状态估计的调试和常见问题处理

状态估计的调试和常见问题处理
图1 状态估计主画面
1、状态估计的控制参数设置
图2 状态估计控制参数设置
图3 状态估计缺省权重及门槛值设置
状态估计参数设置的一般范围：
1>是否周期运行：一般设为“是”
2>是否取SCADA数据：一般设为“是”
3>是否事件驱动：一般设为“否”
4>收敛判据：
有功范围0.0001~0.01，一般设为0.001
无功范围0.0001~0.01，一般设为0.001或0.002
5>快照周期：现在基本不用，可设为0~30秒
6>执行周期一般设定范围1~10分钟，地调设为3~5分钟更为合适。

7>最大迭代次数范围20~50次。

8>缺省权重设定
缺省权重是一个相对值的概念，一般设定范围如下：
9>遥测门槛
遥测门槛是相对于每一个电压等级基准值的百分数值（基准值见电压类型表的
定义），一般设定范围如下：
状态估计是实时运行的系统，一般情况下，每隔1～10分钟计算一次。

而实际的网络结构（设备间静态连接连接关系）变化比较少，所以设备之间的连接关系一般是在网络建模模块中生成的。

状态估计程序根据网络建模给定的设备之间的静态连接关系和从scada获取实时的开关刀闸状态，进行拓扑分析，形成逻辑母线、逻辑支路、电气岛等计算模型。

因而，任何的设备之间连接关系的错误和开关刀闸状态的错误都有可能导致拓扑的结果不正确。

这将会导致状态估计的约束方程错误，从而使得状态估计计算结果的不合理。

一般来说，导致状态估计拓扑结构不正确的原因有三个方面，一是设备之间连接关系不正确，二是状态估计取得的遥信位与现场开关设备遥信位不一致，还有就是预处理程序发生误判的情况。

a)设备连接关系不正确
现在的EMS系统中，网络建模一般已经采用了图模库一体化的计算机技术，设备之间的连接关系都是由程序自动生成，而设备之间连接关系靠运行维护人员手工维护的方法已经基本上被淘汰了。

这使得设备之间连接关系出错的概率大大降低，但是，目前为止，无论哪一种EMS软件都还不能做到连接关系完全不出错，而一旦发生连接关系出错的情况，则状态估计的结果必将受到影响，有的甚至影响到整个网络的计算结果。

如图4的一个简单电网模型中，当发电机UN3与刀闸103－1刀闸连接关系出错时（没有连上），则即使是图中所有的开关刀闸都处于合位，拓扑的结果是整个电网没有和发电机相连，即此岛为死岛，所有的状态估计计算值都为0.0。

当然，现在的EMS软件已经越来越周密严谨，对于绝大多数的连接关系错误，在网络建模的检查软件里都已经给出了提示，只要运行维护人员在作图作库时细心一些，都能够排除。

另一种连接关系不正确的方式是模型没有及时更新。

现在的EMS软件中，模型的更新都是在网络建模中完成的，而当实际运行的设备已经发生了改变，而在网络建模中没有把这些变化的连接关系建立进来，或是建立进来了却没有将更新后的模型拷贝给状态估计，则状态估计无法感知这种模型的变化，则其拓扑和计算的结果也必然不正确。

如图4的电网模型中，在电厂与变电站之间有两条连接线LINEA和LINEB，但建模时，如果只建了一条线路进来，则状态估计的结果必然不能与SCADA遥测匹配上，从而出现局部不合理的现象。

而连接关系不正确的另一种表线是对等值模型处理的不正确。

高电压等级边界等值不正确可能会导致系统缺少电源，低电压等级的边界等值不正确可能会导致系统缺少负荷。

而电力系统分析软件，所有的潮流计算结果，一定是把功率（潮流）从发电机送出到负荷吸收的，所以，一旦边界等值模型处理不当，也同样会影响状态估计的结果。

LINE A
图4 简单电网模型示意图
b)开关刀闸遥信不正确
有了正确的设备之间的连接关系，当状态估计所取得的开关刀闸状态和实际运行设备的状态一致时，就能得出正确的拓扑结果。

但是，状态估计的开关刀闸的分合状态主要来自于scada，而scada的遥信状态却不是完全正确的。

状态估计程序对于scada的遥信错误都有粗检测功能，对于明显错误的开关刀闸状态，状态估计能够在拓扑分析之前就将其状态纠正过来，但是，这个功能只是粗检查功能，并不能纠正scada的所有的开关刀闸错位问题，所以，当状态估计的结果发生局部不合理时，首先要确定状态估计所取到的开关刀闸状态是否和运行设备的状态一致。

对于某些仅属于PAS应用的开关刀闸（如某些等值开关、虚拟开关等）的状态，因其无法从scada应用下取到相应遥信位置，则须根据实际情况在PAS应用下人为设置其伪遥信状态。

c)遥信预处理不正确
目前的遥信预处理程序还不是非常完善，在某些特殊的情况下，会发生错误预处理误判的现象，需要我们针对特别情况进行程序的检查和完善。

3、 状态估计的量测问题检查
在状态估计计算的结果出现局部不合理时，首先是检查连接关系和开关刀闸的状态，以保证拓扑结果的正确性。

但是，在有些情况下，即使拓扑结果正确了，状态估计的计算结果还是不合理，这时，就要分析遥测数据的合理性和参数的正确性了。

在scada 应用下，遥测数据来源是现场远动装置或是数据转发，它们之间相互独立，不存在约束关系。

而状态估计的结果是在满足约束的前提下的对scada 的遥测数据的最大逼近。

约束一般包括注入量平衡约束、支路约束、变压器档位约束等。

这就使得状态估计的结果比scada 遥测数据更合理且更接近于现场实际。

但是，一些错误数据、不合规范的数据的存在不仅仅使得自己的结算结果出现错误，甚至，可能会对周围的正确合理的数据产生污染。

这就需要我们去改进scada 数据的正确性和规范性，并能够在状态估计中对这些数据的使用做有效合理的控制。

a) 遥测数值不正确
状态估计具有坏数据检测和辨识功能，对于较大偏差的坏数据，可以通过与其有约束关系的相关正确量测将其识别出来。

但是，对于那些偏离真值不是很大的数据（在坏数据辨识门槛范围之内），就无法通过粗检查或坏数据检测和辨识完全将其影响消除，这样，这些不正确的数据就参与了状态估计，从而对正确数据形成了污染，其污染的程度和它的相对权重有关系。

对于那些量测质量不好的数据，可以通过减小其量测权重甚至屏蔽其量测来减小或消除其对正确数据的污染。

档位量测是比较特殊的一类量测，其数值都是整数值，不具有连续性，这一点和支路潮流量测或电压量测不同。

状态估计具有档位估计的功能，但是，一般的状态估计程序采用π型变压器等值模型时迭代过程中雅可比矩阵不是常矩阵，需要重新形成和分解，大大降低了状态估计的速度，因而一般状态估计正序对于变压器支路都采用理想变压器加阻抗形式的变压器等值模型（如图5所示），这样就增加了一个逻辑节点，如果对于每一个变压器档位都进行档位估计，则将降低总体量测的冗余度。

所以，在状态估计过程中，一般先对所有的变压器档位量测根据其电压量测、档位类型、变压器潮流对其档位进行估计，如果档位量测值和估计值一致，则认为此档位是可信的，在状态估计中并不对其进行估计，如果档位量测值和估计值不一致，则对其档位进行估计。

档位数值决定了不同电压等级之间电压计算值的变比关系。

对于如图5所示的理想变压器模型，当档位量测错误时，K 的计算数值将发生错误，从而使得U i /U j 的比例关系发生错
误，进而使得电压的计算值和scada 数据发生很大偏差，同时，K 的变化，使得（U i ’
－U j ）发生变化，而支路上电势差决定了此支路的无功潮流。

特别是，当一个系统有大量的错误档位量测时，会使得状态估计的电压幅值计算结果混乱甚至影响收敛性。

因而，输入正确的变压器档位类型参数和获得变压器正确的运行档位会对状态估计的电压和
无功的计算结果产生很大影响。

U i
U i ’
U j
K:1
Z ij
P ij Q ij
P ij Q ij
图5 变压器抽头估计模型
b) 遥测极性不正确 有些用户，只关注scada 量测数据的数值，而对scada 量测数据的极性（方向）却很少关注，这是由以前的潮流方向依靠调度员、方式人员对进行人为判断长期习惯造成的。

对于简单辐射状scada 系统，依靠人为判断潮流方向是基本能够保证其正确性的，但当网络结构越来越复杂时，仅靠人为去判断潮流方向就难以满足要求了。

并且，对于包含有状态估计功能的EMS 系统来说，它要对当前所有设备状态按照scada 量测进行估计计算，保证方向的正确性也变得非常重要。

状态估计对所有的支路、注入量测都有一个统一的方向定义，如果scada 的量测方向不正确，必然导致状态估计结果和scada 不一致，甚至影响状态估计结果的正确性。

c) 伪遥测没有及时取消
在状态估计调试过程中，由于一些scada 数据的明显不正确或量测不足，调试人员或是用户可能会根据当时的实际情况，设置一些状态估计伪遥测，在scada 数据正常以后，需要及时地取消这些伪遥测设置。

4、 状态估计的参数问题检查
有了正确的拓扑结构，有了正确的scada 遥测数据，有时候状态估计的计算结果还是明显的不合理，此时需要检查、判断是否是设备参数和现场不一致。

对于环网回路和辐射状支路，参数错误对状态估计结果的影响是不一致的。

a) 辐射状支路
一般的参数不准确对辐射状支路的状态估计结果并不会产生很大影响（不存在更多的支路约束），其对状态估计的结果的影响仅仅表现在支路的损耗有所变化（包括电压降和有功无功损耗），但是，当用这样错误的基态模型给调度员潮流进行潮流模拟时，如果操作模拟的对象是在此支路附近（特别是对此支路进行合环模拟时），调度员潮流操作模拟的结果将会和scada 实际操作有很大偏差。

b) 环型回路
任何一个环形回路上的电势差之和、相角差之和都为0，而这一约束的存在，将导致状态估计在环路上的潮流分布与其参数息息相关。

对于如图6所示的支路潮流计算模型，其电压之间的矢量关系如图7所示，它们之间有如下的相互关系：
Z U S U U j ji
j i *
∙∙∙⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡+=~ （1）
因为U j 与实轴重合，由式（1）可得：
)(
)()(j
ji ji j
ji ji j j
ji
ji j i U R
Q X P j U X
Q R P U jX R U jQ P U U -+++
=+-+
=∙
（2）
令：
j
ji ji U X
Q R P U +=
∆ ；j
ji ji U R
Q X P U -=
δ （3）
因而，式（2）可以改写成：
U j U U U j i δ+∆+=∙
)( （4）
所以，U i 的幅值为：
22)()(U U U U j i δ+∆+= （5）
式（9）按照二项式定理展开，取其前两项，可得：
)
(2)()(2
U U U U U U j j i ∆++∆+≈δ （6）
进一步简化式（6）得：
j
ji ji j j i U X
Q R P U U U U ++
=∆+≈)( （7）
从而可得节点i 和节点j 之间的电势差幅值为：
j
ji ji j i U X
Q R P U U dU +≈
-= （8）
将其化为标么值表示为：
****+≈+=
+≈
X Q R P U U XS S Q U U RS S P U U X Q R P dU ji ji j
B B
B ji j B B B ji j
B ji ji * （9）
而由式（4）得节点i 和节点j 之间的相角差为：
U
U U
tg j ∆+=-δδ1
(10)
利用反正切函数在0=x 处的泰勒展开，可对式（10）进一步简化为：
j j
j j
j j
j j U U
U U U U U U U U
U U U U U U
tg δδδδδδδδδ≈+≈+-+
≈=-2
223
21
)(])(1[)(
2)( （11） 从而可得节点i 和节点j 之间的相角差为：
2
j
ji ji U
R
Q X P -≈
δ （12）
对于电力系统中运行的支路，一般具有X P R Q ji ji <<，U j 用标么值表示时，都为1.0左右，因而式（11）式可以继续简化为：
**≈=
≈
-≈
X P U S S X P U X P U R
Q X P ji j
B
B ji j
ji j
ji ji 2
22δ （13） 其中，P ij 为从节点i 流向节点j 的有功潮流，Q ij 为从节点i 流向节点j 的无功潮流，δ为U i 和U j 的相角差，dU 为U i 和U j 的幅值差，ΔU 为U i －U j 的横分量，δU 为U i －U j 的纵分量。

U i
U j
R+jX
P ij Q ij
P ji Q ji
图6 支路潮流计算模型
δU
U i
j 图7 支路潮流电压差矢量图
式（9）和式（13）表述了单条支路的潮流和两端电压及其阻抗的关系， 对于如图8所示的并列运行支路，有：
⎪⎪⎩⎪
⎪⎨
⎧
+≈+≈≈≈*
***********22*221211*111222121112X Q R P dU X Q R P dU X P X P ji ji ji ji ji ji δδ （14） 由式（14）得：
⎩⎨
⎧
+≈+≈**********22*2211*
112211X Q R P X Q R P X P X P ji ji ji ji ji ji （15） 可见，并列运行的支路（线路或变压器），在进行状态估计计算时，存在着式（15）
表示的内在约束关系，即在并列运行的支路上，支路有功的大小与其电抗成反比。

由于实际运行的支路（线路或变压器）的ji ji P Q <，虽然X R <，但R P ji 和X Q ji 相差不一定很大，所有，并列运行支路上无功潮流的分配并不是其电抗成反比，而是需要根据式（15）的上式确定有功约束关系基础上，由式（15）的下式确定其无功约束关系。

当然，当并列运行的支路参数相同式，很明显我们可以得出这两条支路的有功、无功潮流是相等的。

U i
U j
P ij1Q P ji1Q R 2+jX 2
图8 并列运行支路潮流计算模型
对于如图9所示的一个具有n 个节点的环网运行系统，假定第n+1个节点为第1个节点，则沿任一电磁环，有01,1
=∑+==i i n
i i θ和01,1
=∑*+==i i n
i i dU ，这样由式（14）可得：
0*1,*,11
≈∑++==i i i i n i i X P （16）
以及：0)(*1,*,1*1,*,11
≈+∑++++==i i i i i i i i n i i X Q R P （17）
所以，沿着任一环形网络，当用标么值进行计算时，其有功和电抗乘积之和大约为0。

当某一环网支路的参数错误时，将会影响这个这一个环路上的潮流分布，进而污染环网周围的大量潮流数据结果。

根据这一点，我们还可以利用环网上的有效量测，对环路上的电抗参数错误进行粗检测，给出有功和电抗不匹配的环网位置，方便用户对参数进行检查为维护。

P 21Q 21
P 32Q 32
Ui
Ui-1
Ri-1,i + jXi-1,i
图9 环网潮流计算模型
5、 状态估计地收敛性问题检查
a) 系统出现很大很不合理遥测，取量测程序和坏数据辨识都没有能够将其检查
出来。

这种情况多出现迭代一次就发散的情况。

根据迭代信息表的内容，可以找出出现很大很不合理遥测设备所在的厂站，到相应厂站图状态估计应用画面，查看“计算前值”域，查找此“很大很不合理遥测”的值，屏蔽此量测，继续计算，检查状态估计收敛性。

b) 系统有参数很小的阻抗支路。

对于三卷降压变压器的中压侧或三卷升压变压器的低压侧，经常出现电抗绝对值值很小的情况，从而使得方程的条件数太大，因而影响收敛性。

对于很短的线路（特别是T 接线），其对应的阻抗值也可能很小，同样会使状态估计出现不收敛情况。

这种情况下，状态估计迭代信息表多出现多条迭代记录，甚至是迭代到最大迭代次数（达到收敛极限）才退出迭代。

c) 系统没有任何一个电压量测。

这种情况多出现在拓扑后解裂的子网小岛中，偶尔也出现在调试的系统中。

这种情况下，迭代过程中的母线电压会发生大幅度变化，有的电压有可能升到2.0标么值，有的电压有可能降到0.5标么值，有时候状态估计还能认为计算已经收敛，但收敛结果的电压水平很差。

d) 权重设置范围偏差太大。

权重设置范围偏差太大，将导致方程的条件数增大，到达一定的数值，状态估计将不收敛。

e) 系统量测（遥测、遥信）不匹配太多，状态估计无法进行有效辨识。

f) 部分设备额定电压和电压等级相应基准电压偏差太远。

某些设备（主要表现在发电机及其相连的变压器低压侧），当其电压等级对应
的基准电压与其额定电压偏差太远时，由于电压幅值都是从1.0标么值开始迭代，则其迭代初值和目标值（理论上的真值）会出现偏差太大情况，从而导致不收敛。

6、状态估计进程控制
进程rtnet_main是状态估计应用的核心进程，当出现进程退出时，系统将自动将其拉起。

状态估计的控制进程是rtnet_control，rtnet_control进程可以在任意客户节点执行,其所代选择项的意义分别表述如下：
命令格式
rtnet_control <start | awake | stop | pause | debug | test | normal | cycle [period] | once | real | factory | eventdrive <on | off>| list | init | log>
stop pause
该命令将“状态估计参数和信息表”中的“暂停计算标志”设为“是”，使状态估计每次运行后都退出，以观测非循环运行时的一些特殊问题。

状态估计每次运行时还进行进程注册，所以退出后会被进程管理工具拉起，观察到的结果就是进程反复启停。

start
清除stop或pause设置的“暂停计算标志”。

debug test
该命令将“状态估计参数和信息表”中的“调试标志”设为“是”，使状态估计每次运行后都退出，_而且不进行进程注册，所以不会被进程管理工具反复拉起_。

normal
清除debug或pause设置的“调试标志”。

cycle [period]
设置状态估计进入周期计算模式。

浮点数period用于指定周期的分钟数，如果省略则使用以前设置的周期。

“状态估计控制参数和信息表”中对应的域为“周期计算标志”和“执行周期”。

once
退出周期计算模式。

awake
立即启动状态估计计算一次。

real
设置“状态估计参数和信息表”中的“取SCADA数据”标志为“是”。

状态估计取实测数据进行计算。

factory
清除real所设的标志，不重新取SCADA数据，包括在状态估计下设置的伪遥测和伪遥信，以及遥测屏蔽和权重设置。

eventdrive <on | off>
通过所带的on或off参数切换是否事件驱动计算。

init
清空状态估计计算的“时戳”和“日戳”，初始化“当天每小时运行记录”。

log
将当前状态估计应用的dbsec文件打包保存。