浅谈海上油田孤岛电力系统状态估计的必要性

赵希宝

摘  要：随着海上油田孤岛电网的拓扑结构和运行情况愈加复杂，对海上油田孤岛电力系统进行状态估计，利用量测系统的冗余度，提高量测系统的数据精度，有利于捕获电力系统的最优状态估计值，精准掌控电网的实时运行状态，进而提高海上油田孤岛电力系统的供电可靠性。本文就海上油田孤岛电力系统状态估计的必要性以及状态估计的实现做了综合性的阐述和分析。

关键词：海上孤岛电网  状态估计  必要性  量测系统

中图分类号：TM73                             文献标识码：A                 文章编号：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

隨着海上油田电网逐步从单平台供电模式向多平台互联供电模式的转变，海油电网规模不断地扩大，网络拓扑与运行情况的复杂性以及调度管控工作难度也随之增加。与此同时，随着电力系统自动化水平的迅速发展，为了保证海上油田孤岛电力系统安全、经济运行，油田群电网为了实现电力调度的自动化控制，近年来开始逐步加装能量管理系统（Energy Management System， EMS）。作为EMS启用应用功能的前提，状态估计显得至关重要[1-3]。

1  海油孤岛电网状态估计的必要性

海上油田孤岛电网相较于陆地电网，量测数据少、精度低;海上电网互联模式下拓扑结构复杂，发电机机型各异、运行方式多变，因此提升海上电网的安全稳定性具有重要意义。目前EMS与电网实时数据采集和监控系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）已逐渐被广泛应用在海上油田电力系统的各个环节上。状态估计作为EMS一个关键环节，是海上电网在线应用软件的基础。状态估计首先从SCADA中获取量测数据，作为算法输入的基础数据，然后确定电力系统的拓扑结构以及各个元件之间的联结关系，再对误差数据的检测、辨识与修正，经过不断迭代计算，获得最优方案。

由于油田电网具有以上特点，实现状态估计的必要性在于：

（1）EMS的功能需要可靠精确的数据作为输入数据，而SCADA系统采集的实时数据可能存在数据残缺、不精确、受干扰时会出现错误等缺点。

（2）油田电网中量测数量少，精度低，而测量表征电力系统特性所有状态量是不经济的、难以实现的，需要通过状态估计由已知测量数据推算其他电气量。

（3）油田电网相对传统陆地大电网规模小，受到扰动后系统状态变化快，从而需要实时反映系统真实的运行状态。

（4）电力系统状态估计是绝大部分软件在线应用的基础，假设不进行状态估计或估计结果有误，后续任意高级功能的分析计算结果将不准确。

2  状态估计的作用及意义

孤岛电力系统应用状态估计的作用主要包括：

（1）提高量测数据的精确度。

利用量测系统的冗余数据，对量测数据进行不良数据的检测与辨识、修正后，能够进一步提高量测数据的精确度。

（2）降低投资成本。

能够计算出未测量的电气量，少装量测点，减少量测系统的投资。

（3）实时反映电网真实运行状态。可得到最能反映电网系统真实状态的状态估计值。

（4）保障了软件的应用。

为EMS提供可靠而完整的系统运行状态的信息，丰富了各种应用软件所需的数据库内容，为后续其他高级分析功能在线应用以及海上电网实现智能化调度管理奠定了数据基础。

（5）提高系统安全运行水平。

调度中心能快速、确切地掌控海上电力系统的实时运行状态，能对系统运行趋势进行预测分析，根据预测结果对运行中可能发生的任意事件提出应对决策，从而提高了系统的安稳运行水平。

3  海上油田电网状态估计的实现

电网状态估计[4]即在量测数据存在误差的情况下，利用实时量测系统的冗余度，自动排除误差数据，通过计算得到可靠的系统状态变量值，估计出系統运行状态。

海上电网状态估计的实现过程[5-7]如图1所示，具体包括以下步骤：

（1）前置滤波。作为不良数据的检测和辨识的第一步前提，在状态估计之前，利用简单的规则进行初检测，排除明显不合理的量测。

（2）可观测性分析确定估计网络。在已知电网网络拓扑的情况下，根据遥测数据的类型和位置，确定连通网中哪些部分的运行状态是可以计算出来的。确定电网的可观测区后，在可观测区上进行实时状态估计计算。

（3）假定模型。基于SCADA采集到的实时数据，通过智能化网络建模工具建立电力网络模型数据库;根据遥信数据中开关的开合状态实时确定当前电网的网络拓扑结构，生成电网假定模型。

（4）状态估计最优计算。设置目标准则，然后对经过初筛选后的量测数据进行计算，获取最接近电力系统真实状态的估计值。

（5）不良数据和结构误差的检测。对状态估计计算结果进行检测，检测是否存在网络拓扑结构误差以及不良数据，若皆不存在，则状态估计完成，输出最终结果;若发现了不良数据则跳转步骤六。

（6）不良数据的辨识。根据估计出来的量测误差的大小确定不良数据的具体测点位置。

（7）测量值修正、结构修正，经过不良数据辨识后对其进行剔除得以修正，同时对检测到存在结构误差的网络拓扑进行修正，然后返回步骤三重新计算。

4  结语

本文首先针对海上油田孤岛电力系统状态估计的必要性进行了分析，然后介绍了状态估计的实现过程。实现状态估计有利于提高测量数据的精度，提高量测系统数据的可靠性，保证了数据质量的同时还能降低量测系统的投入成本;此外调度中心能快速、确切地掌控海上油田孤岛电力系统的实时运行状态，为海上油田孤岛电力系统实现智能化调度管理奠定了数据基础，从而提高电力系统的稳定性。

参考文献

[1] 张叶贵.电力系统动态状态估计研究综述[J]. 新型工业化， 2019（5）：101-107.

[2] 金秋. 海上石油平台电力组网和EMS系统设计探讨[J]. 石化技术， 2016， 23（4）：47-48.

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[4] 陈茜. 电力系统状态估计若干问题研究[D].华北电力大学，2015.

[5] 李振华，陶渊，赵爽，等.智能配电网状态估计方法研究现状分析[J].电力科学与技术学报，2019， 34（1）：115-122.

[6] 乐健，李星锐，周谦，等.电力系统多区域分布式状态估计方法[J].电力自动化设备，2020，40（5）：165-173.