郝  良1，谷  君1,，馮  萱2

　?。?. 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院，北京100075,；2. 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司,，北京100069）

　　摘  要： 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式在電力自動(dòng)化監(jiān)控中發(fā)揮了重要的作用。但是其有采集速率不高,，擁有轉(zhuǎn)換誤差的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)造成電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)出現(xiàn)誤差,，也對(duì)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生一定影響,。本文通過(guò)研究廣域采集系統(tǒng)在解決狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題的應(yīng)用，提出了利用高速采集單元量測(cè)的數(shù)值修正傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的方法，從而達(dá)到提升狀態(tài)估計(jì)合格水平的目的,。

　　關(guān)鍵詞： 狀態(tài)估計(jì),；同步相角測(cè)量單元；電力系統(tǒng)

0 引言

　　電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)是電力系統(tǒng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)的核心功能之一,，其功能是根據(jù)電力系統(tǒng)的各種量測(cè)信息,，估計(jì)出電力系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)[1]。現(xiàn)代電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行依賴于能量管理系統(tǒng),，而能量管理系統(tǒng)的眾多功能又可分成針對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)變化進(jìn)行分析的在線應(yīng)用和針對(duì)典型潮流斷面進(jìn)行分析的離線應(yīng)用兩大部分,。如果電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果不準(zhǔn)確，后續(xù)的任何分析計(jì)算將不可能得到準(zhǔn)確的結(jié)果,。因此,，狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性是非常重要的[2]。

　　SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)中的應(yīng)用最為廣泛,，技術(shù)發(fā)展也最為成熟的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，現(xiàn)在仍在狀態(tài)估計(jì)的數(shù)據(jù)采集中發(fā)揮重要作用，但也存在一些問(wèn)題,。文獻(xiàn)[3]中已經(jīng)對(duì)WAMS (Wide Area Measurement System),，即廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用的同步相角測(cè)量單元技術(shù)（PMU）的精度問(wèn)題進(jìn)行論證計(jì)算。為采用PMU解決狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題提供了可能,。

　　1 SCADA采集系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

　　SCADA系統(tǒng),，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的DCS與電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),；它應(yīng)用領(lǐng)域很廣,，可以應(yīng)用于電力、冶金,、石油,、化工、燃?xì)?、鐵路等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域,。

　　現(xiàn)國(guó)網(wǎng)統(tǒng)推調(diào)度系統(tǒng)（D5000）中，用于計(jì)算有功不平衡情況的數(shù)據(jù)來(lái)源是SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),。系統(tǒng)從變電站出線開(kāi)關(guān)的CT中獲取的線路電流值,，并以編碼形式存儲(chǔ)于變電站服務(wù)器中，同樣從母線PT中獲取電壓數(shù)據(jù)也以編碼的形式存儲(chǔ)于服務(wù)器中,。根據(jù)兩個(gè)編碼的設(shè)定,，即可通過(guò)相應(yīng)的公式計(jì)算得到線路功率的編碼值，再根據(jù)編碼轉(zhuǎn)換的關(guān)系將功率轉(zhuǎn)化為實(shí)際值通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)屏傳送到主站并存儲(chǔ)在SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中,。

　　在實(shí)際的量測(cè)中,，這種計(jì)算方式往往會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：

　?。?） 計(jì)算精度不高

　　電流量變化較小的時(shí)候，編碼值本身可能不會(huì)發(fā)生變化,，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是功率實(shí)際發(fā)生了變化但顯示功率依然未變,。

　　（2） 同步性存在問(wèn)題

　　編碼計(jì)算每4秒鐘上傳一個(gè)數(shù)值,，系統(tǒng)每隔1分鐘召測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù),。若變電站時(shí)鐘存在對(duì)時(shí)差異，就可能造成某些變電站上傳數(shù)據(jù)的不同步,，在電網(wǎng)負(fù)荷急劇上升或者下降的時(shí)候,，就會(huì)導(dǎo)致某一時(shí)刻系統(tǒng)中所存的數(shù)據(jù)質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，從而影響狀態(tài)估計(jì)準(zhǔn)確性,。

　　檢驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)準(zhǔn)確性的一個(gè)方法是檢查母線功率的平衡,。把母線作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以流入母線的功率定為正值,，根據(jù)KCL定律,，在一個(gè)時(shí)間斷面上，與母線連接的所有進(jìn)出線開(kāi)關(guān)的功率之和應(yīng)為零,。而實(shí)際上,，由于量測(cè)系統(tǒng)的固有偏差等因素存在，母線不平衡不可能?chē)?yán)格的等于零,，根據(jù)要求,，220 kV母線的有功不平衡數(shù)值允許偏差為±10 MW，無(wú)功不平衡數(shù)值的允許偏差為±20 MVar,。

2 WAMS的發(fā)展及對(duì)狀態(tài)估計(jì)的意義

　　WAMS采用同步相角測(cè)量技術(shù),，通過(guò)逐步布局全網(wǎng)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)的同步相角測(cè)量單元（PMU），實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)同步相角及電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速率采集,。

　　由于WAMS與SCADA采用同一套CT裝置取數(shù),，因此PMU數(shù)據(jù)和SCADA數(shù)據(jù)的來(lái)源實(shí)際上是一致的，由于PMU直接進(jìn)行量測(cè)計(jì)算,，節(jié)省了SCADA系統(tǒng)中進(jìn)行的編碼轉(zhuǎn)換,，因此減少了編碼轉(zhuǎn)換中的累積誤差。而高速采集技術(shù)使PMU數(shù)據(jù)采集頻率達(dá)到了1秒鐘50次,，避免了數(shù)據(jù)刷新不一致問(wèn)題,，從而有效的避免了負(fù)荷波動(dòng)較快時(shí)，狀態(tài)估計(jì)偏差嚴(yán)重的情況,。

3 PMU數(shù)據(jù)在解決狀態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用

　　雖然WAMS相比SCADA擁有許多優(yōu)勢(shì),，但現(xiàn)在WAMS還未全面接入變電站，在應(yīng)用技術(shù)上也不是非常成熟,。因此,，在一段時(shí)間內(nèi),，SCADA仍然會(huì)作為主要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。但在接入WAMS的變電站,，可以通過(guò)對(duì)比PMU與SCADA數(shù)據(jù)的差異發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)估計(jì)合格率偏低的一些問(wèn)題。具體可以通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

　?。?）驗(yàn)證PMU數(shù)據(jù)的可用性

　　首先利用PMU數(shù)據(jù)計(jì)算母線的有功不平衡情況,，若計(jì)算結(jié)果較為理想，則證實(shí)PMU數(shù)據(jù)是可用的,。若利用PMU數(shù)據(jù)計(jì)算得到的有功不平衡情況并不理想,，則觀察變電站出線每一路SCADA數(shù)據(jù)與PMU數(shù)據(jù)的差異情況，找出PMU數(shù)據(jù)存在問(wèn)題的線路,。

　?。?）對(duì)PMU數(shù)據(jù)與SCADA數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算

　　對(duì)變電站母線連接的每一路出線開(kāi)關(guān)功率的SCADA數(shù)據(jù)與PMU數(shù)據(jù)的差值（以下簡(jiǎn)稱SP差值）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分別利用公式1和公式2計(jì)算SP差值樣本的均值和標(biāo)準(zhǔn)差值,。

　?。?）分析結(jié)果

　　SP差值的樣本均值反應(yīng)了PMU與SCADA數(shù)據(jù)的整體差異情況，一般是SCADA系統(tǒng)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的累積誤差,。因此可以利用SP差值的樣本均值分析SCADA數(shù)據(jù)的誤差大小,。樣本標(biāo)準(zhǔn)差則反應(yīng)了SP差值與SP差值樣本均值的離散度，其值較大時(shí),，說(shuō)明數(shù)據(jù)刷新可能存在較大不一致性,。

4  PMU數(shù)據(jù)替代SCADA數(shù)據(jù)的應(yīng)用

　　某220 kV變電站母線接線情況如圖1所示。

　　該變電站一共有9路出線,，其中輸電線路6路,，變壓器3路。該變電站的量測(cè)數(shù)據(jù)與狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)較大差異,，母線有功不平衡情況也并不理想,。該變電站2015年2月3日SCADA與PMU數(shù)據(jù)計(jì)算的母線有功不平衡如圖2所示。

　　由圖可以看出,，該變電站母線有功由SCADA數(shù)據(jù)計(jì)算的不平衡情況并不理想,，在選取的一天之內(nèi)的整點(diǎn)數(shù)據(jù)中，有3個(gè)數(shù)據(jù)超出了10MW的限值,，而PMU數(shù)據(jù)計(jì)算的母線有功不平衡情況變化相對(duì)恒定,。表明該變電站的CT量測(cè)系統(tǒng)雖存在一定偏差，但數(shù)據(jù)整體可用?，F(xiàn)將該變電站這一天的整點(diǎn)SCADA數(shù)據(jù)計(jì)算的有功不平衡,、PMU計(jì)算的有功不平衡以及各個(gè)出線開(kāi)關(guān)有功功率的SP數(shù)據(jù)差值及其統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果情況列入表1中。

　　從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,，2214開(kāi)關(guān)和2216開(kāi)關(guān)量測(cè)的SP差值的均值較大,，2213,、2214、2215,、2216開(kāi)關(guān)量測(cè)的SP差值的均方差均超過(guò)了1,，因此可以判定，這四條線路的SCADA量測(cè)存在數(shù)據(jù)刷新不同步的情況,，但不是很?chē)?yán)重,。

　　由圖1可見(jiàn)，該站PMU量測(cè)數(shù)值計(jì)算的母線有功不平衡數(shù)據(jù)基本較為穩(wěn)定,，主要在-4 MW至-7 MW之間小幅波動(dòng),，而SCADA量測(cè)數(shù)值計(jì)算的有功不平衡數(shù)據(jù)波動(dòng)較為明顯，部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)超出國(guó)調(diào)要求的母線有功不平衡范圍,。

　　現(xiàn)對(duì)存在問(wèn)題的線路的SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,，根據(jù)表1的情況，可以得到如下調(diào)整方法：

　　方法1：對(duì)于SP差值偏差較大的線路進(jìn)行SCADA數(shù)據(jù)糾偏,，將2214開(kāi)關(guān)和2216開(kāi)關(guān)的有功功率SCADA量測(cè)值減少3MW,；

　　方法2：對(duì)于SP值相差較大的線路用PMU數(shù)據(jù)替代SCADA數(shù)據(jù)；

　　方法3：對(duì)于SP值相差較大,，SP差值的均方差值超過(guò)1的線路均采用PMU數(shù)據(jù)替代SCADA數(shù)據(jù),。

　　分別對(duì)以上三種方法進(jìn)行母線有功不平衡的計(jì)算，得到的結(jié)果如圖2和表2所示,。

　　從圖2顯示的結(jié)果來(lái)看,，利用PMU數(shù)據(jù)對(duì)SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后，該變電站的母線有功不平衡情況基本上可以在合理的范圍內(nèi)波動(dòng),。對(duì)于量測(cè)存在較為明顯的數(shù)據(jù)刷新不一致的線路,，若采用PMU數(shù)據(jù)對(duì)SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，可以減小因?yàn)閿?shù)據(jù)刷新不一致導(dǎo)致的母線有功不平衡波動(dòng)較大的問(wèn)題,。從而驗(yàn)證了利用PMU數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致采用SCADA數(shù)據(jù)造成狀態(tài)估計(jì)不合格的原因,。

5 結(jié)論

　　本文對(duì)某220 kV變電站PMU數(shù)據(jù)與SCADA數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行了分析，通過(guò)利用分析結(jié)果對(duì)SCADA數(shù)據(jù)修正,，得到了較好的修正結(jié)果,，同時(shí)也得到WAMS系統(tǒng)對(duì)解決狀態(tài)估計(jì)中存在問(wèn)題的應(yīng)用結(jié)論如下：

　　（1） 分析PMU數(shù)據(jù)的母線有功不平衡,，可以確定CT是否存在問(wèn)題,；

　　（2） 通過(guò)計(jì)算SP差值的均值,，可以計(jì)算出PMU與SCADA數(shù)值的平均偏移量,，通過(guò)此數(shù)據(jù)可以修正SCADA數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換累積誤差；

　?。?） 通過(guò)計(jì)算SP差值的均方差值,，可以得到變電站是否存在數(shù)據(jù)刷新不同步的問(wèn)題,，對(duì)提升狀態(tài)估計(jì)合格率有重要幫助。

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