物理特性。雖然調(diào)控中心中各類計算數(shù)據(jù)從不同的視角去描述同一個電網(wǎng)，但由于建模的載體、目的不同，建模過程相對獨立等原因，很難將不同類型的數(shù)據(jù)直接進行簡單的合并。當前電網(wǎng)調(diào)度中心現(xiàn)有的數(shù)據(jù)并不能為在線安全穩(wěn)定評估和決策系統(tǒng)提供一個信息完整又能反映實時運行信息的電網(wǎng)模型，因此，對于多源數(shù)據(jù)的整合顯得尤為重要。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源能更真實更詳盡地反映現(xiàn)實電網(wǎng)，有利于調(diào)度員對當前系統(tǒng)可能遇到的風(fēng)險做出準確判斷，有利于電網(wǎng)的長期健康穩(wěn)定運行。本文所提出的電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)質(zhì)量評估及自動校準方法能夠?qū)υ诰€數(shù)據(jù)質(zhì)量給出考核，從多個角度、多個層面分析整合結(jié)果，能夠大大減輕調(diào)度人員的工作強度和工作量。

1 數(shù)據(jù)質(zhì)量評估方法

在線數(shù)據(jù)模型反映電網(wǎng)在線實時模型，但由于目前維護的滯后導(dǎo)致模型更新不及時，在線模型與實際情況不符；而離線模型一般反映電網(wǎng)超前情況，能夠基本涵蓋當前電網(wǎng)的模型。通過在線/離線數(shù)據(jù)模型匹配，對在線模型進行實時檢查，分析模型不匹配的情況，核查由于建模范圍和詳細程度不同導(dǎo)致的電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)偏差和負荷等值偏差，查看廠站、發(fā)電機、交流線、直流線、負荷、兩繞組變壓器、三繞組變壓器、并聯(lián)電容電抗各自的在線、離線映射情況。

1.1 模型評估指標

評估模型的仿真準確與否決定了模型的仿真程度能否與實際輸出值吻合。以往判斷模型準確與否通過經(jīng)驗分析，缺乏定量分析。為了計算評估模型的準確度，考慮多源數(shù)據(jù)的相似性，提出在線模型的評估指標：

式中：V—在線數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)的相似程度；

M(X,Y)—兩數(shù)據(jù)的相似度；

α—各設(shè)備的權(quán)重系數(shù)，α∈[ ] 0,1，其大小由各個設(shè)備對于仿真計算重要性確定，一般廠站為0.2，發(fā)電機為0.3，其余設(shè)備一般取0.05～0.1左右。

式中：xi—在線設(shè)備的總數(shù)；

yi—映射上的在線設(shè)備數(shù)。

1.2 在線參數(shù)評估

參數(shù)估計比較的好壞對電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平的分析結(jié)果相差很大，因此，圍繞離線數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control and Data Acqwisctio,SCADA）系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及狀態(tài)估計數(shù)據(jù)進行殘差交叉比對。在線參數(shù)估計方法通過殘差分析法和多源參數(shù)比對方法實現(xiàn)。

將仿真信號序列減去實測信號，得到殘差序列，對殘差序列建立數(shù)學(xué)模型，給出數(shù)值指標。具體表達式為

xi—數(shù)據(jù)點i點可信度；

γi—第i點的權(quán)重；

φ為可信度指標。

在多源參數(shù)比對方法中，通過多源數(shù)據(jù)映射，將在線中的與離線數(shù)據(jù)存在誤差的數(shù)據(jù)放入?yún)?shù)問題集，與之前的殘差分析方法中的參數(shù)問題集進行比較，最終將結(jié)果反饋給狀態(tài)估計，進行參數(shù)調(diào)整。具體指標表達式為

式中：pi—設(shè)備的有功功率；

P—系統(tǒng)的總負荷；

yi—在線參數(shù)；

y?i—離線參數(shù)。

圖1所示為在線參數(shù)評估方法。

圖1 在線參數(shù)評估方法

1.3 在線調(diào)度計劃評估

在線調(diào)度計劃由電網(wǎng)各級調(diào)度中心申報計劃整合后得到，包括發(fā)電計劃、設(shè)備停復(fù)役計劃（檢修計劃）、母線負荷預(yù)測、系統(tǒng)負荷預(yù)測、斷面交易計劃、聯(lián)絡(luò)線計劃、直流輸電等7大類計劃。各級調(diào)度中心在制定調(diào)度計劃時，由于人工因素較多，難免存在遺漏和偏差以及與電網(wǎng)模型存在不匹配的情況。因此，必須根據(jù)計劃數(shù)據(jù)校驗規(guī)則，對申報的7類計劃數(shù)據(jù)的完整性和邏輯性進行評估檢查，為提高計劃數(shù)據(jù)質(zhì)量和計算分析的可靠性提供科學(xué)依據(jù)。

（1）計劃完備性檢查。主要檢查7類數(shù)據(jù)是否均已具備。

（2）每類數(shù)據(jù)的內(nèi)容是否齊全。

①數(shù)據(jù)中的設(shè)備名稱是否和D5000基礎(chǔ)模型設(shè)備名稱一致。

②數(shù)據(jù)是否覆蓋管轄范圍內(nèi)的全部設(shè)備（和D5000設(shè)備模型名稱不一致的計劃數(shù)據(jù)視為數(shù)據(jù)缺失）。

（3）曲線型的數(shù)據(jù)是否存在缺點情況。

7類數(shù)據(jù)中系統(tǒng)負荷預(yù)測、母線負荷預(yù)測、區(qū)域及分省總交換計劃、機組調(diào)度計劃等4類屬于曲線型數(shù)據(jù)，要求必須為96點的數(shù)據(jù)，不能發(fā)生缺數(shù)。

（4）計劃邏輯性檢查。

①用電負荷預(yù)測最大、最小和變動率不超過一定值。如：“三華”上報的用電負荷預(yù)測最大值不超過300 GW，最小值不低于20 GW，相鄰兩點之間（15 min）的變動率絕對值不超過30 GW。

②機組調(diào)度計劃值必須不高于機組最大技術(shù)出力。如果發(fā)生越限，需要記錄越限情況，給出報警信息。進入計算時，如果P≥Pmax，則P=Pmax。

③未并網(wǎng)機組不能有計劃出力。

如果在設(shè)備停電計劃中發(fā)現(xiàn)機組處于停電狀態(tài)，則機組調(diào)度計劃中該停電機組在停電時段的值必須為0，否則給出告警信息。進入計算時，將停電機組停電時段中非零的計劃值置零。

④檢修計劃記錄不能出現(xiàn)矛盾。

（5）功率平衡的校核。

系統(tǒng)中存在如下平衡公式：

考慮到未建模小機組的存在，實際操作中按照如下規(guī)則進行校驗：

①5%系統(tǒng)負荷預(yù)測表示網(wǎng)損最大限值和預(yù)測偏差。

②系統(tǒng)負荷預(yù)測口徑中如果含未建模小機組則應(yīng)該報送未建模小機組計劃。

③未建模小機組報送不會產(chǎn)生機組名稱不匹配錯誤，但需標示該機組為小機組。

④廠用電取自模型中的廠用電率與機組計劃的乘積。

（6）斷面限額必須有相應(yīng)的成員定義。

“輸電斷面限額表”中的斷面名稱都必須在“輸電斷面組成元件表”中找到相應(yīng)的成員定義，否則給出報警信息。

2 數(shù)據(jù)質(zhì)量自動校正

對在線數(shù)據(jù)評估需要從收斂并且能滿足動態(tài)穩(wěn)定計算要求出發(fā)，因此需要對狀態(tài)估計數(shù)據(jù)進行調(diào)整。調(diào)整后的數(shù)據(jù)一方面能夠?qū)崟r反映當前系統(tǒng)的運行計算要求，另一方面能夠滿足安全穩(wěn)定分析計算要求。

2.1 在線數(shù)據(jù)不平衡功率調(diào)整措施

在在線數(shù)據(jù)中給出各個支路的有功功率、無功功率和節(jié)點電壓及相角，用以下的p型等效電路模型進行描述。

圖2 p型等效電路模型

在圖2中：Pi1和Qi1分別為支路i側(cè)有功和無功注入；Pj1和Qj1分別為支路 j側(cè)有功和無功注入；Ui和Uj分別為支路i側(cè)和j側(cè)電壓幅值；θi和θj分別為支路i側(cè)和j側(cè)電壓相角，阻抗Zij=Rij+jXij,Bii=Bjj。

對在線數(shù)據(jù)進行評估過程中，基爾霍夫定律和支路潮流方程被用于表征電力元件數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。當實際運行的電網(wǎng)運行狀態(tài)和數(shù)學(xué)建模狀態(tài)完全一致時，電網(wǎng)中支路節(jié)點功率應(yīng)滿足式

（10）與式（11）的功率平衡關(guān)系：

式中：Pil和Qil—分別表示為與節(jié)點i連接某一支路l的有功和無功；

Ik—代表與節(jié)點i相連的所有節(jié)點集合。

若節(jié)點存在不平衡功率，則需將不平衡的功率分配到相鄰廠站的負荷中：

搜索該廠站相鄰的廠站的負荷，通過比較變壓器容量與負荷功率計算相應(yīng)的負荷裕度，最后將不平衡的負荷通過負荷分擔系數(shù)分配給相鄰的負荷。

2.2 在線發(fā)電機機端電壓調(diào)整措施

由于發(fā)電機及母線基準電壓維護不及時，母線標幺電壓明顯與運行電壓不符，需調(diào)整發(fā)電機側(cè)的基準電壓與變壓器的變比，其步驟如下：

（1）搜索機端電壓不正常的發(fā)電機(V＞1.05,V＜0.97)。

（2）調(diào)整發(fā)電機的機端電壓：

①根據(jù)多源數(shù)據(jù)映射找到離線數(shù)據(jù)中對應(yīng)的發(fā)電機的額定電壓；

②將發(fā)電機的額定電壓設(shè)為該發(fā)電機母線的基準電壓，計算發(fā)電機的機端電壓是否在合理的范圍內(nèi)；

③若不在正常范圍以內(nèi)，則需要修改基準電壓將發(fā)電機的機端電壓保持在合理范圍以內(nèi)。

（3）將變壓器的低壓側(cè)的基準電壓修改為發(fā)電機母線的基準電壓，修改變壓器的變比及參數(shù)。

（4）重復(fù)進行（2）和（3），直到所有的發(fā)電機滿足要求為止。

其流程如圖3所示。

圖3 在線發(fā)電機機端電壓調(diào)整流程

2.3 元件動態(tài)模型調(diào)整

通過多源數(shù)據(jù)映射，在線元件動態(tài)參數(shù)一般都能與離線數(shù)據(jù)中元件進行匹配。對于沒有映射上的元件需要做以下步驟：

（1）對于元件零序參數(shù)，采用典型參數(shù)。

（2）對于影響零序電路的變壓器接線方式，通過廠站模型生成分區(qū)圖，通過遍歷與該廠站最緊密的廠站的變壓器，將與變壓器容量、電壓等級等相同的變壓器設(shè)為該變壓器的接線方式。

（3）對于沒有映射上的發(fā)電機，通過遍歷與該廠站最緊密的廠站，搜索發(fā)電機額定容量、類型相近的發(fā)電機作為該發(fā)電機的動態(tài)模型。

3 應(yīng)用效果

針對某次直流雙極閉鎖故障，基于在線數(shù)據(jù)，復(fù)現(xiàn)故障動態(tài)過程，對比在線數(shù)據(jù)和同步相量測量裝置（Phasor measurement unit,PMU）實測結(jié)果，考察在線數(shù)據(jù)仿真質(zhì)量。以故障前斷面狀態(tài)估計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)潮流方式。

對比在線數(shù)據(jù)PSASP仿真與PMU實測曲線，其中線路功率曲線如圖4所示，Prony分析如表1所示；母線電壓仿真曲線如圖5所示，Prony分析如表2所示。

圖4 線路功率曲線對比

表1 線路功率曲線Prony分析

圖5 母線電壓曲線對比

表2 母線電壓曲線Prony分析

（1）從曲線及Prony結(jié)果的對比可看出，在線數(shù)據(jù)的仿真曲線與實測曲線基本吻合，表明在線模型及參數(shù)合理。

（2）在線數(shù)據(jù)仿真曲線比離線數(shù)據(jù)仿真曲線更能準確地模擬實際系統(tǒng)電氣量的變化，特別是有功功率、電壓曲線，變化的幅值和波形都比較接近，有時也出現(xiàn)功率變化曲線與PMU量測曲線有點差距，主要是因為機組的調(diào)速器采用1型簡化模型，其機械功率上、下限由動態(tài)參數(shù)給定，且沒有鍋爐模型，部分機組的給定機械功率上限甚至大于1，導(dǎo)致擾動過程發(fā)電機能輸出較大的功率。

4 結(jié)論

（1）基于電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)，從模型匹配、在線數(shù)據(jù)參數(shù)、在線數(shù)據(jù)內(nèi)在特征等角度出發(fā)，提出電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)質(zhì)量評估及自動校準方法。

（2）該方法能夠從多個角度、多個層面對在線數(shù)據(jù)質(zhì)量進行評估計自動校準，能夠大大減輕調(diào)度人員的工作強度和工作量，大幅度提升在線安全穩(wěn)定校核的精度。

［1］ 田芳，黃彥浩，史東宇，等.電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].中國電機工程學(xué)報，2014，34（13）：2151-2163.

［4］ 嚴劍峰，于之虹，田芳，等.電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估和預(yù)警系統(tǒng)[J].中國電機工程學(xué)報，2008，28（34）：87-93.

［3］ 鄭超，侯俊賢，嚴劍峰，等.在線動態(tài)安全評估與預(yù)警系統(tǒng)的功能設(shè)計與實現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（3）：55-60.

［4］ 湯涌，王英濤，田芳，等.大電網(wǎng)安全分析、預(yù)警及控制系統(tǒng)的研發(fā)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（7）：1-11.

［5］ 高峰，張軍，丁茂生，等.寧夏電網(wǎng)動態(tài)安全評估系統(tǒng)一體化功能設(shè)計[J].寧夏電力，2014（5）：1-3.

Quality evaluation and automatic calibration method for power grid on-line simulation data

GAO Feng1,KANG Jiandong2,XUE Xiaohui3,LU Guangming2
(1.Power Research Institute of State Grid Ningxia Power Co.,Yinchuan Ningxia 750011,China;
2.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China;
3.State Grid Beijing Power Company,Beijing 100031,China)

Aiming at the problems of more sources,difficult integration,poor quality and unable to reflect the practical power grid status in the power grid on-line simulation data model,considering the model matching,on-line data parameters,the interior characteristic of on-line data,puts forward a quality evaluation and automatic calibration method to apply to power grid on-line simulation data.The application result shows that the method can make quality evaluation and automatic calibration on power grid on-line simulation data from multi-angle and multi-dimension,so as to promote drastically the precision of power grid on-line safety and steady verification.

on-line;simulation data;quality evaluation;automatic calibration

TM74

A

1672-3643（2017）01-0001-05

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.01.001

國家電網(wǎng)公司科技項目（國家電網(wǎng)發(fā)展［2015］90號）。

2016-10-05

高峰（1982），男，高級工程師，工學(xué)博士，從事電力系統(tǒng)仿真與分析研究工作。

有效訪問地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.01.001