智能变电站数据辨识模块开发与实现

2014-09-10李靖霞钟昀施广德陈琦

综合智慧能源 2014年4期

李靖霞，钟昀，施广德，陈琦

(国电南京自动化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

智能变电站采用先进的智能设备，能自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等项工作，同时变电站具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级应用功能。随着智能电网的不断建设，作为智能电网重要支撑节点的变电站正逐渐向智能变电站发展。

智能变电站的“智能”表现在智能设备和智能高级应用上。数据辨识模块作为高级应用的一部分，是其他应用的基础。智能变电站采集到的数据是全景数据，数据量很大，对这些数据进行分析整理，辨别出不良数据是数据辨识模块的基本功能。

智能变电站的通信服务基于IEC 61850系列标准。国家电网发布的《智能变电站技术导则》提出智能变电站宜建立站内全景数据的统一信息平台，供各子系统统一数据标准化、规范化存取访问以及与调度等其他系统进行标准化交互。而调度等系统的数据模型遵循的是IEC 61970系列标准。为了与调度系统进行标准化交互，智能变电站的建模采用的是与数据采集相关的二次设备，采用IEC 61850系列标准建模，一次设备模型采用IEC 61970系列标准建模，一次设备、二次设备的映射关系在2个标准中都有所涉及，但都不完备，目前系统所采用的一次映射模型、二次映射模型是结合工程实际经验来构建的。

1 数据辨识模块功能

智能数据辨识模块的主要功能是对采集到的数据进行分析辨识，标识出不合理数据和不良数据，为电网其他应用提供更准确可靠的基础数据。

数据辨识模块的主要功能可分为数据合理性检测和不良数据检测2部分，同时，数据辨识模块的结果相当于状态估计的预处理，状态估计可直接在数据辨识的基础上进行分析计算。

数据辨识模块的主要步骤是先从数据库读取量测值和状态量，然后根据拓扑分析结果对不良开关状态量进行标识辨别并修正，再做第2次拓扑分析，此次拓扑分析结果有较高的正确性。在该结果基础上做数据合理性检测和不良数据检测，最后显示数据辨识结果。数据辨识模块结构如图1所示。

图1 数据辨识模块结构

2 数据合理性检测

2.1 母线功率平衡检测

母线功率平衡检测是根据母线设备的拓扑关系，检测与之相关的功率量测总和是否平衡。流入、流出母线的功率总和应为0，即

(1)

式中：k为拓扑母线的序号；n为第k条拓扑母线下注入功率量测个数；Pki为第k条拓扑母线的第i个注入有功功率；Qki为第k条拓扑母线的第i个注入无功功率。

在实际计算时，由于量测存在误差，所以给出允许的限值，当功率总和在限值范围内时，则认为母线功率平衡。该项检测显示出功率不平衡的母线，可提醒运行人员检查该母线对应的拓扑和量测，及时发现问题。

2.2 并列母线电压一致性检测

并列母线电压一致性检测是对并列运行的实体母线均有量测时，对其一致性的判断，即

(2)

对于有并列运行实体母线的拓扑母线，实体母线如都有有效电压量测，则计算平均值，比较各母线电压值与平均值的差，如在允许的限值内，则代表电压一致。

2.3 变压器各侧功率平衡检测

变压器各侧功率平衡检测是检测变压器各电压侧有功功率和无功功率是否平衡。若不考虑变压器损耗，变压器各侧的功率总和应为0。在实现时考虑变压器损耗，判断功率总和是否超出允许限值，若超过，则判断该变压器各侧功率不平衡。即

(3)

式中：k为变压器的序号；n为第k个变压器的各电压等级绕组侧，可为2或3；Pki为第k个变压器的第i个电压等级绕组侧的有功功率；Qki为第k个变压器的第i个电压等级绕组侧的无功功率。

2.4 有功、无功电流一致性检测

有功、无功电流一致性检测是指同一量测位置有功、无功电流和电流量测是否匹配。首先读取该量测位置的电压等级，获得当前位置的电压基准值，由有功、无功量测值和电压基准值可计算出电流值。即

(4)

式中：I为电流；P为有功功率；Q为无功功率；U为电压。

实现时，计算电流量测值与电流计算值的差，判断其是否超出允许限值，若超出，则判断该位置量测不一致。

3 不良数据辨识检测

3.1 量测跳变检测

量测跳变检测是判断模拟量测是否发生跳变的检测。量测跳变检测功能取当前量测值及前面连续2点量测值，用前面2点量测值作线性拟合，并由此推算出拟合的当前量测值，对比拟合值与实际值，判断其是否超出限值。若超出，则继续检测同一位置其他量测是否跳变；若均有跳变，则可认为其为正常变化；若无跳变，则判断该量测值为跳变。开关变位、负荷投切等都可能引起量测跳变。但在该功能实现时，未考虑开关变位和负荷投切等因素，而是将所有跳变的模拟量测标识出，最后由人工判断跳变的量测，可为系统提供更准确的信息。

3.2 开关状态与量测值一致性检测

开关状态与量测值一致性检测就是拓扑错误检测和辨识。开关状态与量测值一致性检测功能是获得正确拓扑的基础。该功能结合运行方式、潮流分布来检测开关状态量是否合理。主要关注的是量测值为打开状态的开关，对其读取其所在支路两端的功率量测，若该开关供电端的功率量测值不为0，则认为该开关应为闭合状态，量测值与开关状态不一致。

3.3 开关状态与标志牌一致性检测

开关状态与标志牌一致性检测，是指开关设备本身的标志牌或开关所在间隔的标志牌信息与开关状态是否一致的检测。

3.4 变压器分接头正确性检测

变压器分接头正确性检测是指当变压器各电压侧的母线电压和有功、无功量测值都可用时，检测有载调压分接头位置的准确性。

变压器的分接头档位是离散量，不同档位变比不同，可以采用穷举法来估计当前分接头的位置。

以双绕组变压器为例，已知变比和两端电压值，可得变压器两端的功率的计算值

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：i为变压器首端非标准侧节点编号；j为变压器末端标准侧节点编号；θij为节点i与节点j之间的相角差，计算时近似为0；Pij，Qij分别为节点i侧的有功功率和无功功率量测计算值；Pji，Qji分别为节点j侧的有功功率和无功功率量测计算值；ui，uj分别为节点i与节点j的电压幅值；G，B为变压器的电导和电纳。

得到功率的计算值后，将功率的计算值与实际量测值比较，差值最小的即认为是当前分接头位置。最后比较分接头档位的计算值和实际量测值，若一致，则分接头量测正确；若不一致，则分接头量测不一致，分接头合理位置为计算值。

4 辨识结果显示

数据辨识的结果直接写在面向对象的数据库中。其中一部分与一次设备相关的结果直接写在设备对象下，如变压器各侧功率是否平衡的结果写在变压器设备对象下相对应的结果属性中；另一部分辨识结果同与开关状态离散量测相关的模拟量测一起写入量测对象下。开关状态量和量测值中的不良数据除了在数据库中被标识外，通过配置也可直接在接线图上用闪烁、变色等生动直观的方式来标识。