冀北电网状态估计调试方法研究

冀北电网状态估计调试方法研究
张雯;张昊
【摘要】状态估计软件运行维护是电网调度自动化专业的一项基础工作,国家电网调度中心对各省调状态估计合格率提出了明确要求.本文介绍了在冀北D5000系统上采用的状态估计调试与日常运行维护方法,从电网模型、参数和量测数据等方面提出了维护时的注意事项.在冀北电网的实践证明,本文的调试方法是行之有效的.【期刊名称】《华北电力技术》
【年(卷),期】2013(000)011
【总页数】4页(P25-27,70)
【关键词】调度自动化;状态估计;合格率;电网模型;量测数据
【作者】张雯;张昊
【作者单位】冀北电力有限公司电力科学研究院,北京100045;冀北电力有限公司,北京100053
【正文语种】中文
【中图分类】TM734
0 引言
电网状态估计是指根据网络接线信息、网络参数、遥测、遥信值，求取用来描述电网稳态运行情况的状态量。

它的主要作用是校核实时量测数据的准确性，更重要的是维护一个完整可靠的实时网络状态数据库，为其他应用软件提供实时运行方式数
据。

这项功能是电网调度自动化系统的一个基本应用［1－2］。

衡量状态估计计算精度的指标是状态估计合格率，它是估计合格点数(即估计值与量测值相对误差不超过规定阈值的测点数目)与遥测总点数的百分比值。

作为电网调度自动化基础数据及系统运行情况的晴雨表，从2013年1月开始，国调中心以97%的状态估计合格率目标对各省调进行考核。

冀北公司智能电网调度技术支持系统试运行以来，在调控中心自动化处和冀北电科院电网技术中心专业技术人员的精心维护下，状态估计遥测合格率指标由最初的83%左右提升至目前的98%以上，超过了国调中心的要求。

从已发表的论文来看，现有电力系统状态估计学术论文大都以算法研究为主，关于状态估计工程化调试方法的文献比较少见。

文献［3］对状态估计调试方法进行了较为系统的研究，文献［4－5］分别针对各自的电网和调度自动化系统特点给出了适用于当地的状态估计软件调试手段。

这些文献中的阐述对于冀北D5000系统状态估计模块的调试与运维工作缺乏针对性，不够实用。

本文对冀北电网提高、保持状态估计合格率的方法与要点进行探讨和总结，所介绍的方法有助于提升相关从业人员状态估计调试维护水平。

1 方法
状态估计是基于电网模型和量测数据的结果，因此提升状态估计合格率应切实做好以下三方面工作:完成完整准确的电网建模，收集齐全所需电气设备参数并按要求填入数据库，提高自动化基础数据质量。

1.1 电网模型
冀北电网模型来源于华北分部，在此基础上需要制定出适合冀北公司的电网模型等值方案。

在外网等值方面，将冀北电网与外网之间的500 kV联络线等值成负荷，其中一条联络线模拟成外网等值机。

同时，为了考虑外网中主要发电机对内网操作的响应，目前正在补充外网电厂的模型。

另一方面，逐步把省调管辖的风电场由等
值机模型改为全模型(如图1所示，图中虚线框内为等值机模型)，从而使风电场内部设备全部参与状态估计。

图1 风电场计算模型示意图
在调试阶段，技术人员发现部分电网元件连接关系错误，通过与现场核对纠正完善了D5000系统中的网络拓扑结构，使之与实际电网运行情况相符合。

电网元件的连接关系一旦确定，一般很少改变。

如果遇到新建、改造和扩建厂站等情况，应该合理设计建模方案、及时维护网络拓扑，厂站图绘制完成后还需及时节点入库。

电网建模时应特别注意以下问题:
(1)风电场动态无功补偿装置在D5000中没有合适的模型，可以将其按调相机模型建模。

按照现有状态估计算法，容抗器无功估计值主要受其额定容量影响。

如果将风电场SVC和SVG类设备按照容抗器建模会产生较大估计误差。

若改用调相机模型，则可以适应动态无功补偿装置的各种运行状态。

需要说明的是，为了避免造成混淆，也可以仍然按照容抗器建模，但需要在系统后台进行设置，使其在计算中的额定容量按实际出力变化。

(2)若母线上多个负荷的量测数据不可得，可以考虑建立虚拟负荷以吸收功率不平衡量。

例如，SGZG、SGTG这两个厂站110 kV电压等级的模型、数据不完整，110 kV母线上的功率不平衡量很大，为此维护人员建了虚拟负荷，其有功、无功量测值采用的是母线功率不平衡量。

(3)在厂站接线图画面上电气设备必须正确连接，否则节点入库后会导致错误的拓扑连接关系。

比如，为配合厂站改建，冀北电网YY变电站模型变动后需要节点入库，但由于该站原来的厂站图中主变高压侧负荷没有与相关刀闸连接，入库后该站母线功率不平衡量剧增，严重影响了状态估计合格率。

(4)需要进入网络拓扑的厂站、设备必须在其“记录所属应用”字段勾选“pas”。

在冀北公司的实际工作中，出现过YJT变电站建模时厂站没有勾选“pas”应用而
导致合格率陡落的问题。

出现问题之后查找原因非常困难，所以必须在建模时格外注意这一点。

1.2 设备参数
参与建模的电网设备参数应保证其完整性和准确性，其中的重要参数见表1。

设备参数的合理性影响着状态估计计算精度。

如果电网拓扑、遥测数据均准确无误，但状态估计误差较大，可以尝试核对、校正可疑参数。

表1 D5000系统网络分析软件所需设备参数设备类型需要录入的基本参数发电机组额定容量、机组有功上限、机组有功下限、机组无功上限、机组无功下限、有功与无功厂用电所占百分比正序电阻有名值、正序电抗有名值、分接头类型ID、绕
组额定电压、绕组正常额定功率变压器抽头类型最高档位、最低档位、额定档位、档位电压变化量交流线段正序电阻有名值、正序电抗有名值、正序电纳有名值、
电流上限并联电容/电抗器额定电压、额定容量、变压器绕组容抗器类型
通过修正设备参数来减小估计误差的主要方法和思路如下:
(1)火电机组有功、无功估计误差较大的话，可以通过适当修改机组有功、无功厂
用电率使估计值接近量测值。

对于机组无功估计偏差较大的情况，还可以通过调整对应主变的电抗来改变机组的无功估计值。

(2)状态估计软件中架空线路采用π型等值电路，主要参数有电阻、电抗和电纳。

若线路无功估计偏差较大，可以考虑修改线路的正序电纳或者(和)正序电阻数值。

若线路有功估计误差较大，可以通过调整线路的正序电抗数值来减小偏差。

(3)变压器等值电路主要涉及电阻、电抗两类参数。

其中变压器的高压侧绕组正序
电抗数值对有功、无功估计值影响较大，必要时可以调整这个参数。

比如，冀北电网BZ变电站主变高压侧绕组正序电抗值校正后其主变有功估计误差明显减小。

(4)并联容抗器无功估计值主要由其额定容量决定。

以BT风电场1号电容器为例，它的实际出力超过了系统中的额定容量，维护人员通过调整该电容器容量缩小了其
无功估计值与量测值之间的偏差。

(5)母线电压估计值受到绕组额定电压、主变分接头类型等参数的影响。

在冀北公
司调试初期，一直存在GA变电站220 kV母线电压估计值偏大的问题，分析后认为GA站主变高压侧绕组额定电压数值有误。

经查该数值在冀北系统中是500 kV，而在华北系统中是515 kV。

按照华北侧取值修改冀北参数数值之后问题得以解决。

需要注意的是，目前各状态估计软件厂家尚未开发出可用的参数辨识工具，维护人员需要经过反复尝试来寻求最优的参数数值。

另外，状态估计模块中发现的可疑设备参数需要反馈给调控中心系统处，必要时可以安排参数复测。

1.3 量测数据
作为状态估计的另一个基础，遥测、遥信量测值对于状态估计结果至关重要。

对于计算结果中的大误差点，在排除电网元件连接关系错误之后，应该分析该大误差点是否由于量测错误或者质量差而引起。

不良数据常见现象有:母线功率不平衡，线路首末端有功功率不平衡，变压器有功
功率不平衡，并列母线电压偏差太大，变压器档位与母线电压不匹配，同一测点有功功率、无功功率、电流不匹配，运行线路开关、刀闸为分位等。

维护人员可以据此自行判断，也可以在状态估计软件量测预校验模块中查看软件自动识别出的数据问题。

数据问题有时候是由于点表中的错误造成的，因此应当首先排查点表是否有误。

若确实属于厂站端实时数据问题，一方面应尽快联系相关负责人员在现场排查解决，一方面在主站侧可以通过恰当的人工设置(如厂站排除、定义计算公式、量测屏蔽、数据封锁、人工对端代替、设置终端变、主站取反等)暂时将量测问题的影响降低，待消缺之后再及时取消这些设置。

此外，在自动化设备调试、检修现场工作期间，主站侧应与厂站端协调配合，预先采取某种合适的人工设置方法来避免因设备调试或检修引发的自动化数据跳变或其它异常现象。

1.4 算法与计算参数
除了上述3个方面以外，状态估计算法本身也需要根据区域电网的实际情况加以优化。

冀北地区风电装机容量较大，为提高风电场的状态估计合格率，技术人员与软件厂家合作，针对风电场状态估计中出现的一些共性问题修改了原来的程序。

比如，原程序对于有功值小于1 MW的风机线不予计算，考虑到这种算法对含有多条风机线的风电场会造成多个状态估计不合格点，对程序进行了修改。

再比如，原程序对交流线段正序电阻数值大小进行了限制，导致某些线路计算使用的标幺值与有名值换算而来的标幺值不一致，为此修改了这一限制。

随着运行经验的积累，维护人员还可以对源代码提出新的改动需求以不断完善程序的细节。

在状态估计软件的工程应用中，计算参数的设置也需谨慎。

特别要说明的是，参考母线选取对于状态估计非常重要，较为合适的选择是电网中心区域的高压母线。

目前冀北状态估计模块中使用的参考母线是处于冀北电网电气中心的TP变电站500 kV 1号母线。

2 结论
状态估计合格率提升是电网调度自动化系统应用功能实用化的重要环节，做好这项工作需要专业人员密切跟踪指标变化、综合考虑各种因素耐心排查并及时做出适当的处理。

为满足提高维护人员状态估计调试水平的迫切需要，本文给出了冀北电网状态估计调试与维护的实用方法与要点。

笔者从事状态估计相关工作时间有限，仍有很多问题没有研究透彻。

比如，环网状态估计的调试一直都是工作中的难点，研究开发一种可靠的、便于现场工程应用的环网参数估计方法对于解决这一困难非常必要。

另外，基于广域测量系统的状态估计等算法日益成熟［6］，如何将这些科研成果转化为实际生产力也是一项重要的研究内容。

参考文献
【相关文献】
［1］国家电网公司人力资源部.电网调度自动化主站维护(上) ［M］.北京:中国电力出版社，2010. ［2］李碧君，薛禹胜，顾锦汶，等.电力系统状态估计问题的研究现状和展望［J］.电力系统自动化，1998，22(11):53－60.
［3］冯永青，刘映尚，吴文传，等.电力系统状态估计调试方法研究［J］.南方电网技术，2007，
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