影响遥测估计合格率的因素分析

韩培洁 王汉平

（国网运城供电公司，山西 运城 044000）

影响遥测估计合格率的因素分析

韩培洁 王汉平

（国网运城供电公司，山西 运城 044000）

随着变电站综合自动化系统的发展，对四遥信息的准确率和合格率要求越来越高。状态估计为系统潮流计算和方式调整提供参考依据，而遥测估计合格率作为衡量状态估计的重要指标，对其的提高和优化显得尤为重要。本文分别从客观因素和人为因素的角度，对影响遥测准确性和实时性的因素进行分析，同时从实用的角度出发针对主要因素提出整改措施，为电网的实际运行提供一个参考。

变电站；状态估计；遥测估计合格率

状态估计的功能是利用数据采集与监控系统（SCADA）的实时遥测和遥信数据，估计电网当前运行状态。状态估计是电网其他在线分析高级应用软件的基础[1]，为其他应用软件提供可靠的实时数据，也为实际调度操作的可行性或操作后的方式调整提供理论依据，比如，若主站安装遥测合格率监测软件，则通过遥测值分析可以发现诸多遥测与实际不符、TA二次开路、一次断线等严重故障。而状态估计的计算结果依赖于遥测数据的准确性，遥测估计合格率是反映遥测数据是否精确的重要指标。

遥测估计合格率是状态估计的遥测合格点数占参与计算的遥测总点数的百分比，其中遥测合格点数是指遥测数据估计值误差有功≤2.0%、电压≤2.0%，无功≤3.0%的点数[2]。依据电力调度自动化系统运行管理规程[3]的相关要求，遥测估计合格率要求≥90%（具备条件时应达到95%以上）。随着国家电网“三集五大”的推广，由变电站上送主站的信息量不断增大，对主站信息采集准确度的要求也越来越高[4]。

但是在实际运行中，由于受到诸多因素的影响，遥测估计合格率并不理想[5-7]，因此，本文从客观和人为两个角度分析影响遥测估计合格率的因素，并从提出整改措施。

1 影响遥测估计合格率的客观因素分析

测控装置将模拟量变换为数字量，其原理如图1所示。

它先将采集到的电压 Ua、Ua′和电流 Ia、Ia′分别通过电压互感器和电流互感器等比例变换成小电压信号，再将AC插件采集的电压、电流瞬时值通过CPU插件中的A/D转换器转换为数字量，然后把这些采样得到的数字量传送给CPU系统。CPU利用各种算法对采样数据进行处理后，计算出电压有效值 U、电流有效值 I、功率因数 cosφ、有功功率 P和无功功率Q，最后传入监控系统。

图1 测控装置原理图

因此，从硬件方面考虑，遥测数据精确度和实时性依赖于A/D转换器、CPU系统的性能指标；从软件角度考虑，遥测数据精确度和实时性依赖于电压电流有效值、功率因数以及功率的计算方法。

1.1 A/D转换器

A/D转换器的性能指标主要包括采样方式、采样延时、采样频率和采样位数4个方面。

1）采样方式：A/D转换器的设计已相当成熟，多采用逐次逼近方式进行直接采样，不经过中间变量，采样精度较高，可见采样方式对遥测精确度影响不大。

2）采样延时：A/D转换器的采样速度能够精确到微秒，并可以逐一对多个通道采样，采样延时对采样实时性的影响不大。

3）采样频率：A/D转换器的采样频率直接决定了每个周波取点的个数。采样频率越高，采样点数越多，还原的信号波形越准确。采样频率对遥测精度的影响主要在于遥测计算的算法，有些算法对采样频率要求并不严格，所以采样频率不是影响遥测精度的主要因素。

4）采样位数：A/D转换器的采样位数决定了模拟量瞬时值转换为数字量的位数，采样位数越高，满码值越大，采样精确度就越高。不同测控厂家其A/D转换器的采样位数各不相同，造成了采样精度各不相同，直接影响了遥测的合格率。

1.2 CPU系统

CPU系统的性能指标，通常包括CPU的工作频率、浮点运算能力、数据位数、存储器容量等，如图2所示。

考虑到功耗、散热、体积、寿命、价格等诸多因素，工业用CPU系统常用单片机代替，导致了工作频率不高，浮点运算能力不强、数据位数和存储器容量不大的缺陷。不同的单片机性能差异较大，一些单片机运算速度慢，即使A/D转换器以很快的速度将数据传输给单片机，它也需要花费较长的时间周期才能完成一次遥测的运算，造成了遥测实时性降低，因此，CPU系统性能指标是影响遥测估计合格率的重要因素。

图2 CPU硬件系统示意图

1.3 算法因素

1）U、I有效值算法

测控装置在采集系统电压、电流时主要针对稳态时的模拟量，常将其视为正弦量，而不考虑滤掉非周期分量和高频分量，且一般采用比较简单、快速的算法。这些算法主要包括两点乘积法、半波积分法、一阶求导法和半波比较法。

（1）两点乘积法

用相差T/4周波的2个点来完成运算，如图3所示。该算法所需数据少，计算速度快，对采样频率要求并不严格，但是当系统出现波动时准确度大大降低。

图3 两点乘积法示意图

以电压有效值为例，具体算法如下：设U1、U2分别为系统所采集相差 90°两个系统电压值，Um为系统电压最大值，则

得

求得电压有效值为

（2）半波积分法

依据正弦量在任意半个周期内所构成的面积相等，且等于平均值形成矩形面积的原则，用相差半个周波内所有点来完成运算，如图4所示，该算法采样频率越高，误差越小。

图4 半波积分法示意图

以电流有效值为例，具体算法如下：

电流平均值为

最大值为

面积为

（3）半波比较法

比较出半个周波内的最大值，以此计算有效值，运算速度快，采样频率越高，误差越小。

（4）一阶求导法

该方法是用任意相邻的3个点来求出最大值，而最大值的平方等于任意点的平方与该点导数的平方之和。该方法的优点是采样频率越高，误差越小。

以电压有效值为例，具体算法如下：

以图5所选点为例，得

图5 一阶求导法示意图

2）功率因数cosφ 的算法

功率因数的计算方法主要有两种：两点比值法和差角法。

（1）两点比值法：该方法与图3所示一样，同样是利用相差90°的两个点电压和电流有效值，计算出电压角度和电流角度，根据差角公式推算出功率因数。

由两电压的比值为

这样，电压角度

同理，电流角度为

所以，功率因数为

将式（10）和式（11）所求α 和β 角度带入式（12），即可求得功率因数。

此算法需要计算出α 和β 角度，经过复杂的三角函数运算，计算效率低。

（2）差角法：该方法是利用已经算出来的某一时刻的瞬时值和最大值，计算cosφ。

由电压和电流的瞬时值和最大值可知

可以求得功率因数为

此算法不需要经过三角函数运算，计算时间短，大大提高计算效率。

3）功率的算法

一般来说三项系统的功率计算为

其中

式中，U为相电压有效值；I为相电流有效值；Umar为电压裕度；Imar为电流裕度。

将有功和无功功率转化为数字量，监控系统只需将收到的值乘以TV、TA变比（若是采用码值上送方法，还需除以满码值）。实际的应用中多采用两表法或者三表法。

（1）两表法是用两个线电压和两个相电流以及它们之间的夹角来进行运算。其连接图如图6所示，图7所示为电压和电流的相量图。

图6 两表法接线图

图7 两表法相量图

依据图7所示的向量图，可以得到两表法测量系统功率的计算公式，即

则

对于 35kV及以下保测一体的装置往往不采集B相电流，采用两表法进行功率计算，如果三相电流不平衡，则不能反映真实的功率。将式（20）与式（19）对等，可知只有在B相电流满足式（21）时，两表法计算出的功率才是真实功率。

可见，大多数情况下的功率并不准确。

（2）三表法是通过将三相功率模拟量相加，转化为数字量后进行上送，只有采用真实的三表算法，计算结果才是最准确的。目前大多数独立测控都采用三表法计算功率，但必须保证装置内部设置为三表法。

实时性在算法中指的是代码的执行效率，而精度和效率在算法中是相互制约的，每种算法的精度和效率都不同，若算法中包含了大量的开方和三角函数运算，其效率就比较低。当然，算法在实现时还包含了诸多指令、逻辑的等优化处理，不同的设计理念、不同的编程经验，也会造成精度和效率不同。

2 影响遥测估计合格率的人为因素分析

2.1 TV或TA的二次回路、极性、变比错误

二次电压必须以同名相、三相四线制接入测控装置，二次电流必须以母线为正、0.2或0.5级、同名相、三相四线制接入测控装置。测控上送的二次遥测值，需乘以TA和TV的变比，才可得到一次遥测值。因此TA和TV的变比必须准确，以减少调试人员人为因素造成的错误。

2.2 测控遥测精度未校正

由于综合自动化系统发展迅速，造成许多测控装置并未通过校正就投入运行，这将引起测控装置采集的误差，因此在测控新投运或中途停运期间，有必要采用标准源进行加量实验，如果标准源与装置功率显示差别较大，则需进行测控精度校正，一般是采用加额定值的方法进行精度自动调整。不同厂家校正方法可能存在差异。

2.3 监控系数的精确度不够

在对遥测二次值核对正确无误后，还需在监控核对一次值的正确性，以便检验遥测系数的正确性。对于以码值上送的测控装置，再计算遥测系数时，需用满刻度乘以裕度再除以满码值。满码值都是奇数，只能为2047、4095、8191、16383、32767等，如果用近似值2048、4096、8192、16384、32768等，负荷越大，误差就越大。因此，满码值必须准确，提供系数时，站端和远方要精确到小数点后6位。

2.4 遥测的阈值设定值不统一

遥测阈值，又称压缩因子、遥测死区、门槛值等，测控算出遥测值后，会和上一次的遥测数据进行比较，如果两次数据的差值除以满码值小于阈值，则数据不上送，大于该值时才上送。从概念上来看，测控装置和远动机的阈值设定越小，监控系统的遥测刷新速率越快，反之则越慢，即阈值影响遥测实时性。由于某站内各个测控的阈值整定值不统一或某线路两侧阈值整定值的不统一，从而造成遥测值不是同一时刻上送，所以母线、主变三侧、同一条线路的两端遥测总是存在不平衡现象。

3 提高遥测估计合格率的整改措施

3.1 减少客观因素造成的误差

对于即将接入电网的测控装置，应对其加强入网检验。由熟悉硬件和算法的专业人员，用专业化的仪器和手段进行检验其硬件性能和算法，以避免精度不高、实时性不强的测控装置流入电力系统。

具体来说，在硬件检测方面，应对A/D转换器和CPU系统进行性能测试，检验其采样精度和运算能力是否满足遥测准确度的要求；在算法方面，对电压有效值、电流有效值、功率因数、功率的计算均采用高精度算法，并采用采样精度高的精度仪进行加量实验。尤其是功率计算，不能用单表法来算三相功率，对于某些遥测实时性和准确度要求高的场合，宜采用三表法进行功率计算。

3.2 减小人为因素造成的误差

从检查回路、校正精度、调整阈值、精确系数四个方面，减少人为因素造成的误差。首先必须对TV和TA的二次测量回路进行排查，核对其极性和变比；其次对测控装置精度进行校正，通过加额定值的方法进行装置精度自动校准，如果是码值上送的测控装置，则必须核对测控装置的满码值是否满足精确度要求。然后检验测控装置遥测的阈值，在测控装置精度准确的前提下，对监控遥测系数进行调整，一般至少保证系数保留至小数点后6位。对于新投运的变电站时，必须把好此关。

3.3 提高遥测估计合格率的建议

1）变更遥测上送方式。将变电站中遥测上送方式由码值上送改为上送一次浮点数，减少由于站端和调控端系数不一致造成的误差。

2）升级测控开出程序。将测控装置由现有的码值输出变更为输出一次浮点数，并将电压互感器和电流互感器的变比设置在测控装置中，减少因一次设备变比变化引起的数据库修改。

3）提升人员素质和管理水平。近年来，变电站综合自动化水平已经大幅提高，但是某些维护人员的应用水平和管理手段并未得到提升，对于某些遥测信息分析不到位，严重制约到相应技术的发展。

4 结论

遥测估计合格率作为同业对标的重要指标，受多方面因素的影响容易使指标下滑。因此，在加强日常的运行维护和管理的情况下，要对遥测的数据进行实时跟踪，对发现的不合格数据及时的进行分析、处理，不断的总结经验，进一步提高遥测估计的合格率指标。

[1]吴文娟.提高宁东电网遥测估计合格率的方法[J].科技资讯,2014(36): 92-92.

[2]王苹,颜廷峰,付余民.威海电网提高遥测估计合格率的方法[J].中国科技信息,2009(4): 70-71.

[3]DL/T 516—2006.电力调度自动化系统的运行管理规程[S].

[4]许雪莲,马宁,巨惠敏.遥测数据环境下的电网数据遥测合格率探讨[J].数字技术与应用,2013(3): 243.

[5]崔志永,秦瑞萍,刘桂涛.浅析提高状态估计遥测合格率的方法[J].电工材料,2016(1): 37-40.

[6]冯威.提高调度自动化系统中状态估计合格率的探索[J].电子技术与软件工程,2013(23): 268.

[7]李振文,吴晋波,洪权,等.遥测估计合格率的影响因素分析与治理措施[J].湖南电力,2015,35(6): 41-43.

The Influencing Factor Analysis of Telemetry Estimating Qualified Rate

Han Peijie Wang Hanping
(State Grid Yuncheng Power Supply Company,Yuncheng,Shanxi 044000)

With the development of the substation integrative automation system,accuracy and conformity rate of four remote information requirements become more important.Stateestimation provides the reference to adjust the way andthe system load flow calculation,and it is very important for improving and optimizing thetelemetry estimating qualified rateas an important indicator of condition assessment.This paper analysis the influence factors of telemetry real-time and accuracyfrom objective and human,then it put forward the rectification measures from the practical point of view at the same time and provide a reference of the actual operation of power grid.

substation; state estimation; telemetry estimating qualified rate

韩培洁（1988-），女，硕士，主要研究变电站二次继电保护。