CN107506897A - 平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统数据检测与修正技术领域，尤其涉及一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法。针对现有方法工程量大及在实际电网中应用困难的问题，本发明提出一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法。该方法首先对节点进行功率平衡计算，将平衡节点经拓扑分析连接成岛，然后从平衡节点岛边界节点出发修正不平衡支路，再由平衡支路修正不平衡节点，逐步扩大平衡节点范围，降低不平衡节点数量，最终完成稳态运行数据的检测辨识与修正。本发明不仅提高了电网稳态运行数据的检测辨识速度，而且提高了检测辨识的准确度和精度，对电网稳态运行数据的检测辨识效果有很大提升。

Description

平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法

技术领域

本发明属于电力系统数据检测与修正技术领域，尤其涉及一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法。

背景技术

到目前为止国内外进行电网稳态运行数据检测辨识与修正的研究方法大致可归纳为基于状态估计和基于数据挖掘的两大类方法。其中基于状态估计的数据检测辨识与修正方法主要有估计辨识法、残差搜索法、零残差法和非二次准则法。这几种方法以标准残差值或加权残差作为特征值，假设其服从某一概率分布，并按照一定的置信度水平确定一个门槛值，进行假设检验。找到可疑数据后，将其排除或减小其权值，得到新的状态估计值。然而这些方法在检测辨识过程中可能会出现残差淹没或残差污染现象，从而造成误检或漏检。另外由于在辨识过程中需进行多次状态估计，导致计算量很大。而数据挖掘是从大量的、不完全的数据中找到包含在其中有用的信息和知识的过程。基于数据挖掘的数据检测辨识与修正方法，可分为基于间隙统计、基于模糊理论和聚类分析以及基于神经网络的三种方法。基于间隙统计的方法首先利用神经网络对数据进行预处理,再通过间隙统计算法自动确定数据的最佳聚类个数,最后通过聚类分析对正常数据和不良数据进行聚类,实现基础数据的检测辨识；基于模糊聚类的迭代自组织数据分析技术，采用数据挖掘方法中的模糊集方法和聚类分析方法相结合的方法来实现不良数据的检测辨识，此方法的不足之处在于，要人为的确定隶属度的大小,具有一定的主观性；基于神经网络的方法，该方法结构简单,可实现不良数据的检测与辨识，然而该方法对阈值的选取带有很大的主观性和经验性,使得实际应用比较困难。

发明内容

针对上述问题，本发明利用电网功率平衡节点占多数这一特征，提出一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，包括以下步骤：

步骤1)形成邻接表：建立节点-节点和节点-设备的混合二维邻接表；

步骤2)进行节点功率平衡计算：基于系统在某一时刻采集的量测断面，结合网络结构，对所有计算节点进行节点功率平衡计算；

步骤3)形成平衡节点岛：对所有经过节点功率平衡计算的平衡节点进行拓扑分析，将平衡节点连成平衡节点岛，并将岛内所有数据置信度置为1，视为正确数据，对所有支路进行平衡计算，将满足支路功率平衡条件的支路量测数据置信度置为1，视为正确数据；

步骤4)对可疑遥信数据进行辨识与修正：遍历所有交流线段、变压器绕组、发电机，检验这些设备功率量测从设备到计算节点的流通回路；对于无流通回路能连接到计算节点的非零量测数据，将此量测相关的遥信数据辨识为可疑遥信数据并修正，修正后使得此量测有回路连接到计算节点，寻找闭合回路，将回路上可疑的遥信数据形成可疑遥信数据集；

步骤5)对不良遥测数据进行辨识与修正：从平衡节点岛的边界节点出发，采用广度优先算法向外扩散，先利用平衡节点修正不平衡支路，再利用平衡支路修正不平衡节点，逐步扩大平衡节点的范围，进而将平衡节点岛连通，辨识修正所有稳态运行的不良遥测数据；

步骤6)对不良遥信数据进行辨识与修正：根据可疑遥信数据集并依据遥信数据误检条件，将可疑遥信数据集中的误检数据剔除与修正，对于足够大的量测，修正后的可疑遥信到母线形成闭合回路且使得母线功率平衡，若最终该量测未被修正，则确定该可疑遥信为不良遥信，最终形成不良遥信数据集。

所述节点功率平衡的计算方法为：

步骤a)判断是否遍历完所有计算节点，若完成遍历，则结束计算，否则进入步骤b)；

步骤b)统计与计算节点相连的设备数m以及遥测数n，判断设备数m与遥测数n是否相等，若不相等则返回步骤a)，否则进入步骤c)；

步骤c)进行节点功率平衡计算，并存储计算结果。

所述对可疑遥信数据进行辨识与修正的具体方法为：

步骤A：判断是否遍历完所有支路，若完成遍历，则结束辨识，否则进入步骤B；

步骤B：选取一条支路，判断是否满足有功量测大于0.8kW以及无功量测大于0.2kW，若不满足，则返回步骤A，否则进入步骤C；

步骤C：结合采集的实际遥信数据，搜索母线闭合回路，判断是否有闭合回路，若判断为有闭合回路，则返回步骤A，否则进行步骤D；

步骤D：搜索能够闭合的回路，将回路上可疑的遥信数据形成可疑遥信数据集，再次返回步骤A，直到遍历完所有支路后结束。

所述平衡节点修正不平衡支路的方法为：

对平衡节点进行拓扑分析后连成平衡节点岛，从平衡节点岛边界开始向外扩散，首先对支路进行平衡计算，当支路平衡时，向外扩散到下一个节点；当支路不满足平衡时，根据置信度较高的数据修正置信度较低的数据，即由靠近平衡节点侧的遥测数据修正另一端不平衡支路遥测数据。

所述平衡支路修正不平衡节点的方法为：

在平衡节点修正不平衡支路的基础上，对不平衡节点所连支路进行遍历，找到不满足支路功率平衡条件的支路并确定不良遥测，将节点的不平衡功率修正给该不平衡支路，从而使该不平衡节点满足功率平衡。

所述支路功率平衡条件为：

(1)当支路首末端量测之和小于等于最大量测的5％时，则判定支路平衡；

(2)若按最大量测的5％计算不合理，则当支路首末端量测之和小于等于绝对误差3.0kw，则判定支路平衡；

所述不良遥测数据的修正方法为：

对于线路遥测数据的修正，按线路损耗的3％修正流入端或流出端的遥测数据；

对于绕组遥测数据的修正，按绕组损耗的1.5％修正流入端或流出端的遥测数据。

所述遥信数据误检条件为：对于足够大的量测，将到母线形成闭合回路，但最终不能使母线功率平衡的可疑遥信确认为误检的可疑遥信，具体分为以下两种情况：

第一种情况：将从母线上除去该量测后又满足母线功率平衡的可疑遥信确定为误检的可疑遥信；

第二种情况：若该量测在扩散搜索过程中从足够大值修正为接近于零的足够小值，则确定该可疑遥信为误检的可疑遥信。

本发明的有益效果在于：

本发明将电网中功率平衡的节点通过拓扑分析连接成平衡节点岛，进而从节点岛边界出发向外扩散，检测辨识电网中不良的遥测及遥信数据，通过本方法检测电力系统稳态数据，不仅提高了电网稳态运行数据的检测辨识速度，而且提高了检测辨识的准确度和精度，对电网稳态运行数据的检测辨识效果有很大提升。

附图说明

附图1为电网稳态运行数据检测辨识与修正方法的流程图；

附图2为节点-节点和节点-设备混合邻接表图；

附图3为节点功率平衡计算流程图；

附图4为可疑遥信数据检测辨识与修正流程图；

附图5为根据平衡节点修正不平衡支路示例图；

附图6为根据平衡支路修正不平衡节点示例图；

附图7为剔除误检遥信数据示例图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图1为电网稳态运行数据检测辨识与修正方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤一：形成邻接表：建立节点-节点和节点-设备混合二维邻接表，用来存储当前节点的邻接节点以及当前节点与邻接节点间的设备信息。

步骤二：进行节点功率平衡计算：基于系统在某一时刻采集的量测断面，结合网络结构，对所有计算节点进行节点功率平衡计算。并将计算结果作为各计算节点在后续搜索中判断是否平衡的基础数据，或者在修正遥测或遥信数据时，作为相关节点平衡计算的基础数据。

步骤三：形成平衡节点岛：当完成初次节点功率平衡计算后，对所有节点进行拓扑分析，将计算得到的平衡节点连成平衡节点岛，并将岛内所有数据置信度置为1，视为正确数据，对所有支路进行平衡计算，将满足支路判定依据的支路量测数据置信度置为1，视为正确数据；所有正确数据在检测辨识过程中均不会被修正。

步骤四：对可疑遥信数据进行辨识与修正：遍历所有交流线段、变压器绕组、负荷、发电机，完成对这些设备功率量测的流通回路检验；对于无流通回路能连接到计算节点的非零量测数据，将此量测数据的遥信数据辨识为可疑遥信数据并修正，修正后使得有回路连接到计算节点，依据检测支路上的有功、无功功率或电流，寻找闭合回路，并将闭合回路上可疑的遥信数据形成可疑遥信数据集。

步骤五：对不良遥测数据进行辨识与修正：经过可疑遥信数据修正后，继续对不良遥测数据进行辨识与修正，从平衡节点岛边界节点出发，采用广度优先算法向外扩散，先根据平衡节点修正不平衡支路，再根据平衡支路修正不平衡节点，逐步扩大平衡节点的范围，进而将平衡节点岛联通，辨识修正所有稳态运行的不良遥测数据；

步骤六：对不良遥信数据进行辨识与修正：在可疑遥信数据集相关的遥测数据可靠的前提下，结合遥信数据误检条件，将检测辨识出的可疑遥信数据集中的误检的遥信数据剔除并更正，最终形成不良遥信数据集。

进一步的，所述的邻接表与传统拓扑分析不同，由于辨识过程不能简单将搜索过程分解为由连接节点形成计算节点和由计算节点形成岛两个过程，而是需要动态搜索设备间的连接关系，在动态搜索过程中考虑开关不同状态的影响，因此本发明采用如图2所示的节点-节点和节点-设备混合二维邻接表，该邻接表既存储当前节点与邻接节点信息，也存储当前节点与邻接节点间的设备信息，包括所有一次电气设备。在实际过程中，将T接线的T接点、变压器和分裂电抗器的虚拟节点均作为计算节点，剩下只有双端(如绕组、线路、电抗、刀闸、断路器等)和单端设备(如负荷、发电机等)的支路设备，最终形成二维邻接表。

进一步的，附图3为节点功率平衡计算流程图，如图3所示，节点功率平衡计算包括以下步骤：

步骤1)：判断是否遍历完所有计算节点，若完成遍历，则结束计算，否则进入步骤2)；

步骤2)：统计与计算节点相连的设备数m及遥测数n，判断设备数m与遥测数n是否相等，若不相等则返回步骤1)，否则进入步骤3)；

步骤3)：进行节点功率平衡计算，并存储计算结果。

其中，判定节点功率平衡的依据为：对于母线上的不平衡功率大小往往与电压等级关系密切：电压等级越高，每条支路流通功率往往越大，导致相连母线平衡计算误差也越大。因此，本系统母线平衡判定依据不同电压等级，采用不同的平衡判定条件。通常情况下电压等级越高，允许的误差范围就越大。本发明根据电网的实际情况，制订了如表1所示的节点功率平衡判定条件。

表1不同电压等级节点功率平衡判定条件(允许误差，单位kW)

进一步的，附图4为可疑遥信数据检测辨识与修正流程图，如图4所示，所述对可疑遥信数据进行辨识与修正的方法包括以下步骤：

步骤1)：判断是否遍历完所有支路，若完成遍历，则结束辨识，否则进入步骤2)；遍历的支路既包括线路、绕组、发电机、负荷等设备支路，还包括母联断路器。

步骤2)：选取一条支路，判断是否同时满足有功量测大于0.8kW以及无功量测大于0.2kW，若不满足，则返回步骤1)，否则进行步骤3)；

步骤3)：结合采集的实际遥信数据，搜索母线闭合回路，判断是否有闭合回路，若判断为有闭合回路，则返回步骤1)，否则进行步骤4)；

步骤4)：搜索能够闭合的回路，将回路上可疑的遥信数据形成可疑遥信数据集，再次返回步骤1)，直到遍历完所有支路，结束辨识。在搜索能闭合回路的过程中碰到的开关状态均置为“合”，当找到能闭合的回路时，则优先将量测闭合到不平衡的节点上去。这一系列操作均假定了遥测值可靠，根据遥测数据辨识遥信状态，实际情况可能是遥测值本应为零值，对应的遥信状态为断开。因此该检测辨识形成的遥信数据集只是可疑遥信集合，只有通过后续将遥信误检删除的操作后才形成真正的不良遥信集合。

进一步的，对不良遥测数据进行辨识与修正的过程是建立在可疑遥信数据检测辨识的基础上。在不良遥测辨识中，首先对进行平衡计算后的平衡节点进行拓扑分析，将平衡节点连成拓扑岛，然后从平衡节点岛出发，采用广度优先算法向外扩散。先根据平衡节点修正不平衡支路，再根据平衡支路修正不平衡节点，逐步扩大平衡节点的范围，进而将平衡节点岛联通，辨识修正所有稳态运行不良遥测数据。

具体的，根据平衡节点修正不平衡支路的方法为：将拓扑分析后的平衡节点连成平衡节点岛，从平衡节点岛边界开始向外扩散，首先对支路进行平衡计算，当满足支路功率平衡条件时，则向外扩散到下一个节点；当不满足支路功率平衡条件时，则利用置信度较高的数据修正置信度较低的数据，即由靠近平衡节点侧的遥测数据修正另一端不平衡支路遥测数据。如图5所示的根据平衡节点修正不平衡支路示例图，节点1、3为平衡节点，节点2为不平衡节点，节点1和节点2之间线路ln1右端遥测数据异常，导致节点平衡计算后支路ln1以及节点2均不满足功率平衡。节点1、3连成平衡节点岛，由边界节点1开始向外扩散，对支路ln1进行平衡计算，发现其不满足支路平衡条件(考虑正常线耗)，因此由ln1靠近节点1侧的遥测数据考虑正常线损之后修正ln1靠近节点2侧的遥测数据，然后对节点2进行平衡计算，若满足平衡，则将其连入平衡节点岛，若不满足，则返回继续由平衡节点岛其他边界向外扩散。

具体的，根据平衡支路修正不平衡节点的方法为：在平衡节点修正不平衡支路的基础上，对不平衡节点所连支路进行遍历，找到不满足支路功率平衡条件的支路并确定不良遥测，将节点的不平衡功率修正给该不平衡支路，从而使该不平衡节点满足功率平衡。如图6所示的根据平衡支路修正不平衡节点示例图，节点1、2、3为平衡节点，节点4为不平衡节点，对节点4进行节点平衡计算，得出其不满足平衡条件，对节点4所连支路进行遍历，发现节点4所连支路只有ld1不满足支路平衡，导致平衡计算后节点4不满足功率平衡，其余支路均满足支路平衡，由此可确定支路ld1遥测数据不正确，则将节点4的不平衡功率修正给支路ld1。根据平衡支路修正不平衡节点是基于平衡节点修正完不平衡支路后而进行的，两者并非独立进行，针对实际电网的数据，采用广度优先的方法基于平衡节点岛向外扩散，搜索可疑遥测和修正不良遥测数据，扩散过程是根据平衡节点岛修正不平衡支路与根据平衡支路修正不平衡节点交替进行，逐步降低不平衡节点数量，扩大平衡节点岛范围，最终完成不良基础数据检测辨识，输出不良遥测集合。

其中，判定支路功率平衡的依据为：与节点平衡判定不同，支路(线路)的平衡判定要考虑支路损耗；变压器虚拟节点(在绕组的末端)在做平衡计算时要考虑绕组的损耗才能将首端量测折算到末端；不平衡支路通过一端遥测修正另一端遥测时也需要考虑支路损耗。一般情况下，电网建设必须满足一定的经济性指标，如线路损耗百分比。因此，本发明对支路功率平衡的判定按百分比给出允许的误差范围，只有当按百分比计算后的误差范围不合理时才按绝对误差限定。根据电网实际情况，制订了表2所示支路平衡判定依据。

表2支路平衡判定依据

所述对不良遥测数据修正的依据为：本发明对支路功率平衡的判定按百分比给出允许的误差范围，只有当按百分比计算后的误差范围不合理时才按绝对误差限定。根据电网实际情况，制订了表3所示的不良遥测数据修正依据。

表3不良遥测数据修正依据

进一步的，所述对不良遥信数据进行辨识与修正，是通过上述检测辨识出的可疑遥信数据集，结合形成的不良遥测数据集将可疑遥信数据集合中的误检数据剔除与更正，形成最终的不良遥信数据集。

具体的，所述不良遥信数据的判定依据为：根据可疑遥信数据集以及不良遥测数据集，对于足够大的量测，可疑遥信到母线形成闭合回路并使得母线平衡。若最终量测没有被修正过，则判定该可疑遥信为不良遥信。如图7所示的剔除误检遥信数据示例图，若量测p1值足够大，可疑遥信cb1到母线1形成闭合回路，并使得母线1能平衡。若最终量测p1没有被修正过，则确定cb1就是不良遥信。

具体的，所述遥信数据的误检条件为：对于足够大的量测，可疑遥信到母线形成闭合回路，但最终不能使母线平衡。第一种情况：通过进一步尝试从该母线上除去该量测后又满足母线平衡，则确定遥信为误检。第二种情况：若该量测在扩散搜索过程中从足够大值修正为足够小值(接近零)，则确定遥信属误检。如图7所示的剔除误检遥信数据示例图，若量测p1值足够大，可疑遥信cb1到母线1形成闭合回路，但最终不能使母线1平衡。第一种情况：通过进一步尝试从该母线上除去p1量测后又满足母线平衡，则确定cb1遥信为误检。第二种情况：若p1量测在扩散搜索过程中从足够大值修正为足够小值(接近零)，则确定cb1属误检。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)形成邻接表：建立节点-节点和节点-设备的混合二维邻接表；

步骤2)进行节点功率平衡计算：基于系统在某一时刻采集的量测断面，结合网络结构，对所有计算节点进行节点功率平衡计算；

步骤3)形成平衡节点岛：对所有经过节点功率平衡计算的平衡节点进行拓扑分析，将平衡节点连成平衡节点岛，并将岛内所有数据置信度置为1，视为正确数据，对所有支路进行平衡计算，将满足支路功率平衡条件的支路量测数据置信度置为1，视为正确数据；

步骤4)对可疑遥信数据进行辨识与修正：遍历所有交流线段、变压器绕组、发电机，检验这些设备功率量测从设备到计算节点的流通回路；对于无流通回路能连接到计算节点的非零量测数据，将此量测相关的遥信数据辨识为可疑遥信数据并修正，修正后使得此量测有回路连接到计算节点，寻找闭合回路，将回路上可疑的遥信数据形成可疑遥信数据集；

步骤5)对不良遥测数据进行辨识与修正：从平衡节点岛的边界节点出发，采用广度优先算法向外扩散，先利用平衡节点修正不平衡支路，再利用平衡支路修正不平衡节点，逐步扩大平衡节点的范围，进而将平衡节点岛连通，辨识修正所有稳态运行的不良遥测数据；

步骤6)对不良遥信数据进行辨识与修正：根据可疑遥信数据集并依据遥信数据误检条件，将可疑遥信数据集中的误检数据剔除与修正，对于足够大的量测，修正后的可疑遥信到母线形成闭合回路且使得母线功率平衡，若最终该量测未被修正，则确定该可疑遥信为不良遥信，最终形成不良遥信数据集。

2.根据权利要求1所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述节点功率平衡的计算方法为：

步骤a)判断是否遍历完所有计算节点，若完成遍历，则结束计算，否则进入步骤b)；

步骤b)统计与计算节点相连的设备数m以及遥测数n，判断设备数m与遥测数n是否相等，若不相等则返回步骤a)，否则进入步骤c)；

步骤c)进行节点功率平衡计算，并存储计算结果。

3.根据权利要求1所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述对可疑遥信数据进行辨识与修正的具体方法为：

步骤A：判断是否遍历完所有支路，若完成遍历，则结束辨识，否则进入步骤B；

步骤B：选取一条支路，判断是否满足有功量测大于0.8kW以及无功量测大于0.2kW，若不满足，则返回步骤A，否则进入步骤C；

步骤C：结合采集的实际遥信数据，搜索母线闭合回路，判断是否有闭合回路，若判断为有闭合回路，则返回步骤A，否则进行步骤D；

步骤D：搜索能够闭合的回路，将回路上可疑的遥信数据形成可疑遥信数据集，再次返回步骤A，直到遍历完所有支路后结束。

4.根据权利要求1所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述平衡节点修正不平衡支路的方法为：

对平衡节点进行拓扑分析后连成平衡节点岛，从平衡节点岛边界开始向外扩散，首先对支路进行平衡计算，当支路平衡时，向外扩散到下一个节点；当支路不满足平衡时，根据置信度较高的数据修正置信度较低的数据，即由靠近平衡节点侧的遥测数据修正另一端不平衡支路遥测数据。

5.根据权利要求1所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述平衡支路修正不平衡节点的方法为：

在平衡节点修正不平衡支路的基础上，对不平衡节点所连支路进行遍历，找到不满足支路功率平衡条件的支路并确定不良遥测，将节点的不平衡功率修正给该不平衡支路，从而使该不平衡节点满足功率平衡。

6.根据权利要求1或5所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述支路功率平衡条件为：

(1)当支路首末端量测之和小于等于最大量测的5％时，则判定支路平衡；

(2)若按最大量测的5％计算不合理，则当支路首末端量测之和小于等于绝对误差3.0kw，则判定支路平衡。

7.根据权利要求1所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述不良遥测数据的修正方法为：

对于线路遥测数据的修正，按线路损耗的3％修正流入端或流出端的遥测数据；

对于绕组遥测数据的修正，按绕组损耗的1.5％修正流入端或流出端的遥测数据。

8.根据权利要求1所述一种平衡节点岛向外扩散的电网稳态数据检测辨识与修正方法，其特征在于，所述遥信数据误检条件为：对于足够大的量测，将到母线形成闭合回路，但最终不能使母线功率平衡的可疑遥信确认为误检的可疑遥信，具体分为以下两种情况：

第一种情况：将从母线上除去该量测后又满足母线功率平衡的可疑遥信确定为误检的可疑遥信；

第二种情况：若该量测在扩散搜索过程中从足够大值修正为接近于零的足够小值，则确定该可疑遥信为误检的可疑遥信。