CN103617553A - 一种电网数据质量综合提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网数据质量综合提升系统，集开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块于一体，实现电网量测数据、模型数据的综合提升。开关估计模块对电网中断路器、刀闸的状态进行在线辨识和修正，并给出可疑开关列表；拓扑估计模块面向多源数据实现遥信数据在线辨识，列出电网中的拓扑岛和拓扑节点；状态估计模块将多种估计算法相融合对外提供在线状态估计服务和离线状态估计服务；参数估计模块包括参数辨识、估计与评估，实现电网参数的在线辨识。本发明将实现量测数据、模型数据的综合提升，提高电网分析控制水平。

Description

一种电网数据质量综合提升系统

技术领域

本发明涉及电力系统数据系统领域，具体为一种电网数据质量综合提升系统。

背景技术

随着电网建设的快速发展，以及大电网在物理上的复杂性，使得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，必须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，而是基于实时运行数据进行闭环自动控制，这就对电网运行数据的精确度和可靠性提出了更高要求。

由于直接用量测系统采集的实时数据进行电网实时分析计算，可信度不高。因此需要通过状态估计对实时采集数据进行分析处理，然而现有状态估计系统在估计结果的准确性和可靠性方面都达不到自动闭环控制的要求。此外网络模型、设备参数等构建物理电网的镜像系统的基础，然而目前多采用人工配置的方式，不能及时反映电网模型、设备参数的变化，从而导致后续分析结果偏离实际电网的运行状态。因此一方面需要开发先进状态估计系统，大幅提高量测数据的可信性，另一方面需要开发参数估计和拓扑估计系统，实时更新网络参数。构建电网数据质量提升与在线共享平台，实现量测数据、模型数据的综合提升，是提高电网分析控制水平的基础和关键。

发明内容

为了实现电网量测数据、模型数据的综合提升，本发明的目的是提供一种电网数据质量综合提升系统。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：包括通过程序构建的开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块，其中：

开关估计模块根据规则法对电网中的断路器、刀闸的状态进行在线辨识和修正其错误的状态，并给出可疑开关列表；

拓扑估计模块实时处理支路开关信息的变化，即遥信数据，形成新的网络拓扑结构，自动划成子系统，给应用程序提供新的拓扑下的信息和数据，即实现遥信数据的在线辨识；

状态估计模块被称作滤波，其利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态；

参数估计模块实现电网参数的在线辨识，其包括参数辨识、估计与评估。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块为一个既相互联系又相互独立的系统，各种估计模块采用组建管理思想构成的一个松耦合的应用系统，估计模块之间不但可解耦，且估计模块间接口都有相应的规范，并由组件管理平台对所有估计模块进行统一管理，任一估计模块的加载、卸载、启动、停止都不会对其它估计模块构成影响。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块四者相互耦合，则电网数据质量提升系统将实现四个估计模块在不同时间尺度上的协调。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：开关估计模块是根据断路器、刀闸所在线路，与断路器、刀闸相连的导电设备的数据进行分析，进而来辨识出断路器、刀闸的状态并修正；开关估计模块的数据输入是来自平台上的元数据容器，修改后的数据同样反映到元数据容器；开关估计模块提供配置界面，由用户自己配置自己所需规则，并实现规则运行时动态加载。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：拓扑估计模块面向多源数据，实现遥信数据的在线辨识，列出电网中的拓扑岛和拓扑节点；拓扑估计模块是电力系统中的各种计算分析的基础，一方面提供电网的运行情况，包括安全防护，失电状况，电网是否发生合环、解环、并列、解列，另一方面，给出后续计算所需要的数值模型，包括潮流计算、状态估计。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：状态估计模块是将多种估计算法相融合对外提供在线状态估计服务和离线状态估计服务；状态估计模块是根据可获取的量测数据估算系统内部状态的方法，是通过统计学的方法加以处理以求出对状态向量的估计值，状态估计模块也叫实时潮流。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：拓扑估计模块与状态估计模块是紧密结合的。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：参数估计模块是实现电网参数的在线辨识；参数估计模块包括参数辨识、估计与评估。

一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：将实现量测数据、模型数据的综合提升，提高电网分析控制水平。

本发明是集开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块和参数估计模块于一体的电网数据质量综合提升系统。这四个估计模块有各自的功能，且各估计模块采用组建管理思想构成一个松耦合的应用系统，估计模块之间不但可解耦，且估计模块间接口都有相应的规范，并由组件管理平台对所有模块进行统一管理，任一模块的加载、卸载、启动、停止都不会对其它估计模块构成影响。该系统将实现量测数据、模型数据的综合提升，提高电网分析控制水平。

附图说明

图1为本发明电网数据质量提升系统的功能模块图。

图2为本发明数据平台应用流程图。

图3为本发明数据质量提升系统中状态估计应用流程图。

具体实施方式

一种电网数据质量综合提升系统，包括通过程序构建的开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块，其中：

开关估计模块根据规则法对电网中的断路器、刀闸的状态进行在线辨识和修正其错误的状态，并给出可疑开关列表；

拓扑估计模块实时处理支路开关信息的变化，即遥信数据，形成新的网络拓扑结构，自动划成子系统，给应用程序提供新的拓扑下的信息和数据，即实现遥信数据的在线辨识；

状态估计模块被称作滤波，其利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态；

参数估计模块实现电网参数的在线辨识，其包括参数辨识、估计与评估。

开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块为一个既相互联系又相互独立的系统，各种估计模块采用组建管理思想构成的一个松耦合的应用系统，估计模块之间不但可解耦，且估计模块间接口都有相应的规范，并由组件管理平台对所有估计模块进行统一管理，任一估计模块的加载、卸载、启动、停止都不会对其它估计模块构成影响。

开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块四者相互耦合，则电网数据质量提升系统将实现四个估计模块在不同时间尺度上的协调。

开关估计模块是根据断路器、刀闸所在线路，与断路器、刀闸相连的导电设备的数据进行分析，进而来辨识出断路器、刀闸的状态并修正；开关估计模块的数据输入是来自平台上的元数据容器，修改后的数据同样反映到元数据容器；开关估计模块提供配置界面，由用户自己配置自己所需规则，并实现规则运行时动态加载。

拓扑估计模块面向多源数据，实现遥信数据的在线辨识，列出电网中的拓扑岛和拓扑节点；拓扑估计模块是电力系统中的各种计算分析的基础，一方面提供电网的运行情况，包括安全防护，失电状况，电网是否发生合环、解环、并列、解列，另一方面，给出后续计算所需要的数值模型，包括潮流计算、状态估计。

状态估计模块是将多种估计算法相融合对外提供在线状态估计服务和离线状态估计服务；状态估计模块是根据可获取的量测数据估算系统内部状态的方法，是通过统计学的方法加以处理以求出对状态向量的估计值，状态估计模块也叫实时潮流。

拓扑估计模块与状态估计模块是紧密结合的。

参数估计模块是实现电网参数的在线辨识；参数估计模块包括参数辨识、估计与评估。

将实现量测数据、模型数据的综合提升，提高电网分析控制水平。

本发明提出了一种涵盖开关估计、拓扑估计、状态估计、参数估计于一体的电网数据质量综合提升系统。开关估计是以规则法来对电网中断路器、刀闸的状态进行辨识和修正，并将可疑断路器、刀闸以可疑列表的形式给出；拓扑估计引擎面向多源数据，实现遥信数据的在线辨识；状态估计引擎以清华大学自主研发的“先进状态估计”算法为核心，对外提供在线状态估计服务和离线状态估计服务；参数估计引擎实现参数辨识、估计与评估的参数估计体系，实现网络参数的在线辨识。开关估计、拓扑估计、状态估计、参数估计四者相互耦合，因此电网数据质量提升引擎将实现四者在不同时间尺度上的协调。

如图1所示，整个电网数据质量提升系统的功能模块图，整个系统包括5层：数据输入层，数据处理层，数据提升层，数据输出层和客户端。

数据输入层：负责源数据的解析、动态数据的管理；

数据处理层：负责数据的校验与预处理；

数据提升层：基于核心算法。全面提升电网综合数据；

数据输出层：负责数据的存储与交互；

客户端：完成人机交互的功能。

本发明的数据平台应用流程如图2所示：

（1）用户指定需要解析的数据文件的类型、存放目录、更新周期，点击开始则开始进行数据的更新；

（2） 数据解析完成之后，用户可以在图形界面上查看数据并进行编辑；

（3） 用户可以定义感兴趣的数据，在数据编号的时候可以收到数据变化的通知。

如图3所示，表示本发明中状态估计这一模块的应用流程图，该流程图包括校验与预处理，量测匹配与拓扑分析，状态估计三个部分，具体描述如下：

（1）校验与预处理：当模型数据发生变化时，对新的模型进行校验与预处理；当遥信数据发生变化时，依托于检修计划、运行方式等辅助信息，对新的遥信进行校验与预处理；当遥测数据发生变化时，依托于发电计划、伪量测等信息，对新的遥测进行校验与预处理。

（2）量测匹配与拓扑分析：对校验后的模型数据、遥测数据、遥信数据，进行量测匹配与拓扑分析，形成计算模型数据。

（3）状态估计：进行可观测分析，抽离出状态可观测的电气岛；在可观测的电气岛内，在综合考虑量测控制信息的情况下进行状态估计，生成当前系统潮流数据、可疑量测数据以及状态估计性能指标等数据，并输出到数据层。

本发明中：

1、开关估计模块

开关估计是根据断路器、刀闸所在线路，与断路器、刀闸相连的导电设备，包括同步电机、负荷、补偿器、变压器等，对这些线路或导电设备的数据进行分析，依据规则来辨识断路器、刀闸状态，并进行修正。

开关估计的算法有残差法、规则法、新息图法、神经网络法以及最小信息损失法。所述的开关估计的算法是规则法。

开关估计有自动模式和手动模式两种实现方式。

开关估计既可以本地运行，也可以在Web下运行。

开关估计的网架和量测数据可以来自文件，也可以来自平台上的数据容器。

开关估计的数据输入来自平台上的元数据容器，修改后的数据同样反映到元数据容器。

开关估计中所使用的规则可以由用户自己配置，并提供配置界面，实现规则运行时动态加载。

开关估计中规则法的界面配置是用java中反射法实现的。

开关估计的应用中，实现从三层Map读入数据，并将修改后数据写回三层Map。

开关设计有其基本的操作界面，界面上包括元数据的输入和输出以及可疑开关列表。

2、拓扑估计

网络拓扑根据开关状态和电网元件关系，将网络物理模型转化为计算用模型，运用堆栈原理，搜索网络图的树支，来判断支路的连通状态，划分电网中的各拓扑岛。

拓扑估计的任务是实时处理支路开关信息的变化，即遥信数据，形成新的网络拓扑结构，自动划成子系统，给潮流计算等应用程序提供新的拓扑下的信息和数据。

拓扑估计是面向多源数据，实现遥信数据的在线辨识。

拓扑估计与状态估计是紧密结合的。

拓扑估计一般应用流程为：规则法拓扑错误辨识 ® 可观测性分析 ®状态估计[1] ® 支路拓扑错误辨识 ® 厂站拓扑错误辨识 ® 状态估计[2]。

拓扑估计流程中的规则法拓扑错误辨识主要是通过遥信和遥测的一致性检查来纠正一些明显的拓扑错误。

拓扑估计流程中的可观测性分析的输入数据是经过拓扑分析之后的计算模型，输出为可观测部分的计算模型。

拓扑估计流程中的状态估计[1]的输入数据是计算模型，输出为状态变量、残差以及计算模型下所有的注入功率、支路功率、节点电压幅值等估计值。

拓扑估计流程中支路拓扑错误辨识的输入数据是计算模型以及状态估计结果等信息，输出数据为计算模型下的拓扑错误支路。

拓扑估计流程中厂站拓扑错误辨识的输入数据为流程状态估计[1]的输出信息、计算模型、物理模型、拓扑错误的支路等信息；输出数据为厂站内拓扑错误的开关和刀闸。

拓扑估计流程中状态估计[2]的输入为新的计算模型，输出为状态变量、残差以及新的物理模型下所有的注入功率、支路功率、节点电压幅值等估计值。

3、状态估计

状态估计是利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态（或轨道）。它被称作滤波。

状态估计可以对外提供在线状态估计服务和离线状态估计服务。

状态估计分为动态估计和静态估计两种。动态估计是根据方程以某一时刻的测量数据作为初值进行下一个时刻状态量的估计；静态估计是仅仅根据某时刻测量数据，确定该时刻的状态量的估计。

状态估计是EMS中保证电力系统实时数据质量的重要一环，它为其他应用程序的实现奠定了基础。

状态估计是对给定的系统结构及量测配置，在量测量有误差的情况下，估计出系统的真是状态---各母线上的电压相角与模值及各元件上的潮流。状态估计有手动模式和自动模式。状态估计实现了Web模式。

4、参数估计

参数估计是实现参数辨识、估计与评估的参数估计，实现网络参数的在线辨识。

参数估计的应用流程一般可以表示为：可观测性分析 ® 状态估计[1] ® 参数辨识 ® 参数主导性评估 ® 参数估计(线路参数估计和变压器分接头位置估计) ® 参数估计精度评估 ® 状态估计[2]。

参数估计流程中状态估计[1]的输入数据是计算模型，输出为状态变量、残差以及计算模型下所有的注入功率、支路功率、节点电压幅值等估计值。

参数估计流程中参数辨识的输入数据为计算模型、残差信息等；输出为参数可疑的支路和变压器集。

参数估计流程中参数主导性评估的输入数据为计算模型；输出数据为主导性的线路。

参数估计流程中参数估计的输入数据为计算模型，输出为估计后的线路参数和变压器分接头位置。

参数估计流程中参数估计精度评估的输入数据为计算模型、估计后的线路参数和变压器分接头位置，输出数据为对应的参数估计精度值。

参数估计流程中状态估计[2]的输入数据是新的参数下的计算模型，输出为状态变量、残差以及物理模型下所有的注入功率、支路功率、节点电压幅值等估计值。

Claims (9)

1.一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：包括通过程序构建的开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块，其中：

开关估计模块根据规则法对电网中的断路器、刀闸的状态进行在线辨识和修正其错误的状态，并给出可疑开关列表；

拓扑估计模块实时处理支路开关信息的变化，即遥信数据，形成新的网络拓扑结构，自动划成子系统，给应用程序提供新的拓扑下的信息和数据，即实现遥信数据的在线辨识；

状态估计模块被称作滤波，其利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态；

参数估计模块实现电网参数的在线辨识，其包括参数辨识、估计与评估。

2.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块为一个既相互联系又相互独立的系统，各种估计模块采用组建管理思想构成的一个松耦合的应用系统，估计模块之间不但可解耦，且估计模块间接口都有相应的规范，并由组件管理平台对所有估计模块进行统一管理，任一估计模块的加载、卸载、启动、停止都不会对其它估计模块构成影响。

3.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：开关估计模块、拓扑估计模块、状态估计模块、参数估计模块四者相互耦合，则电网数据质量提升系统将实现四个估计模块在不同时间尺度上的协调。

4.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：开关估计模块是根据断路器、刀闸所在线路，与断路器、刀闸相连的导电设备的数据进行分析，进而来辨识出断路器、刀闸的状态并修正；开关估计模块的数据输入是来自平台上的元数据容器，修改后的数据同样反映到元数据容器；开关估计模块提供配置界面，由用户自己配置自己所需规则，并实现规则运行时动态加载。

5.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：拓扑估计模块面向多源数据，实现遥信数据的在线辨识，列出电网中的拓扑岛和拓扑节点；拓扑估计模块是电力系统中的各种计算分析的基础，一方面提供电网的运行情况，包括安全防护，失电状况，电网是否发生合环、解环、并列、解列，另一方面，给出后续计算所需要的数值模型，包括潮流计算、状态估计。

6.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：状态估计模块是将多种估计算法相融合对外提供在线状态估计服务和离线状态估计服务；状态估计模块是根据可获取的量测数据估算系统内部状态的方法，是通过统计学的方法加以处理以求出对状态向量的估计值，状态估计模块也叫实时潮流。

7.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：拓扑估计模块与状态估计模块是紧密结合的。

8.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：参数估计模块是实现电网参数的在线辨识；参数估计模块包括参数辨识、估计与评估。

9.根据权利要求1一种电网数据质量综合提升系统，其特征在于：将实现量测数据、模型数据的综合提升，提高电网分析控制水平。

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