CN103645401A - 一种基于wams数据的输电线路高抗运行状态识别方法 - Google Patents

Abstract

一种基于WAMS数据的输电线路高抗运行状态识别方法。利用主站采集的WAMS数据对输电线路进行分析计算，再根据概率论中正态分布理论，求出输电线路参数。并以计算结果为依据与实测参数进行比较，进而辨识输电线路高抗的运行状态。

Description

一种基于WAMS数据的输电线路高抗运行状态识别方法

技术领域

本发明涉及一种基于WAMS数据的输电线路高抗运行状态识别方法，属于电气工程领域下的电力系统及其自动化专业方向。

背景技术

WAMS数据具有数据密度大、能够通过本身时标进行断面对其的特点。每秒25Hz～100Hz的数据为电力系统分析提供的大量数据，即使通过电力系统传统的分析方法，经过分析计算同样可以获取大量的分析样本，为后续的数据挖掘和统计分析提供海量数据基础。

正态分布也叫常态分布，是连续随机变量概率分布的一种，自然界、人类社会、心理和教育中大量现象均按正态形式分布，例如能力的高低，学生成绩的好坏等都属于正态分布。置信区间是指由样本统计量所构造的总体参数的估计区间。在统计学中，一个概率样本的置信区间（Confidence interval）是对这个样本的某个总体参数的区间估计。置信区间展现的是这个参数的真实值有一定概率落在测量结果的周围的程度。置信区间给出的是被测量参数的测量值的可信程度，即前面所要求的“一定概率”。这个概率被称为置信水平。本方法引入正态分布和置信区间的概念，是将概率论理论集成引入电力系统应用，进行数据挖掘，对海量数据进行统计分析，进而得到准确的辨识结果。

在电力系统网络中，部分输电线路的采集PT\CT建在输电线路高抗的外侧，由这类线路采集的电流包括高抗电流和输电线路电流。因此在进行输电线路参数辨识时需要将高抗电流从采集电流中去除，以达到准确辨识的效果。但由于PMU本身原理和布点的影响，WAMS系统无法提供传统的SCADA系统中提供的电力输电网络中的开关信息，无法判断高抗的投运状态。本发明针对上述情况提出一种基于OSB总线和快速CIM模型同步器的在线模型交互方法，通过输电线路两端的拓扑关系获取高抗存与输电线路连接情况，并通过利用WAMS数据计算输电运行参数，进而判断高抗投运方式，提供了一种通过WAMS数据直接判断高抗投运状态的方法。

发明内容

针对现有技术中，由于PMU本身原理和布点的影响，WAMS系统无法提供电力输电网络中的开关信息，无法判断高抗的投运状态的技术问题，本发明提供了一种通过WAMS数据直接判断高抗投运状态的方法，通过输电线路两端的拓扑关系获取高抗存与输电线路连接情况，并通过利用WAMS数据计算输电运行参数，进而判断高抗投运方式。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于WAMS数据的输电线路高抗运行状态识别方法，其特征在于：利用主站采集的WAMS数据对输电线路进行分析计算，再根据正态分布理论，求出输电线路参数，并以计算的输电线路参数为依据与实测参数进行比较，进而辨识输电线路高抗的运行状态。

本发明提供的基于WAMS数据的输电线路高抗投运行态识别方法，其特征在于，所述高抗运行状态辨识方法包括以下步骤：

（1）读取电力调度能量管理系统EMS中电力系统模型数据和输电线路参数；

（2）对步骤（1）中读取的电力系统模型在假设所有开关的状态为合的情况下进行拓扑分析，以此判断输电线路两端是否关联高抗；

（3）读取由WAMS系统采集的在设定时间T内各采集时刻的输电线路首端电压

末端电压

首端电流

末端电流

${\stackrel{\·}{V}}_1=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

${\stackrel{\·}{V}}_2=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

${\stackrel{\·}{I}}_1=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

${\stackrel{\·}{I}}_2=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

其中，

为输电线路同一采集时刻n的首末端电压、电流，其中和

为输电线路所取数据第n时刻首端电压、电流，和

为输电线路所取数据第n时刻末端电压、电流；

（4）获取输电线路首端和末端量测高抗额定容量分别为Q_R1、Q_R2，根据高抗所在输电线路首端和末端电压

求得第n时刻对应的首端、末端高抗支路的电流，

${{\stackrel{\·}{I}}_{c1}}^{\left(n\right)}=\frac{Q_{R1}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}}$

${{\stackrel{\·}{I}}_{c2}}^{\left(n\right)}=\frac{Q_{R2}}{{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

其中，

为第n时刻输电线路首端高抗支路电流，

为第n时刻输电线路末端高抗支路电流；如果输电线路首端或末端没有高抗，则对应Q_R1=0或Q_R2=0；

（5）根据输电线路π型等值电路，

可知，

$j\frac{B^{\left(n\right)}}{2}=\frac{{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

其中，B⁽ⁿ⁾为利用第n时刻输电线路首末端电压电流计算出的对地电纳；

按照排列组合，分别计算四种高抗投运情况下的输电线路对地导纳B_ij,i，j为占位符，i=1代表首端高抗投运，j=1代表末端高抗投运；反之，0则代表对应侧高抗不投运；

求得结果表示如下：

$B_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{c}{B_{\mathrm{ij}}}^{\left(0\right)}\\ {B_{\mathrm{ij}}}^{\left(1\right)}\\ {B_{\mathrm{ij}}}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {B_{\mathrm{ij}}}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

其中，B_ij为0～n时刻数据计算的到的输电线路对地电纳集合；

（6）分别求得四种高抗投运情况下的B_ij的均值

并根据均值的正态分布函数

${\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}}~N(\mathrm{\μ},{\mathrm{\σ}}^2)$

求得置信区间

[B_low,B_high]

（7）分别计算四种高抗投运情况下的B_ij ⁽ⁿ⁾在区间[B_low,B_high]中的均值

（8）分别比较输电线路实测电纳参数B与上述所求四种情况均值

通过取差值绝对值的方法求得计算电纳与实测电纳最接近的一种方式，该方式为当前高抗投运方式。

其中，在步骤（5）中，按照排列组合，分别计算四种高抗投运情况下的B_ij,i，j为占位符，i=1代表首段高抗投运，j=1代表首段高抗投运。反之，0代表对应侧高抗未投运。四种投运情况如下：

首段高抗投运，末端高抗投运

$j\frac{{B_{11}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{({{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c1}}^{\left(n\right)})+({{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c2}}^n)}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

首段高抗投运，末端高抗未投运

$j\frac{{B_{10}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{({{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c1}}^{\left(n\right)})+{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

首段高抗未投运，末端高抗投运

$j\frac{{B_{01}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}+({{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c2}}^{\left(n\right)})}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

首段高抗未投运，末端高抗未投运

$j\frac{{B_{00}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的方法，利用EMS系统的模型数据及参数，直接使用WAMS数据就能辨识输电线路高抗的实际投运状态。不仅为原有SCADA系统的高抗遥信数据提供一种新的辅助判断依据，而且为WAMS系统中海量数据研究提供准确的电网运行状态，进而提高数据分析的准确性。

附图说明

图1是输电线路π型等值电路。

图2是本发明提供的基于WAMS数据的输电线路高抗运行状态识别方法实施流程图。

具体实施方案

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明

如附图1所示为输电线路π型等值电路。如图2所示，为该发明的具体实施流程，根据说明书附图2并结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细表述:

1、读取EMS中电力系统模型数据和输电线路参数。

2、对步骤1读取的电力模型进行拓扑分析。假设所有开关的状态为合，进行拓扑分析，判断输电线路两端是否关联高抗。

3、读取输电线路2分钟的首末端由WAMS系统采集的电压电流

${\stackrel{\·}{V}}_1=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

${\stackrel{\·}{V}}_2=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

${\stackrel{\·}{I}}_1=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

${\stackrel{\·}{I}}_2=\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(0\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(1\right)}\\ {{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

为输电线路同一时刻的首末段电压、电流。其中

和

为输电线路所取数据第n时刻首段电压、电流，和

为输电线路所取数据第n时刻末段电压、电流。

一般电网采集频率为50Hz,2分钟数据长度为

n=50×60×2=6000个

4、获取输电线路首端和末端量测高抗额定容量Q_R1、Q_R2，根据高抗所在输电线路侧电压

求得第n时刻对应高抗支路电流，

${{\stackrel{\·}{I}}_{c1}}^{\left(n\right)}=\frac{Q_{R1}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}}$

${{\stackrel{\·}{I}}_{c2}}^{\left(n\right)}=\frac{Q_{R2}}{{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

其中，

为第n时刻输电线路首端高抗支路电流，为第n时刻输电线路末端高抗支路电流。

如果输电线路某侧没有高抗，则对应Q_R1=0或Q_R2=0，进而得到

或

5、根据输电线路π型等值电路，如图1,可知

$j\frac{B^{\left(n\right)}}{2}=\frac{{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

按照排列组合，分别计算四种高抗投运情况下的B_ij,i，j为占位符，i=1代表首段高抗投运，j=1代表首段高抗投运。

（1）首段高抗投运，末端高抗投运

$j\frac{{B_{11}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{({{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c1}}^{\left(n\right)})+({{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c2}}^n)}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

（2）首段高抗投运，末端高抗未投运

$j\frac{{B_{10}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{({{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c1}}^{\left(n\right)})+{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

（3）首段高抗未投运，末端高抗投运

$j\frac{{B_{01}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}+({{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}-{{\stackrel{\·}{I}}_{c2}}^{\left(n\right)})}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

（4）首段高抗未投运，末端高抗未投运

$j\frac{{B_{00}}^{\left(n\right)}}{2}=\frac{{{\stackrel{\·}{I}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\left(n\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(n\right)}+{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(n\right)}}$

求得结果表示如下：

$B_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{c}{B_{\mathrm{ij}}}^{\left(0\right)}\\ {B_{\mathrm{ij}}}^{\left(1\right)}\\ {B_{\mathrm{ij}}}^{\left(2\right)}\\ .\\ .\\ .\\ {B_{\mathrm{ij}}}^{\left(n\right)}\end{array}\right]$

6、分别求得高抗四种投运情况下B_ij的均值

并根据均值的正态分布函数

X～N(μ,σ²)

其中

$\mathrm{\μ}={\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}}$

${\mathrm{\σ}}^2={({B_{\mathrm{ij}}}^{\left(0\right)}-{\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}})}^2+{({B_{\mathrm{ij}}}^{\left(1\right)}-{\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}})}^2+\·\·\·+{({B_{\mathrm{ij}}}^{\left(n\right)}-{\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}})}^2$

求得置信水平为95%的置信区间

[B_ij ^low,B_ij ^high]

7、分别计算四种高抗投运情况下对应的B_ij ⁽⁰⁾,B_ij ⁽¹⁾,B_ij ⁽²⁾,…,B_ij ⁽ⁿ⁾在区间[B_ij ^low,B_ij ^high]中的均值

8、计算输电线路实测参数B与计算得到的

的差值，并取绝对值其

$C_{11}=|{{\stackrel{\‾}{B}}_{11}}^{,}-B|$

$C_{10}=|{{\stackrel{\‾}{B}}_{10}}^{,}-B|$

$C_{01}=|{{\stackrel{\‾}{B}}_{01}}^{,}-B|$

$C_{00}=|{{\stackrel{\‾}{B}}_{00}}^{,}-B|$

对C₀₀、C₁₀、C₀₁、C₁₁进行排序，其中最小的C_ij对应的投运方式则为当前高抗的投运方式。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (3)

1.一种基于WAMS数据的输电线路高抗运行状态识别方法，其特征在于：利用主站采集的WAMS数据对输电线路进行分析计算，再根据正态分布理论，求出输电线路参数，并以计算的输电线路参数为依据与实测参数进行比较，进而辨识输电线路高抗的运行状态。 

2.根据权利要求1所述的基于WAMS数据的输电线路高抗投运行态识别方法，其特征在于，所述高抗运行状态辨识方法包括以下步骤： 

（1）读取电力调度能量管理系统EMS中电力系统模型数据和输电线路参数； 

（2）对步骤（1）中读取的电力系统模型在假设所有开关的状态为合的情况下进行拓扑分析，以此判断输电线路两端是否关联高抗； 

（3）读取由WAMS系统采集的在设定时间T内各采集时刻的输电线路首端电压

末端电压首端电流

末端电流

其中，

为输电线路同一采集时刻n的首末端电压、电流，其 中和

为输电线路所取数据第n时刻首端电压、电流，

和为输电线路所取数据第n时刻末端电压、电流； 

（4）获取输电线路首端和末端量测高抗额定容量分别为Q_R1、Q_R2，根据高抗所在输电线路首端和末端电压

求得第n时刻对应的首端、末端高抗支路的电流， 

其中，

为第n时刻输电线路首端高抗支路电流，

为第n时刻输电线路末端高抗支路电流；如果输电线路首端或末端没有高抗，则对应Q_R1=0或Q_R2=0。 

（5）根据输电线路π型等值电路， 

可知， 

其中，B⁽ⁿ⁾为利用第n时刻输电线路首末端电压电流计算出的对地电纳； 

按照排列组合，分别计算四种高抗投运情况下的输电线路对地导纳B_ij,i，j为占位符，i=1代表首端高抗投运，j=1代表末端高抗投运；反之，0则代表对应侧高抗不投运； 

求得结果表示如下： 

其中，B_ij为0～n时刻数据计算的到的输电线路对地电纳集合； 

（6）分别求得四种高抗投运情况下的B_ij的均值并根据均值的正态分布函数 

求得置信区间 

[B_low,B_high] 

（7）分别计算四种高抗投运情况下的B_ij ⁽ⁿ⁾在区间[B_low,B_high]中的均值

（8）分别比较输电线路实测电纳参数B与上述所求四种情况均值

通过取差值绝对值的方法求得计算电纳与实测电纳最接近的一种方式，该方式为当前高抗投运方式。 

3.根据权利要求2所述的基于WAMS数据的输电线路高抗投运行态识别方法，其特征在于： 

在步骤（5）中，四种高抗投运情况及对应的输电线路电抗值B_ij如下所示： 

首段高抗投运，末端高抗投运 

首段高抗投运，末端高抗未投运 

首段高抗未投运，末端高抗投运 

首段高抗未投运，末端高抗未投运 

。

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