CN102005757A - 一种基于量测生成树的电网拓扑错误的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于量测生成树的电网拓扑错误辨识方法，属于电力系统调度自动化技术领域。首先生成网络的母线-支路模型和树形结构，逐层计算出节点的电压和相角；根据支路阻抗参数，推算支路两端的有功、无功功率；将推算值和量测值进行核对，若出现较大偏差，则在相应的网络元件上加上坏标记，根据坏标记的数量，对母线和支路的可疑程度排序；从可疑母线和支路中推测出遥信可能存在错误的开关刀闸以及运行状态可能错误的线路；通过检查对应的开关刀闸变位后网络中坏标记数量是否减少，确定开关刀闸的变位是否合理。本发明方法进行拓扑错误辨识无需状态估计结果，无收敛性问题，相对于利用状态估计的算法，计算速度较快，适用范围广。

Description

一种基于量测生成树的电网拓扑错误的辨识方法

技术领域

本发明涉及一种基于量测生成树的电网拓扑错误辨识方法，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术

在能量管理系统(EMS)中，状态估计利用数据采集与监视控制系统(SCADA)采集的实时信息，根据拓扑状况建立网络模型，估计出母线上的电压幅值和相角以及元件上的功率等，得到较为准确的网络运行状态。状态估计的结果收到量测坏数据、拓扑错误、参数错误的影响，其中又以拓扑错误的影响最为严重。而当前实际应用的电网调度自动化系统中，拓扑检错的功能还很薄弱，某些情况下检错无效，甚至会起反作用，恶化状态估计的结果。主要的困难在于：

1、有些方法根据状态估计结果进行拓扑错误辨识。这要求状态估计已经能够收敛，而存在拓扑错误时，这个条件可能达不到。此外，由于可能存在参数错误和量测坏数据，状态估计结果并不一定能直接反映出拓扑错误。

2、有可能存在多个坏数据和多个拓扑错误。目前的许多检错方法假定遥测值是正确的，根据遥测来检测遥信的错误。然而正确的遥测值依赖于状态估计结果，在未排除拓扑错误时，无法保证坏数据辨识能够准确进行，因而无法保证遥测值的正确。目前，尚没有任何方法能够给出完善的判据，识别出究竟是那一种因素(量测坏数据、拓扑错误、参数错误)导致状态估计中出现较大偏差。

3、实际系统的接线情况比较复杂，网络分析非常繁琐。坏数据辨识和参数辨识都是在网络拓扑确定的情况下进行，基于节点-支路模型，处理起来方便一些；拓扑检错时，需要从网络底层结构出发，考虑各种可能的接线方式，处理起来较为复杂，而且也大大提高了准确辨识的难度。即便辨识出来某些位置存在拓扑错误，但是修正方法可能有许多种，很难确定修正方法。

目前一般的实用检错方法是规则法，该方法不依赖于状态估计，也不要求可观性，能够普遍适用。缺点是规则适用范围有限，简单的规则只能处理少数几种错误，而复杂的规则又容易出现自相矛盾的问题，一般应用中，规则法往往只检出一些非常明显的错误。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于量测生成树的电网拓扑错误的辨识方法，面向调度中心，采用实用的拓扑检错方法并集成在已有的EMS系统当中，在网络中同时存在坏数据和拓扑错误时仍能有效地进行拓扑错误辨识，提高检出率。

本发明提出的基于量测生成树的电网拓扑错误的辨识方法，包括以下各步骤：

(1)根据电网中开关刀闸的遥信状态信息生成电网的母线-支路模型，从电网的每个活岛中选取一条母线作为根节点，利用广度优先搜索方法，将电网中的所有母线根据与根节点的距离，排序成不同的层，生成电网的树形结构，从树形结构的根节点开始，按照层次关系，根据父节点电压幅值和相角，依次计算得到子节点的电压幅值和相角，子节点的电压幅值和相角即为母线的电压幅值和相角；

(2)根据上述母线的电压和相角以及电网中支路的阻抗参数，得到电网中各支路两端的有功功率和无功功率的计算值；设定第一阈值，将电网母线上的电压幅值量测值与上述母线的电压幅值的差值的绝对值记为第一差值，设定第二阈值，将上述电网中各支路两端有功功率和无功功率的计算值与量测值的差值的绝对值记为第二差值，设定第三阈值，将电网母线上相连支路上的功率计算值相加后与零的差值的绝对值记为第三差值，若第一差值、第二差值和第三差值分别小于第一阈值、第二阈值和第三阈值，则判断电网中不存在拓扑错误，若第一差值大于第一阈值，则在相应的母线上加上一个坏标记，若第二阈值大于第二差值，则在相应支路两端的母线上加上一个坏标记，若第三差值大于第三阈值，则在相应的母线上加上一个坏标记；用坏标记的数量表示母线和支路的可疑度，坏标记越多，可疑度越大，对母线和支路的可疑度按从大到小的顺序进行排序；

(3)根据上述母线和支路的可疑度排序，按照以下方法推测可能存在遥信状态错误的电网中的开关或刀闸：

(3-1)设定第四阈值，若不存在可疑度大于第四阈值的母线，则进行步骤(3-2)；若电网中存在可疑度大于第四阈值的母线，当大于第四阈值的母线中任意两个母线之间存在状态为断开的开关或刀闸，则将该开关或刀闸的状态改成合上，当大于第四阈值的母线中任意两个母线之间不存在状态为断开的开关或刀闸，则进行步骤(3-2)；

(3-2)根据上述母线和支路的可疑度排序，得到电网中可疑度最高的支路，断开该支路上的连接的开关或刀闸；

(4)重复步骤(2)，得到母线和支路的坏标记数量；将该坏标记数量与步骤(2)的坏标记数量进行比较，若该坏标记的数量小于步骤(2)的坏标记数量，则保持步骤(3)中开关或刀闸的状态；若该坏标记的数量大于步骤(2)的坏标记数量，则改变步骤(3)中开关或刀闸的状态；

(5)重复步骤(3)和(4)，直到电网中的坏标记数量大于或等于改变开关或刀闸的状态前的坏标记数量，计算终止。

本发明提出的基于量测生成树的电网拓扑错误辨识方法，其优点是：

1、本发明的电网拓扑错误辨识方法，无需电网状态估计结果，无收敛性问题，相对于已有的利用状态估计的算法，计算速度较快；只需要很少的功率量测就可进行，在一般的电网系统中都能普遍适用。

2、本发明方法物理概念明确，易于使用者的理解和分析。

3、由于本发明方法利用了电网中网络结构的信息，即使电网中存在遥测错误或参数错误，本发明方法仍能辨识出已有的规则法不能检测到的网络拓扑错误。

附图说明

图1是本发明提出的基于量测生成树的拓扑错误辨识流程图。

图2是基于IEEE 9节点系统的一个测试系统。

具体实施方式

本发明提出的基于量测生成树的电网拓扑错误的辨识方法，其流程图如图1所示，包括以下各步骤：

(1)根据电网中开关刀闸的遥信状态信息生成电网的母线-支路模型，从电网的每个活岛中选取一条母线作为根节点，利用广度优先搜索方法，将电网中的所有母线根据与根节点的距离，排序成不同的层，生成电网的树形结构，从树形结构的根节点开始，按照层次关系，根据父节点电压幅值和相角，依次计算得到子节点的电压幅值和相角，子节点的电压幅值和相角即为母线的电压幅值和相角。电网中还存在一些环路，每条环路中会有一条母线成为合环点，因此按照树形结构的形式计算时，该母线上的电压将被计算多次。

(2)根据上述母线的电压和相角以及电网中支路的阻抗参数，得到电网中各支路两端的有功功率和无功功率的计算值；设定第一阈值，将电网母线上的电压幅值量测值与上述母线的电压幅值的差值的绝对值记为第一差值，设定第二阈值，将上述电网中各支路两端有功功率和无功功率的计算值与量测值的差值的绝对值记为第二差值，设定第三阈值，将电网母线上相连支路上的功率计算值相加后与零的差值的绝对值记为第三差值，若第一差值、第二差值和第三差值分别小于第一阈值、第二阈值和第三阈值，则判断电网中不存在拓扑错误，若第一差值大于第一阈值，则在相应的母线上加上一个坏标记，若第二阈值大于第二差值，则在相应支路两端的母线上加上一个坏标记，若第三差值大于第三阈值，则在相应的母线上加上一个坏标记；用坏标记的数量表示母线和支路的可疑度，坏标记越多，可疑度越大，对母线和支路的可疑度按从大到小的顺序进行排序；

(3)根据上述母线和支路的可疑度排序，按照以下方法推测可能存在遥信状态错误的电网中的开关或刀闸：

(3-1)设定第四阈值，若不存在可疑度大于第四阈值的母线，则进行步骤(3-2)；若电网中存在可疑度大于第四阈值的母线，当大于第四阈值的母线中任意两个母线之间存在状态为断开的开关或刀闸，则将该开关或刀闸的状态改成合上，当大于第四阈值的母线中任意两个母线之间不存在状态为断开的开关或刀闸，则进行步骤(3-2)；

(3-2)根据上述母线和支路的可疑度排序，得到电网中可疑度最高的支路，断开该支路上的连接的开关或刀闸；

(4)重复步骤(2)，得到母线和支路的坏标记数量；将该坏标记数量与步骤(2)的坏标记数量进行比较，若该坏标记的数量小于步骤(2)的坏标记数量，则保持步骤(3)中开关或刀闸的状态；若该坏标记的数量大于步骤(2)的坏标记数量，则改变步骤(3)中开关或刀闸的状态；

(5)重复步骤(3)和(4)，直到电网中的坏标记数量大于或等于改变开关或刀闸的状态前的坏标记数量，计算终止。

以下结合附图介绍本发明方法的一个实施例。

如图1给出的电网拓扑错误辨识流程图，下面以基于IEEE 9节点系统的一个测试系统(如图2所示)为例，说明本发明方法的具体实施方法。

该测试系统的网络结构与IEEE 9节点系统类似，但是增加了一条正常情况下未投入运行的线路(A母和B母之间)。本例中，将图2中黑圈标出的两个开关遥信设为打开，即有两个遥信错误。

步骤一，生成网络的母线-支路模型和树形结构，从根节点出发，逐层计算出后代节点的电压和相角。例如，以发电机1(GEN1)出口的母线为根节点(第0层)，通过广度优先搜索，生成以下层次：1母(第1层)；A母、B母(第2层)；3母、2母(第3层)；C母(第4层)。然后，指定根节点的电压相角为零，根据根节点母线上的电压幅值量测(16.70千伏)以及各条线路参数，依次计算出下一层节点的电压幅值和相角。

步骤二，根据支路阻抗参数，推算出支路两端的有功、无功功率。将推算值和系统中的冗余量测值进行核对，如果出现较大偏差，则在相应的网络元件上加上坏标记，根据坏标记的数量，对母线和支路的可疑程度按从大到小的顺序进行排序。

本例中，经过生成树方法计算，共有8个坏标记，其中3母上两个坏标记，3母到C母之间线路的悬空端上两个坏标记，2母上两个坏标记，2母到A母之间线路的悬空端上两个坏标记。

步骤三，按照一定的规则从可疑母线和支路中推测出遥信可能存在错误的开关刀闸以及运行状态可能错误的线路，通过检查对应的开关刀闸变位后网络中坏标记数量是否减少，确定开关刀闸的变位是否合理。

本例中，第一次，程序检出了3母到C母之间线路上错误的开关S9ln3toCbr，并把该开关置位为闭合状态。变位之后再次计算，坏标记数量为4，其中2母上两个坏标记，2母到A母之间线路的悬空端上两个坏标记。

第二次，程序检出了2母到A母之间线路上错误的开关S9ln2toAbr，并把该开关置位为闭合状态。变位之后再次计算，坏标记数量为0，计算完毕，两个遥信错误均被辨识出来。

Claims (1)

1.一种基于量测生成树的电网拓扑错误的辨识方法，其特征在于，该方法包括以下各步骤：

(1)根据电网中开关刀闸的遥信状态信息生成电网的母线-支路模型，从电网的每个活岛中选取一条母线作为根节点，利用广度优先搜索方法，将电网中的所有母线根据与根节点的距离，排序成不同的层，生成电网的树形结构，从树形结构的根节点开始，按照层次关系，根据父节点电压幅值和相角，依次计算得到子节点的电压幅值和相角，子节点的电压幅值和相角即为母线的电压幅值和相角；

(2)根据上述母线的电压和相角以及电网中支路的阻抗参数，得到电网中各支路两端的有功功率和无功功率的计算值；设定第一阈值，将电网母线上的电压幅值量测值与上述母线的电压幅值的差值的绝对值记为第一差值，设定第二阈值，将上述电网中各支路两端有功功率和无功功率的计算值与量测值的差值的绝对值记为第二差值，设定第三阈值，将电网母线上相连支路上的功率计算值相加后与零的差值的绝对值记为第三差值，若第一差值、第二差值和第三差值分别小于第一阈值、第二阈值和第三阈值，则判断电网中不存在拓扑错误，若第一差值大于第一阈值，则在相应的母线上加上一个坏标记，若第二阈值大于第二差值，则在相应支路两端的母线上加上一个坏标记，若第三差值大于第三阈值，则在相应的母线上加上一个坏标记；用坏标记的数量表示母线和支路的可疑度，坏标记越多，可疑度越大，对母线和支路的可疑度按从大到小的顺序进行排序；

(3)根据上述母线和支路的可疑度排序，按照以下方法推测可能存在遥信状态错误的电网中的开关或刀闸：

(3-1)设定第四阈值，若不存在可疑度大于第四阈值的母线，则进行步骤(3-2)；若电网中存在可疑度大于第四阈值的母线，当大于第四阈值的母线中任意两个母线之间存在状态为断开的开关或刀闸，则将该开关或刀闸的状态改成合上，当大于第四阈值的母线中任意两个母线之间不存在状态为断开的开关或刀闸，则进行步骤(3-2)；

(3-2)根据上述母线和支路的可疑度排序，得到电网中可疑度最高的支路，断开该支路上的连接的开关或刀闸；

(4)重复步骤(2)，得到母线和支路的坏标记数量；将该坏标记数量与步骤(2)的坏标记数量进行比较，若该坏标记的数量小于步骤(2)的坏标记数量，则保持步骤(3)中开关或刀闸的状态；若该坏标记的数量大于步骤(2)的坏标记数量，则改变步骤(3)中开关或刀闸的状态；

(5)重复步骤(3)和(4)，直到电网中的坏标记数量大于或等于改变开关或刀闸的状态前的坏标记数量，计算终止。

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