CN102879699A - 一种变电站内变压器分接头位置的估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，包括：步骤S1，获取变电站内设备模型和量测数据，根据所述量测数据的质量标识及计算需要对所述量测数据进行过滤，筛选出有效的量测数据；所述获取的量测数据包括变压器的铭牌参数，各个设备的功率、电压、电流量测和PMU量测；步骤S2，根据所述PMU量测或功率和电压的量测值确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，根据所述变比k₁₂和k₁₃对所述变压器分接头位置进行预估计；步骤S3，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点，根据各量测之间的约束关系进行优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果。在变电站内利用各种原始参数和数据对变压器分接头位置进行计算估计，估计结果准确实时。

Description

一种变电站内变压器分接头位置的估计方法

技术领域

本发明涉及电力系统计算领域，具体涉及一种变电站内变压器分接头位置的估计方法。

背景技术

随着电网的发展和电网管理水平的提高，电力系统运行调度涉及的业务范围不断扩大，业务量也不断增加。现代调度中心已经不是一个简单的电网运行监控中心，不但负责安全和运行，而且负责交易和经营，是代表整个电力企业对电力系统实现电力调度、管理和运营的一个高度信息化、智能化、集成化和自动化的指挥决策中心。另一方面，随着调度中心的智能化和综合化水平的提高，对基础数据的依赖也达到了前所未有的程度。实际上，伴随着各种高级应用的在线运行，各调度中心在运行中均不断面临着基础数据不准确所带来的严重影响。在调度中心接收到的各种基础数据中，变压器分接头位置是其中非常重要的一类。变压器分接头位置的对错对状态估计结果有很大的影响，对后续的潮流分析、电压稳定分析、AVC等应用的影响更是不可忽视，情况严重时会导致计算结果不可用或不可信，制约了这些应用的实用化，进而降低了电网运行人员对电网运行状态的判断和控制能力。

由于调度中心信息的先天不足，通过调度中心状态估计模型和算法的改进，已无法从根本上解决调度中心基础数据的准确性问题。随着变电站数字化技术的发展，变电站内快速采集的信息越来越多，例如：综自、PMU和保护等信息，还有各种智能一次设备的在线监测信息，这些海量信息不可能也没有必要全部实时传输到调度中心，因此，如何发挥变电站本地信息的冗余性和本地决策的敏捷性优势，将主要的数据错误解决在变电站内，提高变电站为电网运行和维护服务的支撑能力，也是国际上智能变电站发展的重要趋势。

发明内容

本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，包括：步骤S1，获取变电站内设备模型和量测数据，根据所述量测数据的质量标识及计算需要对所述量测数据进行过滤，筛选出有效的量测数据；所述获取的量测数据包括变压器的铭牌参数，各个设备的功率、电压、电流量测和PMU量测；步骤S2，根据所述PMU量测或功率和电压的量测值确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，根据所述变比k₁₂的值或k₁₂和k₁₃的值对所述变压器分接头位置进行预估计；步骤S3，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点，根据各量测之间的约束关系进行优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果。

本发明提供的第一优选技术方案中：所述步骤S1中，

所述量测数据的质量标识包括量测正常和数据跳变或不变化，根据所述量测正常和数据跳变或不变化的质量标识判断所述量测数据是否可靠，将计算需要并且可靠的所述量测数据作为有效的量测数据筛选出来。

本发明提供的第二优选技术方案中：所述步骤S2中，

如果所述有效的量测数据中包含所述变压器各侧的PMU量测值时，根据所述PMU量测确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂：

如果所述有效的量测数据中不包含变压器任何一侧的PMU量测值或者包含的变压器各侧的PMU量测值不全时，根据功率和电压确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃： $k_{12}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_2+(P_2{R}_2+Q_2{X}_2)/U_2},$ $k_{13}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_3+(P_3{R}_3+Q_3{X}_3)/U_3};$ I₁、I₂、I₃和U₁、U₂、U₃分别为变压器高中低三侧电流和电压的量测值，α为

与的夹角，

为

与

的夹角，P₁、P₂、P₃和Q₁、Q₂、Q₃分别为变压器高中低三侧的有功功率和无功功率的量测值，R₁、R₂、R₃和X₁、X₂、X₃分别为变压器高中低三侧绕组等值阻抗值的实部和虚部；

根据所述变比k₁₂的值或k₁₂和k₁₃的值确定的变电器高压侧绕组对中压侧绕组和高压侧绕组对低压侧绕组的电压的比例关系，预估计所述变压器的分接头位置。

本发明提供的第三优选技术方案中：所述步骤S3中根据各量测之间的约束关系进行优化分析的过程包括：根据变压器电气约束，计算电压量测不匹配量最小时的优化解，建立优化模型：

$\min \underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i|U_i^{\′}-(U_i+\frac{P_i{R}_i+Q_i{X}_i}{U_i})|$

$P_i=U_i^2{G}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}+B_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

$Q_i=U_i^2{B}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}-B_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

U₁′＝U₂′k₁₂＝U₃′k₁₃

通过所述优化模型求出k₁₂和k₁₃的较优解，获取变压器分接头位置的估计结果；

i∈(1,2,3)，分别代表变压器高、中、低三侧绕组，W_i为各绕组所对应的权重系数，可根据实际运行情况加以赋值，U_i为各绕组电压幅值、U_i'为各绕组所增加虚拟节点的电压幅值，θ_i'i为节点i、i'之间的电压相角差，G_i、B_i为各绕组的电导、电纳值。

本发明提供的第四优选技术方案中：步骤S201，根据所述PMU量测或功率和电压的量测值分别求出变压器三相的高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，判断三相求出的所述变比k₁₂和k₁₃是否相同，是，执行步骤S202，否，执行步骤S3′；

步骤S202，根据所述变比k₁₂和k₁₃对所述变压器分接头位置进行预估计，判断预估计的分接头位置与记录的实际的分接头位置是否相同，是，计算结束，否，记录错误信息后执行步骤S3′。

本发明提供的第六优选技术方案所述步骤S3替换为：

步骤S3′，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点电压，根据各量测之间的约束关系进行详细优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果，判断所述分接头位置的估计结果与所述实际的分接头位置是否相同，是，计算结束，否，提示错误，检查和纠正参数或量测后结束计算。

本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的有益效果包括：

1、本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，利用变电站内数据的实时性和高度冗余性，在变电站内部进行分析计算，使计算结果的可靠性提高。

2、本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，采用多种方式对变压器分接头位置进行预估，其特征在于可以采用PMU量测或普通量测对变压器分接头位置进行预估，充分利用了站内的各种可用量测，增加了估计结果的可靠性。

3、本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，采用分层优化的变压器分接头位置估计模式，分两个层级对分接头位置进行估计，预估层根据单相量测对变压器分接头位置预估，检测出可疑分接头位置量测；优化层利用变电站内部三相量测之间的约束关系，以及潮流分布与设备参数之间的约束关系进行优化计算，通过计算电压量测不匹配量最小时的优化解，获得变压器分接头位置的估计值如有新的约束类型需要添加，只需增加相应的等式约束或者不等式约束，无需对算法做出修改。

4、本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，将变压器分接头估计工作从调度中心分离出来，从而改变了由调度中心发现问题、变电站解决问题的工作模式，无需各种沟通成本，并且得益于变电站内有各种原始参数、数据，纠错过程将更为有效快捷。

附图说明

图1为本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的实施例一的方法流程图；

图2为本发明提供的三绕组变压器模型示意图；

图3为本发明提供的三绕组变压器局部向量关系示意图；

图4为本发明提供的增加虚拟节点后三绕组变压器模型示意图；

图5为本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的实施例三的计算流程图；

图6为本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的实施例三的方法流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，利用变电站内数据的实时性和高度冗余性，在变电站内进行分析计算，采用多算法、分层级的计算方式对变压器分接头位置进行估计。

实施例一：

本发明提供一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的实施例一，其具体流程如图1所示，包括：

步骤S1，获取变电站内设备模型和量测数据，根据量测数据的质量标识及计算需要对量测数据进行过滤，筛选出有效的量测数据。

其中，获取的量测数据包括变压器的铭牌参数，各个设备的功率、电压、电流量测和PMU量测。

步骤S2，根据PMU量测或功率和电压的量测值确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，根据该变比k₁₂和k₁₃对变压器分接头位置进行预估计。

步骤S3，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点电压，根据各量测之间的约束关系进行详细优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果。

实施例二：

本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的实施例二，其中：

步骤S1中量测数据的质量标识包括量测正常和数据跳变或不变化等，根据量测正常和数据跳变或不变化等质量标识判断该量测数据是否可靠，将计算需要并且可靠的量测数据作为有效的量测数据筛选出来。

步骤S2中，如果变压器各侧有PMU量测时，根据该PMU量测确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂：

如果变压器各侧没有PMU量测或者PMU量测不全时，根据功率和电压确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃， $k_{12}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_2+(P_2{R}_2+Q_2{X}_2)/U_2},$ $k_{13}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_3+(P_3{R}_3+Q_3{X}_3)/U_3},$ 根据变比k₁₂和k₁₃确定的变电器高压侧绕组对中压侧绕组和高压侧绕组对低压侧绕组的电压的比例关系，预估计各个绕组的分接头位置，其中，和

分别为变压器高中低三侧电流和电压向量，I₁、I₂、I₃和U₁、U₂、U₃分别为变压器高中低三侧电流和电压的量测值，α为

与

的夹角，

为

与

的夹角，P₁、P₂、P₃和Q₁、Q₂、Q₃分别为变压器高中低三侧的有功功率和无功功率的量测值，R₁、R₂、R₃和X₁、X₂、X₃分别为变压器高中低三侧绕组等值阻抗值的实部和虚部。

具体的，如果筛选出的有效的量测数据中包含变压器各侧有PMU量测时，实际输电网中的电力变压器一般为三绕组变压器，高压侧和中压侧之间进行电力传输，低压侧接无功补偿装置，PMU量测一般部署于三绕组变压器的高中压侧，如图2和图3所示分别为本发明提供的三绕组变压器模型示意图和三绕组变压器局部向量关系示意图，根据图2和图3所述的向量关系及正弦定理可以得出各个电流的幅值有如下关系：

其中

为励磁电流向量，I_m为励磁电流的量测值，

与

的夹角为

对于降压三绕组变压器，相对于高压侧绕组阻抗,中压侧绕组的阻抗一般较小或为一数值不大的负数，近似认为励磁电流和低压绕组电流

垂直于即

近似为0，进一步简化式(1)，可得：

如果变压器各侧没有PMU量测或者PMU量测不全时，根据图2所示的等值模型及电工学原理可以得出：

$k_{12}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_2+(P_2{R}_2+Q_2{X}_2)/U_2}---\left(4\right)$

$k_{13}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_3+(P_3{R}_3+Q_3{X}_3)/U_3}---\left(5\right)$

具体的，如图4所示为本发明提供的增加虚拟节点后三绕组变压器模型示意图，根据变压器电气约束，计算电压量测不匹配量最小时的优化解，建立优化模型：

$\min \underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i|U_i^{\′}-(U_i+\frac{P_i{R}_i+Q_i{X}_i}{U_i})|$

$P_i=U_i^2{G}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}+B_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})---\left(6\right)$

$Q_i=U_i^2{B}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}-B_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

U₁′＝U₂′k₁₂＝U₃′k₁₃

其中，i∈(1,2,3)，分别代表变压器高、中、低三侧绕组，W_i为各绕组所对应的权重系数，可根据实际运行情况加以赋值，U_i为各绕组电压幅值、U_i'为各绕组所增加虚拟节点的电压幅值，θ_i'i为节点i、i'之间的电压相角差，G_i、B_i为各绕组的电导、电纳值。

步骤S3中，限定优化模型中各量测之间的约束关系的约束函数也可根据实际运行状态增加，如三相变压器分接头之间的约束关系等。

实施例三：

本发明提供的一种变电站内变压器分接头位置的估计方法的实施例三，其计算流程图和方法流程图如图5和图6所示，包括：

步骤S1′，获取变电站内设备模型和量测数据，根据量测数据的质量标识及计算需要对量测数据进行过滤，筛选出有效的量测数据，其中，获取的量测数据包括变压器的铭牌参数，各个设备的功率、电压、电流量测和PMU量测。

步骤S201，根据PMU量测或功率和电压的量测值分别求出变压器三相的高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，判断三相求出的变比k₁₂和k₁₃是否相同，是，执行步骤S202，否，执行步骤S3。

步骤S202，根据变比k₁₂和k₁₃对变压器分接头位置进行估计，判断估计的分接头位置与记录的实际的分接头位置是否相同，是，计算结束，否，记录错误信息后执行步骤S3。

步骤S3′，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点电压，根据各量测之间的约束关系进行详细优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果，判断该分接头位置的估计结果与实际的分接头位置是否相同，是，计算结束，否，提示错误，检查和纠正参数或量测后结束计算。

步骤S1′中量测数据的质量标识包括量测正常和数据跳变或不变化等，根据量测正常和数据跳变或不变化等质量标识判断该量测数据是否可靠，将计算需要并且可靠的量测数据作为有效的量测数据筛选出来。

步骤S201中，如果变压器各侧有PMU量测时，根据该PMU量测确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂：

如果变压器各侧没有PMU量测或者PMU量测不全时，根据功率和电压确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃， $k_{12}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_2+(P_2{R}_2+Q_2{X}_2)/U_2},$ $k_{13}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_3+(P_3{R}_3+Q_3{X}_3)/U_3},$ 其中，

和分别为变压器高中低三侧电流和电压向量，I₁、I₂、I₃和U₁、U₂、U₃分别为变压器高中低三侧电流和电压的量测值，α为

与

的夹角，

为

与

的夹角，P₁、P₂、P₃和Q₁、Q₂、Q₃分别为变压器高中低三侧的有功功率和无功功率的量测值，R₁、R₂、R₃和X₁、X₂、X₃分别为变压器高中低三侧绕组等值阻抗值的实部和虚部。

步骤S3′中根据变压器电气约束，计算电压量测不匹配量最小时的优化解，建立优化模型：

$\min \underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i|U_i^{\′}-(U_i+\frac{P_i{R}_i+Q_i{X}_i}{U_i})|$

$P_i=U_i^2{G}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}+B_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

$Q_i=U_i^2{B}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}-B_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

U₁′＝U₂′k₁₂＝U₃′k₁₃

其中，i∈(1,2,3)，分别代表变压器高、中、低三侧绕组，W_i为各绕组所对应的权重系数，可根据实际运行情况加以赋值，U_i为各绕组电压幅值、U_i'为各绕组所增加虚拟节点的电压幅值，θ_i'i为节点i、i'之间的电压相角差，G_i、B_i为各绕组的电导、电纳值。

限定优化模型中各量测之间的约束关系的约束函数也可根据实际运行状态增加，如三相变压器分接头之间的约束关系等。

以上虽然根据附图对本发明的实施例进行了详细说明，但不仅限于此具体实施方式，本领域的技术人员根据此具体技术方案进行的各种等同、变形处理，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变电站内变压器分接头位置的估计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，获取变电站内设备模型和量测数据，根据所述量测数据的质量标识及计算需要对所述量测数据进行过滤，筛选出有效的量测数据；

所述获取的量测数据包括变压器的铭牌参数，各个设备的功率、电压、电流量测和PMU量测；

步骤S2，根据所述PMU量测或功率和电压的量测值确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，根据所述变比k₁₂的值或k₁₂和k₁₃的值对所述变压器分接头位置进行预估计；

步骤S3，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点，根据各量测之间的约束关系进行优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，

所述量测数据的质量标识包括量测正常和数据跳变或不变化，根据所述量测正常和数据跳变或不变化的质量标识判断所述量测数据是否可靠，将计算需要并且可靠的所述量测数据作为有效的量测数据筛选出来。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，

如果所述有效的量测数据中包含所述变压器各侧的PMU量测值时，根据所述PMU量测确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂：

如果所述有效的量测数据中不包含变压器任何一侧的PMU量测值或者包含的变压器各侧的PMU量测值不全时，根据功率和电压确定高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃： $k_{12}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_2+(P_2{R}_2+Q_2{X}_2)/U_2},$ $k_{13}=\frac{U_1-(P_1{R}_1+Q_1{X}_1)/U_1}{U_3+(P_3{R}_3+Q_3{X}_3)/U_3};$ I₁、I₂、I₃和U₁、U₂、U₃分别为变压器高中低三侧电流和电压的量测值，α为

与

的夹角，

为

与

的夹角，P₁、P₂、P₃和Q₁、Q₂、Q₃分别为变压器高中低三侧的有功功率和无功功率的量测值，R₁、R₂、R₃和X₁、X₂、X₃分别为变压器高中低三侧绕组等值阻抗值的实部和虚部；

根据所述变比k₁₂的值或k₁₂和k₁₃的值，确定的变电器高压侧绕组对中压侧绕组和高压侧绕组对低压侧绕组的电压的比例关系，预估计所述变压器的分接头位置。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中根据各量测之间的约束关系进行优化分析的过程包括：根据变压器电气约束，计算电压量测不匹配量最小时的优化解，建立优化模型：

$\min \underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i|U_i^{\′}-(U_i+\frac{P_i{R}_i+Q_i{X}_i}{U_i})|$

$P_i=U_i^2{G}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}+B_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

$Q_i=U_i^2{B}_i-U_i^{\′}{U}_i(G_i\sin {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i}-B_i\cos {\mathrm{\θ}}_{i^{\′}i})$

U₁＝U₂′k₁₂＝U₃′k₁₃

通过所述优化模型求出k₁₂和k₁₃的较优解，获取变压器分接头位置的估计结果；

i∈(1,2,3)，分别代表变压器高、中、低三侧绕组，W_i为各绕组所对应的权重系数，可根据实际运行情况加以赋值，U_i为各绕组电压幅值、U_i'为各绕组所增加虚拟节点的电压幅值，θ_i'i为节点i、i'之间的电压相角差，G_i、B_i为各绕组的电导、电纳值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限定优化模型中各量测之间的约束关系的约束函数根据实际运行状态增加，所述约束关系包括三相变压器分接头之间的约束关系。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S201，根据所述PMU量测或功率和电压的量测值分别求出变压器三相的高压侧绕组对中、低压侧绕组的变比k₁₂和k₁₃，判断三相求出的所述变比k₁₂和k₁₃是否相同，是，执行步骤S202，否，执行步骤S3；

步骤S202，根据所述变比k₁₂和k₁₃对所述变压器分接头位置进行预估计，判断预估计的分接头位置与记录的实际的分接头位置是否相同，是，计算结束，否，记录错误信息后执行步骤S3′。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3替换为：

步骤S3′，通过在理想变压器和等值阻抗之间增加虚拟节点电压，根据各量测之间的约束关系进行详细优化分析，获取变压器分接头位置的估计结果，判断所述分接头位置的估计结果与所述实际的分接头位置是否相同，是，计算结束，否，提示错误，检查和纠正参数或量测后结束计算。

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