安徽电网状态估计调试与优化研究
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【摘要】：电力系统状态估计是智能电网调度控制系统中不可或缺的重要部分，是所有高级应用的基础，对状态估计的调试优化是调度自动化专业的一项必要工作。本文从电网模型的建立、所需的设备参数、状态估计参数调整、设备量测的处置以及模型和参数优化五个方面对状态估计调试与优化实践进行了深入研究。通过在安徽智能电网调度控制系统的实践证明，本文的方法是行之有效的。
1、 引言
随着电网规模的不断扩大，调度业务已不能延续传统的主要依靠经验的模式，调度员必须要依靠在线网络分析软件和安全校核软件的辅助作出决策。要保证在线网络分析软件和安全校核软件的正确性和可靠性，就需要保证状态估计准确运行。如何保证状态估计计算的准确率已经成为系统建设中一个重要的课题。
状态估计[1]由F.C.Schweppe在1970年提出，现已成为智能电网调度控制系统中不可或缺的部分，是其他所有网络分析和安全校核软件的基础[2，3]。现有的状态估计相关的论文基本以算法研究为主，关于状态估计的工程化优化文件较为少见。本文根据对安徽电网调度控制系统的状态估计调试与优化的工程实践进行总结与探讨，所介绍的方法可供相关工作人员借鉴。
2、 状态估计调试与优化方法
提升状态估计需从四方面入手：1）正确建立符合对应调度机构的电网模型；2）收集、录入所需的电气设备参数；3）合理调整状态估计软件参数；4）量测数据的合理处置；5）设备参数的校验与模型的优化
2.1 电网模型的建立
安徽电网全模型根据调度关系，220kV厂站、500kV厂站220kV电压等级设备、安徽省调直调电厂的模型由安徽省调维护，500kV及以上电压等级、500kV厂站低电压等级设备、皖电东送电厂的模型来源于华东调控分中心，安徽电网与江苏电网、浙江电网有多条1000kV和500kV对外联络线。在电网模型建立和维护工作中，需注意以下方面内容：
1）选择需要建模的厂站以及电网设备，在其记录所属应用选中PAS，则其将参与网络拓扑的构建和PAS各个应用的计算。一般来说，由本级调度机构及以上进行调度的线路、开关、刀闸、变压器、发电机、负荷、无功补偿装置均应选中PAS应用。如在选择中遗漏了部分设备，会造成网络拓扑错误，在实际工作中曾出现过线路闸刀未选中PAS应用导致状态估计误判线路为停运，造成大面积的计算错误，状态估计合格率大幅降低。
2）确保设备的连接关系正确。在新建画面或画面维护时，需要检查电气设备的连接关系并及时进行节点入库的操作，以便保持正确的设备连接关系。对于怀疑电气设备连接关系有误的情况，可通过在数据库中逐一核实设备的连接点号是否对应来判断其连接关系是否正确。在实际工作中，曾出现过由于线路改接而未及时节点入库而导致连接方式未更新的情况，设备投运后造成计算不正确的情况。
3）做好电网模型的等值工作，制定出适合安徽电网实际情况的等值方案。对于安徽电网来说，与江苏电网、浙江电网有多条500kV以及以上的联络线，对于这些高电压等级输电线路，应将其作为等值发电机处理。对于低电压等级的设备，如220kV变电站的主变、用户站、牵引站等，一般等值为负荷进行处理。
2.2 所需的设备参数
为保证状态估计的计算准确，需要填入所有参与状态估计计算的参数，安徽智能电网调度控制系统中所必要录入的参数如表1所示：
为保证状态估计运行的连续性，避免出现设备投运后发生大幅度的波动，须在新设备、改建设备投运前填入设备参数，可通过设计、基建的相关资料计算得到理论值，待从相关专业获得设备实测值后进行更新。
2.3 对状态估计软件参数进行合理调整
一般情况下，状态估计软件的参数从开始部署后会一直保持默认参数不会改变，但默认参数对于各类遥测量的权重设定与各类量测的实际况状不符合，因此我们在安徽电网调度技术支持系统中做了如下调整：
1）一般情况下，正常运行设备的功率因数很高（>0.98），功率因数角很小，多篇文献指出无功存在测不准的情况[4，5]，因此对于各类设备的无功量测，其缺省权值应设为相对较小的值。
2）对于母线电压和线路、负荷有功，一般情况下量测较为精确，因此其缺省权值可设得大一些。
3）对于发电机组的有、无功量测，考虑到由于机端的有功无功负荷并未全部接入，因此机端有、无功量测对于状态估计来说是不准的，因此可以将机端的有、无功权值减少。
根据安徽系统的情况来看，进行了软件参数调整后，对于机端有无功、线路无功、母线电压计算出现多个不正确的情况有相当改善。
2.4 量测的合理处置
作为状态估计的基础数据，量测的正确性对于保持良好的状态估计合格率来说是基本条件，当量测出现问题时，导致相关量测的状态估计结果不合格，甚至改变计算后的全网潮流，对各项高级应用和安全分析软件产生较大影响。
在量测不正确造成的问题中，母联断路器的位置错误和主变压器分接头遥测错误会对状态估计的结果造成很大影响，前者会造成大量的有功计算不正确，后者会造成无功量测计算大量不正确。此外，支路上的开关、刀闸位置错误，支路上的遥测错误也会对状态估计的结果造成一定影响。
对于厂站设备量测无法采集的、存在缺陷导致量测错误或检修过程中对量测存在影响的情况，需要进行合理的处置。对于遥信位置、分接头遥测问题，可进行人工封锁，并根据现场操作情况及时更新；对于线路、变压器、负荷、发电机组的遥测问题，可使用对端代或公式计算的方法得到其量测的值。
需要指出的是，良好的量测质量是状态估计准确运行的基础，但同时状态估计是一个很好的实时的检查量测错误的工具，自动化运行人员可通过监视计算结果发现厂站出现的量测问题，并及时通知运检人员检查处理，保持整个系统良好的量测质量。
2.5 电网建模与设备参数的优化
安徽自动化系统中的电网模型、设备参数在设备投运时均是按照设备实际情况进行填写，但如果状态估计结果误差较大，则应结合实际情况进行分析，优化电网模型，调整设备参数，在调试、优化安徽电网状态估计的工作中，主要做了以下两个方面的研究：
2.5.1 发电厂的机端模型优化
传统的建模方法对发电厂的机端等价为如下图所示，Pg、Qg表示发电机组的有功、无功出力，P、Q表示上网的有、无功。一般情况下，发电厂只采集这两组有、无功量测值，而对升压变低压侧或机组的厂用负荷有无功不进行采集上送。在这种情况下，状态估计程序使用厂用电率对厂用负荷进行估算。但厂用电率并不是一成不变的，它与出力大小、燃料状况、燃烧条件、人为操作等多种因素有关，尤其是厂用电无功变化范围较大。因此使用厂用电率估算厂用负荷有、无功在非理想情况下存在较大的偏差，因此我们更改了机端的电网模型使之与实际运行状况一致（如图1所示）。
优化模型后，可将机组厂用电率参数设为0，对于厂用电负荷量测，具备条件的厂站可进行接入，不具备条件的厂站可通过计算得到，计算公式分别如下：
其中， 为变压器的电抗。
得到厂用电的负荷后，对机端量测值的状态估计可以避免先前的随机组出力变化或站内工作造成的估计不合格的情况出现。
2.5.2 线路参数的优化
线路是电力系统中的主要设备之一，但线路与其它设备相比有其特殊性，其它设备的参数均可以较精确的获得，但线路的参数受施工工艺、环境等多方面影响难以精确获得，线路参数对状态估计的计算结果影响很大[6]。
在安徽的PAS系统中，所使用的线路参数主要来源于实测，但实际计算误差较大。因此，我们有必要根据设备状况和运行情况对线路参数做调整优化。
对于线路有功计算不正确的情况：影响有功计算的参数主要是线路的电抗，可根据实际情况按以下几种方式进行调整：
对于单条线路有功计算不正确的情况，可调整线路的电抗值。
对于双回线有功计算不正确的情况，如双回线的有功和计算正确，则可以在保持双线电抗和的情况下调整双回线的电抗比例；如双回线的有功计算也不正确，则应按照上条之方法调整双线的电抗值。
对于环网上的线路有功计算不正确的情况，可考虑调整环网上的线路电抗，可按以下方法调整：①.首先逐一调整环网上单条线路或双回线的电抗值，使状态估计计算有功结果误差最小，并逐一记录调整后的线路电抗。②.计算①中记录的修改后线路电抗与原系统中线路电抗的调整比例，仅保留调整比例较小的记录。③.经过②中操作后，如仅剩一条线路或一组双回线，则应修改该条线路或该组双线的电抗，如剩多条线路或多组双回线，可以考虑减少调整幅度的同时调整多条线路或多组双回线的电抗值。
对于线路无功计算不正确的情况，影响无功计算的主要是线路的电阻、电纳参数，可根据实际情况按以下几种方式进行调整：
对于线路两端无功代数和计算前后差距较大的情况，则可以考虑对线路的正序电纳参数进行调整，线路正序电纳参数越大，则线路运行时所产生的无功越大，反之亦然。
对于并列运行的双线无功相差较大或出现环流的情况，应检查网络中是否存在并列运行主变分接头位置不一致的情况，如果不存在该情况，应考虑是由于各种情况导致的互感、互容等导致的双线电阻参数相差较大[7]，因对可对此进行调整。
3、 成效
通过在安徽电网调度控制系统的工程实践来看，状态估计遥测合格率有大幅提升，由原先的月均97.25%提升至现在的月均99.47%。
根据表2的结果来看，本文的工作对于状态估计合格率提升大有裨益，但线路和负荷的有功合格率仍然相对偏低，应是由于电磁环网上的线路参数复杂性而引起的。
4、 总结
作为在线网络分析应用和安全校核应用的基础和支撑，状态估计在现代智能电网调度控制系统中的作用越来越突出。针对目前在智能电网操作控制系统中状态估计工程应用水平不高的情况，本文根据安徽智能电网调度控制系统状态估计的工程实践作了详细的分析与论述。
状态估计工程实际中还存在着一些难点和不足，例如科学的快速定位环网上的设备参数问题、双线运行时互感互容的影响和基于数据融合的状态估计等。随着有关电力系统网络分析的各种研究不断深入，其在电力系统中的应用也将不断深入，如何将这些研究成果结合工程实际中的难点、要点，将其转化为实际生产力，将是后续的一项重要的研究内容。
参考文献：
1、SCHWEPPE F C， WILDES J， ROM D B. Power System Static-State Estimation： Part I～III [J]. IEEE Transactions on PAS， 1970， 89（1）： 120-135.
2、辛耀中.新世纪电网调度自动化技术发展趋势[J].电网技术，2001，25（12）：1-10.
3、Q/GDW 680.1-2011，智能电网调度技术支持系统第1部分：体系架构及总体要求[S]，北京，国家电网公司，2011.
4、Akagi H，Kanazawa Y，Nabae A.Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices Without Energy Storage Components[J].IEEE Trans on Industrial Applications，1984，20（3）：625-630.
5、王茂海，刘会金.非正弦及不对称电路中功率现象的探讨[J].电工技术学报，2002，17（3）：93-96.
6、郝丽丽，薛禹胜，张广明等，背景参数的不确定性对参数识别的影响[J]. 电力系统自动化，2011，35（17）：10-13.
7、陈琨薇，黄守盟，宋丽群.输电线路分布参数的故障分析与继电保护动作特性[J].电力系统及其自动化学报，1995，7（1），38-47.
作者简介：汪伟（1985-），男，安徽省人，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统调度自动化。