肖 洋,肖 明，马勇飞，夏 潮，李志强，张紫薇，颜 伟

(1．中国电力科学研究院有限公司，北京100192；2．国网青海省电力公司电力科学研究院，西宁810001；3．重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室, 重庆 400044)

0 引 言

电网在线数据存储在调度自动化系统D5000中，其中QS文件对应的是状态估计后的电网运行数据断面，其包括了电网设备的稳态运行数据、计算拓扑数据和设备归属数据，是研究和反演实际电网运行状态的重要素材[1-2]。如果需要对数据进行潮流计算并在此基础上进行评估与优化控制，则必须明确QS文件数据对象的元件模型。但国内网级调度控制中心(简称网调)和各省级电网调度控制中心(简称省调)直接输出的QS文件数据对象的属性和所采用的元件模型与PSASP中的标准模型[3-6]存在一定差别，忽略模型上的差异将导致潮流计算结果与采集数据结果不一致，从而使得相关电力系统评估结果有误甚至优化控制效果无法达到预期[7]。目前，随着电力系统信息化程度的不断加深，对数据交换和共享的标准化、规范化的要求也越来越迫切[8-9]，但关于QS文件数据模型的分析还未见有相关研究，为电网的信息化建设，QS文件数据的共享带来了一定障碍。

因此，该文基于电力系统公用数据模型(common information model，CIM)[10-12]，对网调QS文件和PSASP中的数据结构和数据模型分别进行了对比分析，明确了QS文件数据结构下交流线路、双绕组变压器、三绕组变压器的具体模型，并通过抽样和整体验证两种方式，以实际的QS文件数据验证模型的准确性，为进行潮流计算和交直流系统控制参数、控制策略的评估提供了准确的研究对象。

在QS文件数据中，包含了线路、变压器、发电机、负荷、串补、并补等数据对象，该文仅对线路、双绕组变压器、三绕组变压器这三个主要的数据对象展开解析，其余数据对象的模型较简单不再展开说明。

1 数据模型和数据结构的对比分析

1.1 交流输电线路模型

PSASP中输电线路的等值电路如图1所示，为π型等值电路。

图1中:R*+jX*为线路阻抗参数，B*为线路对地导纳(文中所有上标“*”均代表标幺值)，Pi+jQi是流出节点i的功率，Pj+jQj是流出节点j的功率,P′i+jQ′i、P′j+jQ′j是计算过程中的中间变量。

从数据模型方面来说，网调 QS 数据中交流输电线路有两种模型，分别是500 kV以下的普通输电线路模型和500 kV及其以上的超高压输电线路模型。网调QS数据中500 kV以下的普通输电线路模型和PSASP中的标准模型基本一致，如图1所示。网调QS数据中500 kV及其以上的超高压输电线路的等值电路如图2所示。

图1 PSASP中输电线路等值电路Fig.1 Transmission line equivalent circuit in PSASP

图2 网调QS文件数据中500 kV及其以上的超高压输电线路等值电路Fig.2 Equivalent circuits of ultra-high voltage transmission lines of 500kV and above in the QS file data of domestic network-level dispatch control centers

网调QS文件数据中500 kV及其以上的超高压输电线路等值电路中可能含有并补(Compensator-P)和串补(Compensator-S)，在数据对象ACline中，其两侧功率的状态估计值不仅仅是线路本身流出其拓扑节点的功率，还包含了串补和并补补偿无功后的线路两侧功率。具体来说，如图2所示，即网调QS文件数据中认为拓扑节点1～6是一条复合线路，其ACline中给出的功率并不是流出节点3、4的功率，而是流出节点1、6的功率。

图2是一个通用的等值电路，实际计算时，QS文件数据中500 kV及其以上的超高压输电线路包含的并补和串补数量并不是固定的，线路所连接的并补和串补名与线路名相关，可以通过名称来查找。

1.2 双绕组变压器模型

PSASP中双绕组变压器的等值电路采用如图3所示的Γ型等值电路。

图3 PSASP中双绕组变压器等值电路Fig.3 Dual-winding transformer equivalent circuit in PSASP

其阻抗参数为两侧绕组阻抗归算至同一侧的等值阻抗(一般将其归算至低压侧)，该等值阻抗是总阻抗而不是某一侧的阻抗。值得注意的是，在该模型中双绕组变压器的对地激磁支路应连接在低压侧，且支路导纳数值为负。

PSASP中，双绕组变压器和三绕组变压器属于两个不同的数据对象，但对于网调QS文件而言，双、三绕组变压器同属于一个数据对象Transformer。因此，网调QS文件中的变压器模型均于下节说明。

1.3 三绕组变压器模型

PSASP中三绕组变压器的等值电路如图4所示，类似于星型电路，含有一个中性点。

图4 PSASP中三绕组变压器等值电路Fig.4 Three-winding transformer equivalent circuit in PSASP

值得注意的是，在PSASP中，变压器极差均为正，但在网调QS文件数据中，极差可正可负，部分省调QS文件数据中可能未直接给定变比标幺值，需要利用铭牌参数计算。

网调QS文件数据中三绕组变压器模型和PSASP中三绕组变压器模型基本一致，不同之处主要在于忽略了激磁导纳。

2 QS文件数据模型验证方法

该文以网调QS文件数据的元件模型为基础总结其验证方法。线路功率的参考方向均以流出节点为正。

2.1 交流输电线路模型

由于并不是所有500 kV及其以上线路都含有串补和并补，故先假设所有交流输电线路的模型都和500 kV以下普通输电线路模型一致，筛选出误差较大的线路，再利用500 kV以上的超高压输电线路模型验证。

2.1.1 500 kV以下普通输电线路模型

验证思路：通过线路i端电压、功率及线路参数计算线路j端的电压、功率，并和从ACline中直接获取的j端电压、功率相比较，从而验证普通线路模型的正确性。

具体的验证方法：

(1)

2.1.2 500 kV以上超高压输电线路模型

500 kV以上的超高压输电线路模型中含并补和串补，并补和串补名与线路名相关，这里分析一条线路并画出等值电路，可以此验证整个分析思路与方法的正确性。

验证思路：通过拓扑节点1的电压、功率及线路参数计算节点2的功率，用节点2电压、计算功率、线路参数计算节点3的功率，用节点3电压、计算功率、线路参数计算节点4的电压、功率，并将计算出的节点4的电压、功率和从QS文件中直接获取的j端电压、功率相对比，从而验证该复合线路模型的正确性。500 kV以上超高压输电线路抽样线路等值电路如图5所示。

图5 500 kV以上超高压输电线路抽样线路等值电路Fig.5 Sampling line equivalent circuits for ultra-high voltage transmission lines above 500 kV

具体验证方法：

通过1端算4端(认为功率的参考方向是从1端流向4端)：

(2)

(3)

2.2 双绕组变压器模型

验证思路：通过双绕组变压器高压端的电压、功率和阻抗参数计算低压端的电压和功率，并和直接从数据对象Transformer中获取的低压端电压、功率相比较，从而验证双绕组变压器模型的正确性。

具体验证方法：

2.3 三绕组变压器模型

验证思路：通过三绕组变压器高、中、低压端电压、功率和变压器参数计算中性点电压、功率，中性点电压计算值应该都相等，故求其差值相互比较；高、中、低三端计算出的中性点功率相加应为0，求其和并与0比较，从而验证三绕组变压器模型的正确性。

具体验证方法：

(5)

3 应用实际QS文件数据验证模型正确性

以实际网调QS文件数据验证交流输电线路、双绕组变压器、三绕组变压器模型的正确性，分别通过抽样验证和整体验证两种方式进行模型校核。

3.1 交流输电线路模型

3.1.1 抽样验证

从网调QS文件数据中抽取了ACline中各个不同电压等级的线路作为样本，其交流输电线路的原始数据如表1所示。

表1 交流输电线路原始数据Table 1 Raw data of ACline

首先进行500 kV以下普通输电线路模型抽样验证，验证结果如表2所示。

表2 500 kV以下普通输电线路的模型验证结果Table 2 Model validation results for common transmissionlines up to 500 kV

通过抽样验证可以发现线路j端电压幅值、功率的计算值和原始值的差在10-6数量级，可认为其模型正确。

500 kV及其以上超高压输电线路模型抽样验证：图5中1 000 kV线路即为图5所示抽样复合线路，有2串补2并补，并补和串补的信息如表3、表4所示，验证结果如表5所示。

表3 抽样复合线路并补信息Table 3 Sampling composite line shunt compensationinformation

表4 抽样复合线路串补信息Table 4 Sampling composite line series compensation information

表5 抽样复合线路模型测试验证结果Table 5 Sample composite line model test validation results

3.1.2 整体验证

国调ACline线路共20 728条。去掉i端和j端均为死岛(即岛号为“-1”)且i端和j端断路器有一端或者两端均断开(即i端和j端开断标志为“1”)的线路后，还剩下的ACline线路共18 707条。因此，共计算18 707条线路。其中653条是含并补、串补的复合线路。

1)有功功率P偏差绝对值超过0.02(p.u.)的线路(不合格)共0条。

2)无功功率Q偏差绝对值超过0.02(p.u.)的线路(不合格)共0条。

3)j端电压U偏差绝对值超过0.005(p.u.)的线路(不合格)共0条。

3.1.3 验证结果分析

抽样验证中电压幅值差均在10-6(p.u.)数量级，有功差值和无功差值都在±0.02 (p.u.)以内。整体验证中，电压、功率的不合格率均为0。因此，可以认为整个交流输电线路模型正确。

3.2 双绕组变压器模型

3.2.1 抽样验证

从网调QS文件数据中获取的双绕组变压器的原始数据如表6所示，抽取了Transformer中各个不同电压等级的变压器作为样本，其测试验证结果见表7。

表6 双绕组变压器原始数据Table 6 Raw data of double winding transformer

表7 双绕组变压器模型测试验证结果Table 7 Double-winding transformer model test verification results

3.2.2 整体验证

国调中双绕组变压器共6 463台。去掉高压端和低压端均为死岛(即岛号为“-1”)且高压端和低压端断路器均断开(即H端和L端开断标志为“1”)的线路后，还剩下的双绕组变压器共3 806台。因此，共计算3 806台。

1)有功功率P偏差绝对值超过0.02(p.u.)的双绕组变压器(不合格)共0台。

2)无功功率Q偏差绝对值超过0.02(p.u.)的双绕组变压器(不合格)共0台。

3)低压端电压U偏差绝对值超过0.005(p.u.)的双绕组变压器(不合格)共0台。

3.2.3 验证结果分析

抽样验证中电压幅值差、有功差值和无功差值均在10-6(p.u.)数量级；整体验证中，电压、功率的不合格率均为0。因此，可认为双绕组变压器模型验证正确。

3.3 三绕组变压器模型

3.3.1 抽样验证

从网调QS文件数据中获取的三绕组变压器的原始数据如表8、表9所示，抽取了Transformer中各个不同电压等级的变压器作为样本，测试验证结果见表10。

表8 三绕组变压器原始数据1Table 8 Raw data 1 of three-winding transformer

表9 三绕组变压器原始数据2Table 9 Raw data 2 of three-winding transformer 单位：标幺值

表10 三绕组变压器模型测试验证结果Table 10 Three winding transformer model test verification results 单位：标幺值

3.3.2 整体验证

国调中三绕组变压器共8 569台。选择高压端、中压端和低压端均不为死岛(即M、H和L端岛号均不为“-1”)且高压端、中压端和低压端断路器均闭合(即M、H和L端开断标志为“0”)的三绕组变压器共1 455台。因此，共计算1 455台。

1)中性点有功功率P偏差绝对值超过0.02(p.u.)的三绕组变压器(不合格)共0台。

2)中性点无功功率Q偏差绝对值超过0.02(p.u.)的三绕组变压器(不合格)共0台。

3)中性点电压幅值偏差:

①高压端和中压端推算到中性点的电压幅值偏差绝对值超过0.005(p.u.)的三绕组变压器(不合格)共0台。

②中压端和低压端推算到中性点的电压幅值偏差绝对值超过0.005(p.u.)的三绕组变压器(不合格)共0台。

③低压端和高压端推算到中性点的电压幅值偏差绝对值超过0.005(p.u.)的三绕组变压器(不合格)共0台。

3.3.3 验证结果分析

抽样验证中电压幅值差、有功和无功差值均在10-6(p.u.)数量级；整体验证中，电压、功率的不合格率均为0。因此，可认为三绕组变压器模型验证正确。

4 结 语

该文通过对实际网调QS文件和PSASP中数据结构及元件模型的对比分析，详细说明了QS文件数据中线路、双绕组变压器、三绕组变压器和PSASP中数据模型的区别，并通过抽样验证和整体验证两种方式校核了所述模型的正确性。一方面，为QS文件数据的共享提供了基础；另一方面，可以通过模型的比对发现状态估计的数据质量问题，进一步提高状态估计的可靠性和精度，从而为后续进行潮流计算与无功优化提供良好的数据基础，使得基于此模型实现的高级应用具有工程实用价值。值得注意的是，省调和网调、省调和省调之间QS文件数据的数据结构也会有一定不同，在利用实际数据进行潮流计算与无功优化之前需要先行验证数据模型。