电网量测信息在线智能检测评价及拓展应用

摘要：利用能量管理系统获取电网实时模型，依据电网量测信息、设备参数及电网运行方式检测量测不平衡信息和可疑拓扑状态，建立测点质量评估机制和厂站量测质量定量评估体系，动态生成量测权重，利用测点和厂站的量测信息评价得分，以科学的方法动态修正状态估计的量测计算权重，降低或屏蔽量测评分低的测点量测权重，避免“残差污染”或“残差淹没”，提高状态估计的精度，为电网的安全稳定运行提供基础数据支持。

关键词：状态估计；EMS/SCADA；动态权重

作者简介：农运博（1975-），男，广西钦州人，广西电网公司钦州供电局，工程师。（广西 钦州 535000）

中图分类号：TK3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0244-02

电力系统高级应用中的状态估计在电力系统网络拓扑的基础上，根据电网模型参数、线路连接关系和一组有冗余的遥测量测值和遥信开关状态，解出电网稳态运行情况的状态量——母线电压幅值和相角的估计值，并求解得出量测的估计值，检测和辨识量测中的不良数据，为其他应用功能提供一套完整、准确的电网实时运行方式数据。电网模型以及量测数据网准确与否决定了状态估计计算结果的精度和准确度；[1]而状态估计结果不精准，必然导致后续的高级应用分析计算（电网潮流等）得不到良好的结果。即使是同样的电网模型，不同时段的变化也会导致其权重的变化，每次手动分配量测的权重也会导致状态估计及后续的高级应用计算产生较大的误差，给运行方式带来了一定的风险。那么是否可以通过一种方法提供较为可靠的量测信息为高级应用提供基础信息，从而从另外一个角度减少状态估计的不良数据辨识的难度，提高状态估计的精度以及后续高级应用的准确性，为整个电网一体化的高级应用服务？答案是肯定的。本文从问题量测智能检测评价、厂站量测质量定量评估、量测权重动态生成三个方面分析研究并形成了模块，为电力系统高级应用状态估计提供了动态修正的量测计算权重，提高了状态估计的精度。

一、技术分析

1.可疑或错误量测信息的快速定位技术

从电气基本规律和电网的运行状态出发，依据电网的实时量测信息和平衡情况，建立测点量测评价机制，从局部到全网形成问题量测统计结果。分析量测质量评分结果和问题量测历史统计信息，辨识出坏数据或可疑数据量测信息，减轻自动化人员的维护负担，提高运行维护的工作效率和电网量测信息的准确性。

2.建立科学的测点量测质量评价机制和完备的厂站评估标准

建立科学的测点量测信息评价机制、设计完备的厂站评估标准，使得厂站或片区的得分能够真实反映厂站或片区的量测质量水平，便于自动化人员发现量测不好的厂站并采取措施。在厂站量测质量评估时，要做到公平、公正，使评分结果能够有效地促进电网量测信息的整体改善。

3.状态估计量测权重的动态调整技术

状态估计的量测权重通常依据测点的量测精度等级进行设置，但是在实际运行中，权重通常是一成不变或者根据经验人工调整，常常不能反映测点量测精度的真实水平，因此，需要研究將测点和厂站量测信息质量评价得分转化到状态估计量测权重的方法。利用测点和厂站的量测信息评价得分，以科学的方法动态修正状态估计的量测计算权重，降低或屏蔽量测评分低的测点量测权重，避免“残差污染”或“残差淹没”，提高状态估计的精度。

二、系统拓扑

电网量测信息在线智能检测评价系统的系统结构如图1所示。电网量测智能检测评价系统从SCADA中获取系统的实时量测数据，根据设备的模型参数和拓扑连接关系，对系统实时量测信息进行关联分析，辨识出系统中存在的问题量测信息，并对厂站进行量测质量综合评价，形成厂站量测质量定量评估结果。另外，系统可以将量测评价结果传递给状态估计应用，使状态估计能够获取更加纯净的量测信息。

三、功能分析及实现

1.电网模型数据获取及量测数据的预处理

电网量测信息在线智能检测评价系统与网络分析共用一套电网的模型信息，可以共享层次数据库的电网模型和设备参数，根据用户指定的周期或由事件触发读取电网的模型数据和电网量测数据。首先系统要对读入的量测数据进行预处理，根据网络的实时拓扑信息，对电网量测信息进行实时关联性分析。预处理分析主要是针对量测信息数据状态、母线有（无）功平衡、线路有（无）功平衡、变压器有（无）功平衡、量测越限等进行分析处理，检测出违反电气基本规律的测点量测信息。

2.问题量测信息在线智能检测

首先，根据不同的考核类型，定义不同的扣分标准，然后建立一个测点量测评分结构向量，分别保存测点量测ID和测点量测的评分，各测点初始评分为0分。其次，检测出线路1有功功率不平衡，则对线路1两端的有功量测，即对线路1厂站1端的有功量测测点和线路1厂站2端的有功量测测点量测评分各扣1分。再次，用同样的方法检测出厂站2母线3有功不平衡，对厂站2母线3相关的线路1、线路2厂站2端的有功量测测点评分各扣1分。则线路1厂站2端的有功量测评分为-2分，其余为-1分，可以判断线路1厂站2端的有功量测为不良数据。类似遍历全网各量测测点，即可形成各个测点的量测评分结果。分析测点评分结构向量的评分结果，量测评分小于-1分的测点即为不良数据测点。通过问题量测的检测评价，形成系统中所有问题量测的列表，并建立查询，可以筛选出所选记录所对应厂站的当次不平衡问题量测记录。电网中的量测信息质量通常需要通过一段时间的统计分析，区分出量测的异常现象是属于偶尔出现还是长期存在的问题。因此，系统针对运行过程中出现的问题量测信息进行连续出现次数的统计，为维护人员有针对性的维护量测提供了有效的参考信息。

3.厂站量测质量检测及评价

厂站的量测质量对调度员掌握电网的真实运行情况和后续分析软件的计算结果具有较大的影响。特别是对状态估计等分析软件，一个厂站量测出现问题，不仅仅影响该厂站本身，往往还对其周围厂站的计算造成影响，因此有必要对各个厂站的量测质量进行分析评价，筛选出质量较差的厂站并进行集中处理。为了对厂站的量测质量进行定量评估，需要对厂站的通道状态和厂站内的所有量测质量进行分析。

建立厂站的量测评估机制，设定厂站的基准分为100分，对于厂站通道状态异常的设定一定的扣分标准，而对于厂站内单个量测出现问题，依据其问题类型和罚分标准进行相应的罚分。同一个量测当天出现同样类型的问题，只扣一次分。每天统计厂站的总罚分，在基准分的基础上获取厂站当天的评分。厂站评分采用标准分计分法，即按照厂站规模进行归一化处理，形成所辖厂站的量测质量评分列表。系统每天对所有厂站的量测质量按照出现问题量测被罚分的情况进行评价，得出厂站的考核得分，每天对电网所辖量测质量按照所辖厂站的综合情况进行评价，得出地区的平均得分以及该地区的最高得分和最低得分情况。通过对厂站内测点量测质量的评分，得到厂站的量测质量总体评分，反映厂站的整体量测质量水平。

四、量测权重动态调整算法

状态估计的量测权重通常依据测点的量测精度等级进行设置，但在实际运行中，权重通常是一成不变的或者根据经验人工调整，常常不能反映测点量测精度的真实水平，因此需要研究将测点和厂站量测信息质量评价得分转化到状态估计量测权重的方法。

系统采用基于量测质量评价信息的状态估计量测权重的动态调整方法。基于量测质量评价信息的状态估计量测权重动态调整方法的目的是将测点量测评价的信息传递到状态估计的计算过程中，动态修正状态估计量测权重。

根据状态估计加权最小二乘法的目标函数：

（1）

通常权重Wi取各量测量的方差的倒数，即是最合理的。利用这一原则，本文提出了利用量测质量评价信息动态权重修正的方法。

权重的修正由两部分组成，分别为厂站级的连续惯性修正和测点级的断续随机修正。即：

（2）

其中，ωfj为量测i所属厂站n的惯性权重修正因子；ωmi为量测i的随机权重修正因子。

厂站级的惯性权重修正因子通过厂站量测质量的评分获取，计算方法为：

（3）

式（3）中，SN为厂站的基准评分。Sn为厂站n量测质量评分，厂站单次统计的量测质量评分并不直接用于量測权重的计算，而是结合该厂站量测评分的历史信息。即通过式（4）的方式平滑处理：

（4）

式（4）中，Sj为第j次量测评价厂站评分，Sj-1为第j-1次量测评价厂站评分，K为设置的惯性平滑系数。

随机权重修正因子通过步骤（5）中可疑数据连续统计次数获取：

（5）

Ndb为设置的随机修正门槛，cons_numi为量测i的可疑统计次数。当可疑统计次数cons_numi大于等于随机修正门槛时，随机权重修正因子才起作用。

五、量测评价结果拓展应用

测点或厂站的量测质量评价结果，一方面对厂站或测点的量测质量形成了定量的评分结果，使自动化维护人员能够及时发现真正的问题量测所在，及早的解决问题。同时，这些量测质量评价结果又可以作为极为重要的信息，为后续的状态估计等应用软件使用。

六、结论

本应用及其算法作为科研项目已在钦州电网调度自动化系统的数据模型的基础上实现并通过验收。通过电网量测信息在线智能检测评价和拓展应用项目的实现，实时分析电网量测信息，捕捉到厂站的薄弱量测信息，减轻自动化维护人员的工作负担，使自动化运行维护人员能够及时、准确地发现不良数据信息，快速、有效地解决量测问题，提高SCADA实测数据的准确性。

电网量测信息在线智能检测评价和拓展应用项目的实施，促进了EMS量测（遥信、遥测）质量的提高，从而间接提高了状态估计合格率；能够通过厂站量测信息质量评分动态修正量测权重，对电网中的薄弱量测信息进行屏蔽或以较低的权重参加状态估计计算，进一步提高状态估计的合格率；能够提高自动化人员维护水平，在维护过程中做到有的放矢，把自动化人员从繁冗的排查厂站量测错误的工作中解放出来，维护高级应用软件，间接提高其他高级分析软件的实用化水平。

参考文献：

[1]于尔铿.电力系统状态估计[M].北京：水利电力出版社，1985.

（责任编辑：孙晴）