电力系统状态估计调试方法研究

文章编号：1674-0629(2007)01-0046-06 中图分类号：TM734 文献标志码：B 电力系统状态估计调试方法研究冯永青1a，刘映尚1b，吴文传2，张伯明2(1a.中国南方电网调度通信中心, 1b. 中国南方电网公司，广东广州 510623；2. 清华大学电机系，北京 100084)Study on Maintenance Methods of Power System State EstimationFENG Yong-qing1a, LIU Ying-shang1b, WU Wen-chuan2, ZHANG Bo-ming2(1a. CSG Power Dispatching and Communication Center, 1b. CSG Operation and Technology Department, Guangzhou, Guangdong 510623, China；2. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract：Aiming at the issue of state estimation maintenance difficulties in power dispatching, this paper studies the systemic maintenance methods of state estimation for large regional, provincial and district control center, including equivalence of interior and exterior network, countermeasure of active and reactive estimation divergence as well as the methods for increasing state estimation eligible rate. A practical reactance-estimation method of loop network with matrix calculation is proposed. This method can employ the software such as Scilab Program to implement straight forward, and the results on China Southern Power Grid show that the proposed systemic maintenance method is reasonable and feasible.Key words: on-line analysis; state estimation; maintenance method; parameter estimation摘要：针对调度工作中存在的电力系统状态估计维护问题，对网、省、地调调度中心状态估计的调试方法进行了系统化的研究，包括内网等值、外网等值、有功发散和无功发散的调试，以及提高状态估计合格率的方法。

提出了一种新的基于矩阵计算的环网电抗参数估计实用化方法，可以利用Scilab等计算器软件进行直接推算。

在南方电网应用的经验表明，本文的系统化状态估计调试方法是合理的、有效的。

关键词：在线分析；状态估计；调试方法；参数估计随着南方电网一次系统建设的快速发展，以及大电网在物理上的复杂性[1]，使得南方电网的调度和控制难以完全由传统人工经验所驾驭。

为适应这一变化，南方电网各级调度中心都在建设和发展新一代的调度自动化系统。

其特点是不再局限于对实时运行数据进行采集处理（即SCADA 与AGC功能），而是进一步利用在线稳定分析系统[2,3]、在线电网预警与风险分析系统[2,3]、协调防御系统[4]等进行在线分析，以提高各级调度人员对大电网的驾驭能力。

而各级调度中心状态估计功能的高效和准确运行，则是这些系统在建设与运行过程中的重点和难点问题。

状态估计技术于1970年由MIT的Fred Charles Schweppe创立[6]。

1974年Edmund Handschin提出了状态估计不良数据辨识的开拓性论文[7]。

国内关于状态估计的研究工作见文献[8-12]。

现有状态估计研究论文大都以算法研究为主，而如何进行状态估计调试的文献却甚为少见。

保证状态估计的高精确和可靠性运行，良好的调试方法是关键，也是调度自动化维护工作中的一个难点问题。

本文对状态估计的调试方法进行了较为系统化的研究。

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目（2004CB217904）；国家自然科学基金项目（50647025）。

第1期冯永青等：电力系统状态估计调试方法研究471加强电网状态估计调试研究的必要性在调度自动化系统中，状态估计起着承上启下的重要作用。

随着IEC61970标准化研究的不断进步，南方电网各级调度中心采用了许多厂家和单位的在线电网分析工具，而它们得以实用的前提是自身的状态估计需要保持正常。

以南网总调为例，就使用了南瑞电网所、清华大学、南瑞继保、电科院等多个单位的在线电网分析系统，而它们均使用了各自的状态估计。

对于南方电网各级调度中心而言，使用多个单位的在线分析系统，其优势非常明显，即可以使用这些单位各自最优秀的研究成果来更好地驾驭大电网。

与传统运方人员所进行的BPA软件离线计算相比，在线电网分析计算对状态估计的依赖程度很高。

从某种意义上讲，离线计算的“源”是人工配出来的“果”，而在线计算的“源”则是状态估计的“果”。

因此，南网各级调度中心均面临着提高状态估计调试水平的急迫需求。

状态估计的正常运行，算法设计与调试维护可以说起着同等重要的作用。

即便算法设计再好，如果调试维护不当仍会使状态估计失去作用。

本文的状态估计调试研究分三个方面：——如何将状态估计从发散调试到收敛；——如何提高状态估计的合格率；——如何修正环网参数问题。

2状态估计从发散到收敛的调试方法状态估计调试工作总的指导原则是：无论状态估计是否收敛，都不要急于从局部来进行调试，而是要从整个系统的高度，从网络结构、元件参数和量测等方面来进行综合分析和调试。

2.1 内网等值与外网等值工作在进行内网等值时，需要仔细分析PAS（power advance software高级应用软件）中的建模与实际电网的差异。

内网等值工作包括：——PAS中不需要建模、但是在SCADA中存在的设备，如接地刀闸、开关、线路等，可以进行休眠（即不参与拓扑分析）；——对于低压35 kV/10 kV线路，在PAS中一般建模为等值负荷。

等值方法包括：a）如果低压线路上有量测，可以把每个低压线路等值为一个负荷；b）如果多条低压线路上没有量测，可以把多个低压线路合并等值为一个负荷。

但是，如果35 kV线路连接有电厂等不能简化的模型，或35 kV线路属于联络线，并且有计算线路合环潮流的任务时则不能做等值。

值得一提的是，在地调系统中，对10 kV低压线路，已经不满足电阻远远小于电抗的假定，在使用PQ分解状态估计时，可能会造成状态估计发散。

这时在正常情况下可以先把10 kV线路的开关置分位，使该低压线路不包括在状态估计计算的范围内，以保证状态估计能够正常计算。

在需要研究10 kV 合环潮流时，再进入调度员潮流合开关进行研究。

外网等值工作包括：——内外网联络线，即内网厂站到外网厂站之间的联络线。

在外网厂站中建一台等值机，通过虚拟开关连接到线路上；——连接到同一外网厂站的联络母线。

如果内网连接到同一个外网厂站有多条联络线，可以在外网厂站中建立一个母线，多条联络线均连接到该母线上，并且母线上连接有等值机；——外网厂站之间的联络线。

2.2 有功发散的调试在出现有功发散时，应从以下几个方面进行检查调试：——检查线路、主变参数，是否存在很小的电抗（如标幺值小于0.001）。

例如在南瑞电网所的状态估计中，就可以用select chid from ln where x<0.001来找出不正确的线路；——检查线路、主变参数中是否有电阻远远大于电抗的情况；——检查拓扑分析结果，是否由于大量遥信错误导致系统出现不合理的多个活岛。

正常情况下，系统不应出现过多的活岛，如果活岛过多，很可能是遥信的量测有误；——检查是否有大片的不可观测区。

正常的SCADA量测不应该有大片的不可观测区域，如果有，很可能是遥信、遥测的量测有误；——检查外网等值是否合理，外网等值机所连接的开关闸刀是否合上；——检查内网是否有发电机投运，相关的开关闸刀是否合上。

南方电网技术 2007年 第1卷48可以根据状态估计迭代信息，找到全网最大相角偏移的母线，检查周边的线路参数、量测，或者可以通过置遥信状态将此母线以及所连接的设备从主网中分离，通过这种方法找到电网模型中有问题的部分。

2.3 无功发散的调试如果出现无功发散，可以先进行上节所述的有功发散的调试工作，同时还可以从以下几个方面进行检查：——检查变压器额定电压参数、档位参数、档位量测有错误，尤其是系统中电压最高（最低）的厂站中的主变，即根据状态估计迭代信息找到系统电压最高的厂站。

特别要注意绕组额定电压与所属的电压岛的电压是否一致；——检查电容器参数是否有误，可以逐一查看电容器周边是否有无很大的、不合理的无功； ——检查500 kV 线路的充电无功是否有误。

500 kV 高压线路的充电无功很大，在线路端点有高抗、在500 kV 主变的35 kV 低压侧有低抗来吸收无功，检查这些电抗器是否建模，相关的开关闸刀状态是否正确。

然后，根据状态估计迭代信息找到全网最高、最低电压的厂站，检查该厂站周边的线路参数、量测，或者可以通过置遥信状态等方法将此厂站从主网中分离，通过这种方法找到电网模型中有问题的部分。

3 提高状态估计合格率的调试方法在状态估计收敛的情况下，为了使状态估计能给后续在线计算提供有效的数据源，还需要进一步提高状态估计的合格率。

令残差为r ，误差为v ，真实量测值为Z 。

用估计的状态ˆx计算出的量测估计值为()ˆh x 。

将()ˆh x 在真值x 附近展开为一阶Taylor 级数，即令ˆΔ=−x xx ，则有 ()()()ˆ=+Δh xh x H x x （1） 从而有()()()()ˆ=−=−−Δ=−Δr Z h xZ h x H x x v H x x （2） 由于状态估计ˆx应满足： T 11T 1ˆˆˆ[()()]()−−−Δ=x H xR H x H x R ν （3） 其中T 1ˆˆ()()−H xR H x 为信息矩阵，它包含了量测系统结构，网络参数，仪表精度等信息。