基于动态参数变化的电力系统状态估计维护研究

陈筱陆 石菊增 郭伟琪 侯君

摘要：为提高电网状态估计准确性和查找状态估计问题速度，以临沂电网EMS系统为对象，研究了以动态参数维护及观测为基础的电力系统状态估计维护方法，实现了对拓扑、阻抗等多种参数变化情况的全面迅速掌握，并建立了实用的维护辅助决策系统。

关键词：状态估计;参数动态变化;辅助决策

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0199-02

随着电网规模的不断扩大及电网自动化水平的不断提高，作为电网能量管理系统（energy management system，EMS）高级应用软件实用化的基础[1-3]，电力系统状态估计发挥着越来越重要的作用。而日趋复杂的电网结构和庞大电网规模为电网状态估计维护带来了巨大的困难[4-5]。本文从电网参数的动态变化入手，建立针对不同类型参数的分类管理监测机制，通过实用辅助系统的的建立，大大降低状态估计维护难度，提高状态估计维护效率。

一、状态估计影响因素分类

状态估计即根据SCADA提供的实时信息和网络拓扑的分析结果及其它相关数据，实时地给出电网内各母线电压（幅值和相位），各线路、变压器等支路的潮流，各母线的负荷和各发电机出力。影响状态估计的主要因素有拓扑连接关系、元件模型、元件电气参数、实时遥信和遥测，相互间关系如图1所示。

其数学如公式1所示：

（1）

式中，z为状态估计结果;为状态估计结果与参数的函数;m为原件模型;x为实时遥测与遥信;p为电气参数;s为拓扑链接关系。

在四种影响因素中，拓扑连接关系及元件模型决定了电网基本的结构，在建立维护中，出现错误的可能性较小，但一旦出错，对状态估计的影响极为巨大，很可能直接导致状态估计计算不收敛。元件电气参数数据庞大，人工填写工作量大，由于数字无规律且为多位小数，出错可能性相对较大，但出现错误后对状态估计影响较小，尤其是现有状态估计软件普遍具有参数辨识及自动修正功能，可有效减小参数出错情况下对状态估计数据的影响，与其他相比参数，主变档位数及运行档位对状态估计影响较大，在计算其影響时需区别对待。由于电压等级多，量测元件数目庞大，实时遥信/遥测是否对应在各种影响因素中是最容易出现问题的因素，尤其是开关、刀闸位置遥信位置错误对状态估计的准确性具有重大的影响，高电压等级开关、刀闸遥信位置的错误将会导致大量下级变电站状态估计的计算，某些枢纽变电站关键开关、刀闸位置的错误将会直接导致整个系统状态估计计算出现不收敛现象。

各种因素出错可能性及对状态估计影响总结如表1所示。

表1 状态估计影响因素总结

影响因素 出错可能性 对状态估计影响

拓扑连接关系 小 大

元件模型 小 大

元件电气参数 中 小（中）

实时遥信遥测 大 大

二、各影响因素主要问题分析

现代能量管理系统软件普遍采用图模库一体化功能，自动化维护人员在建立电网模型的过程中可有效避免图形元件同数据库的对应问题，从而大大减少了维护人员的工作量，但由于大电网的复杂性、时间的紧迫性及自动化人员水平差异等原因，往往会出现许多错误，从而影响状态估计的准确性。状态估计影响因素参数的主要错误具有不同的特点，每项影响因素对状态估计产生影响的主要问题的如表2所示。

表2 各影响因素主要问题

影响因素 主要问题

拓扑连接关系 各电气元件端口连接是否正确

元件模型 元件模型是否与实际一致

元件电气参数 阻抗与导纳等参数填写是否正确

实时遥信与遥测 是否正确关联元件，所取数据是否正确

三、评价体系建立

在复杂的电网结构下，电网某一元件出现参数错误往往影响有电气连接的多个元件的状态估计计算出现偏差，甚至导致全网状态估计计算错误，为排除冗余信息干扰，快速定位问题所在，需根据各影响因素的特点，建立科学的评价体系，对各个不合格的状态估计量测点进行排序，从而降低状态估计维护消缺工作的难度。

本文针对不同影响因素出现问题时的影响，对全网模型建立了影响值指标，以此表示元件自动化信息出现问题对状态估计指标降低的影响程度，其具体的表达式为：

式中：N为元件影响值;n1为拓扑连接关系影响值，其数值根据元件所连接的元件数及所连接的元件电压等级确定;n2为元件模型影响值，其数值根据元件类型（如母联开关、变压器等）及元件的电压等级确定;n3为元件电气参数影响值，其数值根据元件类型、是否填写及参数是否异常等因素确定;n4为实时遥信与遥测影响值，其数值跟军遥信/遥测是否对应、元件不平衡度及遥测信息是否突变等因素确定;ai为各因素相应权重，数值受由各种因素出错对状态估计影响决定，在确定权重值时，应突出元件模型及拓扑连接关系的先决性，其相应权重值较大。

当出现状态估计错误时，相应元件进行影响值计算，并根据影响值大小进行排序，自动化维护人员即可根据影响值排序快速定位问题所处元件。需要注意的是，由于状态估计影响的区域性，在判断问题潜在元件时，应适当扩大元件范围。

四、以动态参数变化为依据的状态估计维护方案

目前，各级电网对电网状态估计重视程度逐渐增大，指标要求不断提高，但相关维护辅助工具缺乏，仅采用断面提示信息的方式，该种方式具有很大的局限性，冗余干扰信息较多，尤其在状态估计出现计算不收敛时，相关提示不具有参考性。本文以评价体系及动态参数对比为基础，制定了一套针对动态参数对比的状态估计维护方案，如图2所示。以某一合格率较高的状态估计断面为基础，通过系统自动比对相关数据出现的变化，如元件的新增、拓扑关系的改变、电气参数的变动等，通过闭环的循环控制，使状态估计的合格率不断提高，可以有效的提高状态估计维护工作效率，减少自动化人员维护工作量。

在流程中，初始断面的选择影响着整个程序运行的效率，电网拓扑完善、元件模型恰当、电气参数填写正确、实时数据良好的断面将大大缩短系统进入稳定运行的时间，从而尽量少的引入人工维护处理，故建议使用最为接近的状态估计收敛的断面作为初始短命，并应将一些质量良好的断面作为备案资料进行保存，以便以后维护工作使用。

在判断环节，为排除负荷短时间波动对状态估计维护的影响，在判断合格率是否高于初始断面及是否下降时可设定一定的阈值，当上升/下降的数值高于阈值时判断为是，否则忽视其变动，正常运行。为保证其余电力系统高级应用的需要，当出现状态估计合格率下降后，状态估计不应停止计算，应在保存变动数据后，根据实时信息继续进行计算，从而为维护人员提供具有时标的电网信息变动记录，为电网数据维护提供类似事故追忆的参考资料，以发展的角度对比电网状态的变化，以便更为迅速查找问题的关键点，提高维护处理环节的效率。

基于该流程，开发了相应的状态估计辅助决策系统，该系统以图形可视的方式列出了状态估计计算出现不收敛等问题时参数的动态变化，如图3所示维护工作人员可根据维护需要，选择需查看的参数变化类型，如参数错误、主变实时档位错误等。在维护界面中，列出了前后状态的变化，并给出了出现问题的分析结果，有力地支持了状态估计维护工作的进行。

五、结束语

在建立状态估计元件评价体系的基础上，本文提出了基于动态参数变化的电力系统状态估计维护方法，并开发了相应的状态估计辅助决策系统。该辅助决策系统实现了潜在问题元件参数评价、参数状态变化等功能，解决了当前状态估计辅助维护工具缺乏、问题元件定位困难的现状，有助于提高网基础数据质量，为电力高级应用提供了坚实的基础。

参考文献：

[1]李碧君，薛禹胜，顾锦汶，等.电力系统状态估计问题的研究现状和展望[J].电力系統自动化，1998，22（11）：53-60.

[2]董树锋，何光宇，孙英云，等.以合格率最大为目标的电力系统状态估计新方法[J].电力系统自动化，2009，32（16）：40-43.

[3]顾全，陆杏全.电力系统实用状态估计中两个问题的处理[J].电力系统自动化，1998，22（1）：32-35.

[4]于尔铿.电力系统状态估计[M].北京：水利水电出版社，1985.

[5]何光宇，董树锋.基于测量不确定度的电力系统状态估计：（一）结果评价[J].电力系统自动化，2009，33（19）：21-24.

（责任编辑：刘翠枝）