趙希寶

摘? 要：隨著海上油田孤島電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運行情況愈加復(fù)雜，對海上油田孤島電力系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)估計，利用量測系統(tǒng)的冗余度，提高量測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度，有利于捕獲電力系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)估計值，精準(zhǔn)掌控電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)，進(jìn)而提高海上油田孤島電力系統(tǒng)的供電可靠性。本文就海上油田孤島電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的必要性以及狀態(tài)估計的實現(xiàn)做了綜合性的闡述和分析。

關(guān)鍵詞：海上孤島電網(wǎng)? 狀態(tài)估計? 必要性? 量測系統(tǒng)

中圖分類號：TM73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）07（b）-0041-03

Abstract： The topology and operation of offshore island grids in offshore oilfields are becoming more complex. Using the redundancy of the measurement system to estimate the state of the offshore oilfield island power system is conducive to improving the data accuracy of the measurement system and capturing the optimal state estimate of the power system， as well as controlling the real-time operating state of the power grid accurately， thereby improving offshore reliability of power supply in isolated island power system of oil field. This paper makes a comprehensive elaboration and analysis on the necessity of the state estimation of the offshore island power system and the realization of the state estimation.

Key Words： Offshore island grid;? State estimation; Necessity;? Measurement system

隨著海上油田電網(wǎng)逐步從單平臺供電模式向多平臺互聯(lián)供電模式的轉(zhuǎn)變，海油電網(wǎng)規(guī)模不斷地擴大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c運行情況的復(fù)雜性以及調(diào)度管控工作難度也隨之增加。與此同時，隨著電力系統(tǒng)自動化水平的迅速發(fā)展，為了保證海上油田孤島電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運行，油田群電網(wǎng)為了實現(xiàn)電力調(diào)度的自動化控制，近年來開始逐步加裝能量管理系統(tǒng)（Energy Management System， EMS）。作為EMS啟用應(yīng)用功能的前提，狀態(tài)估計顯得至關(guān)重要[1-3]。

1? 海油孤島電網(wǎng)狀態(tài)估計的必要性

海上油田孤島電網(wǎng)相較于陸地電網(wǎng)，量測數(shù)據(jù)少、精度低;海上電網(wǎng)互聯(lián)模式下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)電機機型各異、運行方式多變，因此提升海上電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性具有重要意義。目前EMS與電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）已逐漸被廣泛應(yīng)用在海上油田電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)上。狀態(tài)估計作為EMS一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是海上電網(wǎng)在線應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。狀態(tài)估計首先從SCADA中獲取量測數(shù)據(jù)，作為算法輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后確定電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及各個元件之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，再對誤差數(shù)據(jù)的檢測、辨識與修正，經(jīng)過不斷迭代計算，獲得最優(yōu)方案。

由于油田電網(wǎng)具有以上特點，實現(xiàn)狀態(tài)估計的必要性在于：

（1）EMS的功能需要可靠精確的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，而SCADA系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)可能存在數(shù)據(jù)殘缺、不精確、受干擾時會出現(xiàn)錯誤等缺點。

（2）油田電網(wǎng)中量測數(shù)量少，精度低，而測量表征電力系統(tǒng)特性所有狀態(tài)量是不經(jīng)濟(jì)的、難以實現(xiàn)的，需要通過狀態(tài)估計由已知測量數(shù)據(jù)推算其他電氣量。

（3）油田電網(wǎng)相對傳統(tǒng)陸地大電網(wǎng)規(guī)模小，受到擾動后系統(tǒng)狀態(tài)變化快，從而需要實時反映系統(tǒng)真實的運行狀態(tài)。

（4）電力系統(tǒng)狀態(tài)估計是絕大部分軟件在線應(yīng)用的基礎(chǔ)，假設(shè)不進(jìn)行狀態(tài)估計或估計結(jié)果有誤，后續(xù)任意高級功能的分析計算結(jié)果將不準(zhǔn)確。

2? 狀態(tài)估計的作用及意義

孤島電力系統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)估計的作用主要包括：

（1）提高量測數(shù)據(jù)的精確度。

利用量測系統(tǒng)的冗余數(shù)據(jù)，對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行不良數(shù)據(jù)的檢測與辨識、修正后，能夠進(jìn)一步提高量測數(shù)據(jù)的精確度。

（2）降低投資成本。

能夠計算出未測量的電氣量，少裝量測點，減少量測系統(tǒng)的投資。

（3）實時反映電網(wǎng)真實運行狀態(tài)?？傻玫阶钅芊从畴娋W(wǎng)系統(tǒng)真實狀態(tài)的狀態(tài)估計值。

（4）保障了軟件的應(yīng)用。

為EMS提供可靠而完整的系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息，豐富了各種應(yīng)用軟件所需的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，為后續(xù)其他高級分析功能在線應(yīng)用以及海上電網(wǎng)實現(xiàn)智能化調(diào)度管理奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（5）提高系統(tǒng)安全運行水平。

調(diào)度中心能快速、確切地掌控海上電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，能對系統(tǒng)運行趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，根據(jù)預(yù)測結(jié)果對運行中可能發(fā)生的任意事件提出應(yīng)對決策，從而提高了系統(tǒng)的安穩(wěn)運行水平。

3? 海上油田電網(wǎng)狀態(tài)估計的實現(xiàn)

電網(wǎng)狀態(tài)估計[4]即在量測數(shù)據(jù)存在誤差的情況下，利用實時量測系統(tǒng)的冗余度，自動排除誤差數(shù)據(jù)，通過計算得到可靠的系統(tǒng)狀態(tài)變量值，估計出系統(tǒng)運行狀態(tài)。

海上電網(wǎng)狀態(tài)估計的實現(xiàn)過程[5-7]如圖1所示，具體包括以下步驟：

（1）前置濾波。作為不良數(shù)據(jù)的檢測和辨識的第一步前提，在狀態(tài)估計之前，利用簡單的規(guī)則進(jìn)行初檢測，排除明顯不合理的量測。

（2）可觀測性分析確定估計網(wǎng)絡(luò)。在已知電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r下，根據(jù)遙測數(shù)據(jù)的類型和位置，確定連通網(wǎng)中哪些部分的運行狀態(tài)是可以計算出來的。確定電網(wǎng)的可觀測區(qū)后，在可觀測區(qū)上進(jìn)行實時狀態(tài)估計計算。

（3）假定模型?；赟CADA采集到的實時數(shù)據(jù)，通過智能化網(wǎng)絡(luò)建模工具建立電力網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)庫;根據(jù)遙信數(shù)據(jù)中開關(guān)的開合狀態(tài)實時確定當(dāng)前電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，生成電網(wǎng)假定模型。

（4）狀態(tài)估計最優(yōu)計算。設(shè)置目標(biāo)準(zhǔn)則，然后對經(jīng)過初篩選后的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，獲取最接近電力系統(tǒng)真實狀態(tài)的估計值。

（5）不良數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)誤差的檢測。對狀態(tài)估計計算結(jié)果進(jìn)行檢測，檢測是否存在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)誤差以及不良數(shù)據(jù)，若皆不存在，則狀態(tài)估計完成，輸出最終結(jié)果;若發(fā)現(xiàn)了不良數(shù)據(jù)則跳轉(zhuǎn)步驟六。

（6）不良數(shù)據(jù)的辨識。根據(jù)估計出來的量測誤差的大小確定不良數(shù)據(jù)的具體測點位置。

（7）測量值修正、結(jié)構(gòu)修正，經(jīng)過不良數(shù)據(jù)辨識后對其進(jìn)行剔除得以修正，同時對檢測到存在結(jié)構(gòu)誤差的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行修正，然后返回步驟三重新計算。

4? 結(jié)語

本文首先針對海上油田孤島電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的必要性進(jìn)行了分析，然后介紹了狀態(tài)估計的實現(xiàn)過程。實現(xiàn)狀態(tài)估計有利于提高測量數(shù)據(jù)的精度，提高量測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時還能降低量測系統(tǒng)的投入成本;此外調(diào)度中心能快速、確切地掌控海上油田孤島電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，為海上油田孤島電力系統(tǒng)實現(xiàn)智能化調(diào)度管理奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張葉貴.電力系統(tǒng)動態(tài)狀態(tài)估計研究綜述[J]. 新型工業(yè)化， 2019（5）：101-107.

[2] 金秋. 海上石油平臺電力組網(wǎng)和EMS系統(tǒng)設(shè)計探討[J]. 石化技術(shù)， 2016， 23（4）：47-48.

[3] 張新波.智能配電網(wǎng)自動化應(yīng)用實踐的幾點思考[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（34）：3，5.

[4] 陳茜. 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計若干問題研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[5] 李振華，陶淵，趙爽，等.智能配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法研究現(xiàn)狀分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2019， 34（1）：115-122.

[6] 樂健，李星銳，周謙，等.電力系統(tǒng)多區(qū)域分布式狀態(tài)估計方法[J].電力自動化設(shè)備，2020，40（5）：165-173.