CN108074198B - 一种电力系统pmu不良数据识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力系统PMU不良数据识别方法,该方法首先通过制定时标量测数据标准,使得调度主站系统能够快速获取PMU量测信息。在此基础上,通过PMU量测数据初筛及多源数据互校验判断PMU量测的有效性。利用多约束条件的PMU量测预处理技术,实现PMU不良数据的有效识别,从而提高调控主站电网支路参数辨识结果的准确性,为在线分析软件提供可靠的数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统计算领域,具体涉及一种电力系统PMU不良数据识别方法。
背景技术
随着电网规模不断扩大以及可再生能源接入,电网结构和运行特性愈加复杂,对电网精益化调度和智能化控制水平提出了更高的要求。状态估计、潮流计算等发挥出愈加重要的作用,其计算结果直接影响到静态安全、安全校核等在线应用的准确性。状态估计、潮流计算算法已相对成熟,影响其计算结果准确性的主要是电网模型和参数。随着电网模型的相关标准逐步统一,模型的准确性有了较大的提升,而受测量方法、维护手段、环境因素等影响,在线分析软件实用化过程中使用的电网支路参数与实际参数存在差异。近年来,随着调度中心广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)的日趋成熟,PMU布点规模的增加及量测覆盖范围的扩大,基于PMU的电网支路参数辨识已成为满足电网稳态高精度支路参数辨识要求的技术解决方案,而PMU数据是否可用成为电网支路参数辨识首先解决的关键问题。
电网调度系统中常用不良数据辨识方法是残差搜索法和非二次准则法。文章《基于量测量替换与标准化残差检测的不良数据辨识》通过量测量的替换和最终状态估计对可疑数据的核对达到了克服残差淹没和残差污染的目的,提高了不良数据辨识的准确性;文章《递归量测误差估计辨识法及其应用》利用线性递推公式计算量测集变化后状态变量、残差及其方差的新值,避免了状态再估计和计算残差灵敏度矩阵,提升了计算速度。但传统不良数据辨识方法主要适用于单个不良数据或弱相关的多个不良数据的辨识。在量测系统不良数据辨识新理论研究方面,文章《利用图论方法进行多不良数据检测与辨识》利用了量测量间的相互校核作用,提出了一种新的多不良数据检测与辨识的方法,使检测相关多不良数据的可靠程度大大提高。文章《新息图状态估计中多相关不良数据辨识》分析新息图中不良数据的相关形式及多相关不良数据情况下新息差向量表现的特征,提出辨识新息图中多相关不良数据方法,提升了不良数据辨识的准确性。这些新研究的辨识方法目前还缺乏大量工程应用的实例,且主要应用于SCADA量测系统的不良数据辨识,以提升状态估计的可靠性。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足,本发明的目的是提供一种电力系统PMU不良数据识别方法,本发明从电网PMU数据可用的角度出发,以消除显著的PMU不良数据为目标,通过PMU量测预处理技术,实现PMU不良数据的有效识别。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
本发明提供一种电力系统PMU不良数据识别方法,其改进之处在于,所述识别方法包括下述步骤:
(1)PMU量测数据读取与存储;
(2)PMU量测数据初筛及多源数据互校验;
(3)基于多约束条件的PMU量测数据预处理。
进一步地,所述步骤(1)中,PMU量测信息的抽取与存储功能包括:基于海迅实时数据库接口的PMU信息读取和PMU数据文件的存储。
进一步地,所述基于海迅实时数据库接口的PMU信息抽取指的是利用智能电网调度控制系统WAMS海迅实时数据库接口读取PMU量测信息,按照采集频率抽取带时标的PMU量测数据;所述采集频率包括25帧/秒、50帧/秒、100帧/秒。
进一步地,所述PMU数据文件的存储中,电网支路PMU信息包括支路双端变电站遥测三相量测,考虑到调度主站PMU数据的辨识效率,采用符合标准规范的数据文件存储方式,数据文件采用遵循IEC61970标准的CIM/E格式。
进一步地,所述步骤(2)的PMU量测数据初筛及多源数据互校验包括下述步骤:
1)基于量测质量位的PMU数据初筛:
根据子站传输给调控主站的PMU量测质量标识筛选电网支路有效PMU量测信息,包括节点电压相量、支路电流相量两类PMU相量量测。
2)利用统一时标SCADA量测的PMU数据校验:
通过PMU节点电压相量、支路电流相量计算电网支路的等值功率量测为:
式(1)-(4)中,为电网支路首端PMU等值有功量测;为电网支路首端PMU等值无功量测;Ui、分别为电网支路首端电压相量的幅值和幅角;Ii、分别为电网支路首端电流相量的幅值和幅角;为电网支路末端PMU有等值功量测;为电网支路末端PMU等值无功量测;Uj、分别为电网支路末端电压相量的幅值和幅角;Ij、分别为电网支路末端电流相量的幅值和幅角;
根据PMU电压相量、电流相量计算出的输电线路双端功率量测,采用数据插值为SCADA量测打上统一时标,利用统一时标SCADA量测对PMU量测进行校验。
进一步地,所述利用统一时标SCADA量测对PMU量测进行校验包括下述步骤:
③电流幅值量测匹配校验:设置电流幅值校验门槛为ηi,则当支路两端电流量测满足时,PMU电流幅值量测与统一时标SCADA电流幅值量测匹配。如果统一时标SCADA无电流幅值量测,则通过功率和电压幅值量测计算获取;
其中:表示电网支路统一时标SCADA有功或无功量测,表示电网支路PMU等值有功或无功量测;Usca表示电网支路两端节点电压幅值统一时标SCADA量测;Upmu表示电网支路两端节点电压相量幅值量测;Isca表示电网支路两端电流幅值统一时标SCADA量测;Ipmu表示电网支路两端电流相量幅值量测。
进一步地,所述步骤(3)的基于多约束条件的PMU量测数据预处理包括下述步骤:
1)电网支路最大传输功率约束的PMU不良数据识别;
2)利用电网支路一端量测,及其设计参数推算另一端的PMU不良数据识别;
3)利用三相不平衡度识别PMU不良数据。
进一步地,所述步骤1)中,电网支路有功方程表示为:
Pij=Bij(θi-θj) (5)
式(5)中,Pij为流过电网支路ij的有功功率,Bij为电网支路ij电纳,θi、θj为电网支路两端节点i、j电压相角;
针对不同电压等级电网支路,利用智能电网调度控制系统电网支路输送的最大功率限值,将此作为参考量,与实际电网支路的电压相角差进行比照识别PMU不良数据。
进一步地,所述步骤2)中,利用电网支路一端量测,及其设计参数推算另一端的PMU不良数据识别为:
通过智能电网调度控制系统获取输电线路类型及其长度,根据《电力工程电气设计手册》的单位阻抗计算电网支路设计参数,利用一端PMU量测,结合电网支路设计参数,计算另一端相量,通过双端PMU量测的互判,依据设计参数的相量推测结果与PMU实测值接近程度剔除PMU不良数据。
进一步地,所述步骤3)包括下述步骤:
a、三相电压不平衡度计算:
三相电压序分量不平衡度利用电压负序分量与正序分量的方均根值的百分比表示;三相电压幅值分量不平衡度为三相电压幅值中最大电压偏差与三相电压均值的比:
b、三相电流不平衡度计算:
三相电流序分量不平衡度利用电流负序分量与正序分量的方均根值的百分比表示;三相电流幅值分量不平衡度为三相电流幅值最大偏差与三相电流幅值均值的比:
c、基于三相不平衡度统计特征的PMU不良数据识别:
通过实测PMU数据的统计特征分析,PMU采集的三相电压不平衡度小,利用这一特征,通过辨识门槛的设置,对PMU不良数据进行有效识别;
其中:U、Ua、Ub、Uc分别表示电网三相相电压、A相电压、B相电压和C相电压;I、Ia、Ib、Ic分别表示电网三相相电流、A相电流、B相电流和C相电流。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解,下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述,也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念,以此作为后面的详细说明的序言。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有的优异效果是:
本发明实现了调控系统PMU不良数据的快速识别方法,该方法通过PMU量测数据的预处理技术剔除不良数据,为调度主站电网支路参数的准确辨识提供良好的数据基础,进而提高电网在线调度分析软件结果的准确性和可用性。
本发明所提出的PMU不良数据识别方法不依赖于状态估计模块,编程简单,能够有效识别PMU不良数据,切实提高电网支路参数辨识的准确性。
为了上述以及相关的目的,一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面,并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显,所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1是本发明提供的一种电力系统PMU不良数据识别方法流程图;
图2是本发明提供的电网支路等值模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案,以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求,否则单独的组件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围,以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中,本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示,这仅仅是为了方便,并且如果事实上公开了超过一个的发明,不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
本方法采用统一时标的多源量测互校验方法,对显著PMU不良数据进行过滤。同时,通过PMU量测数据的预处理技术,对超过检测门槛的PMU量测进行快速剔除,实现了电力系统PMU不良数据的有效识别目的。
本发明基于统一时标SCADA量测的PMU数据校验,其特征在于使用时标SCADA量测校验PMU量测的有效性,通过门槛设置判定电网支路PMU量测是否有效,为电网支路参数准确辨识提供强有力的数据支撑。
本发明基于多约束条件的PMU量测数据预处理技术,其特征在于利用电网支路参数辨识模型的物理特性及多种约束条件,通过专家经验设置辨识门槛,利用统计特征分析结果,实现时标PMU量测不良数据的有效识别。
为了实现上述目的,本发明采取了以下的技术方案来实现。一种电力系统PMU不良数据识别方法流程图如图1所示:
(1)PMU量测数据读取与存储:
PMU量测信息的抽取与存储功能主要包括二个方面:基于海迅实时数据库接口的PMU信息抽取、PMU数据文件的存储。
1)基于海迅实时数据库接口的PMU信息抽取
利用智能电网调度控制系统WAMS海迅实时数据库接口读取PMU量测信息,按照采集频率(25帧/秒、50帧/秒、100帧/秒)抽取带时标的PMU量测数据。
2)PMU数据文件的存储
电网支路PMU信息主要包括支路双端变电站遥测三相量测。考虑到调度主站PMU数据的辨识效率,采用符合标准规范的数据文件存储方式。数据文件采用遵循IEC61970标准的CIM/E格式。
(2)PMU量测数据初筛及多源数据互校验:
1)基于量测质量位的PMU数据初筛
根据子站传输给调控主站的PMU量测质量标识筛选电网支路有效PMU量测信息,包括节点电压相量、支路电流相量两类PMU相量量测。
2)利用统一时标SCADA量测的PMU数据校验
通过PMU节点电压相量、支路电流相量计算电网支路的等值功率量测为:
式(1)-(4)中,为电网支路首端PMU等值有功量测;为电网支路首端PMU等值无功量测;Ui、分别为电网支路首端电压相量的幅值和幅角;Ii、分别为电网支路首端电流相量的幅值和幅角;为电网支路末端PMU等值有功量测;为电网支路末端PMU等值无功量测;Uj、分别为电网支路末端电压相量的幅值和幅角;Ij、分别为电网支路末端电流相量的幅值和幅角。
根据PMU电压相量、电流相量计算出的输电线路双端功率量测,采用数据插值方法为SCADA量测打上时标,利用时标SCADA量测对PMU量测进行校验,具体步骤为:
③电流幅值量测匹配校验:设置电流幅值校验门槛为ηi,则当支路两端电流量测满足时,PMU电流幅值量测与统一时标SCADA电流幅值量测匹配。如果统一时标SCADA无电流幅值量测,则通过功率和电压幅值量测计算获取;
其中:表示电网支路统一时标SCADA有功或无功量测,表示电网支路PMU等值有功或无功量测;Usca表示电网支路两端节点电压幅值统一时标SCADA量测;Upmu表示电网支路两端节点电压相量幅值量测;Isca表示电网支路两端电流幅值统一时标SCADA量测;Ipmu表示电网支路两端电流相量幅值量测。
(3)基于多约束条件的PMU量测数据预处理:
1)支路最大传输功率约束的PMU不良数据识别
电网支路有功方程可表示为:
Pij=Bij(θi-θj) (5)
式(5)中,Pij为流过支路ij的有功功率,Bij为支路ij电纳,θi、θj为支路两端节点i、j电压相角。针对不同电压等级电网支路,利用智能电网调度控制系统电网支路输送的最大功率限值,结合直角潮流及其最大计算误差,推出电网支路两端的电压相角差范围,将此作为参考量,与实际电网支路的电压相角差进行比照识别PMU不良数据。
2)利用电网支路一端量测及其设计参数推算另一端的PMU不良数据识别
图2为电网支路参数辨识等值模型,基于利用一端PMU量测计算另一端PMU量测为:
式(7)、(8)中Z为线路支路阻抗,Mi、Mj为电网支路对地电纳,为节点i的电压相量量测,为节点j的电压相量量测,为支路i端电流相量量测,为支路j端电流相量量测。当电网支路类型为输电线路时,Mi=Mj=yc,yc为输电线路对地充电电容;当电网支路类型为变压器时,其中K为变压器非标准变比,bT为变压器标准侧电纳。
通过调控系统获取输电线路类型及其长度,根据《电力工程电气设计手册》的单位阻抗计算电网支路设计参数。利用一端PMU量测,结合支路设计参数,计算另一端相量,通过双端PMU量测的互判,依据设计参数的推测结果与PMU实测接近程度剔除PMU不良数据。
3)利用三相不平衡度识别PMU不良数据
50Hz电力系统正常运行方式下,由于负序分量引起三相量测不平衡,导致中性点偏移,采用基于PMU量测的电网支路参数辨识方法结果不可信,基于三相不平衡度的统计特征可有效识别PMU不良数据。
a、三相电压不平衡度计算
三相电压不平衡度利用电压负序分量与正序分量的方均根值的百分比表示。三相电压幅值分量不平衡度为三相电压幅值中最大电压偏差与三相电压均值的比:
b、三相电流不平衡度计算
三相电流序分量不平衡度利用电流负序分量与正序分量的方均根值的百分比表示。三相电流幅值分量不平衡度为三相电流幅值最大偏差与三相电流幅值均值的比:
c、基于三相不平衡度统计特征的PMU不良数据识别
通过实测PMU数据的统计特征分析,PMU采集的三相电压量测不平衡度较小,利用这一特征,通过辨识门槛的设置,对PMU不良数据进行有效识别。其中:U、Ua、Ub、Uc分别表示电网三相相电压、A相电压、B相电压和C相电压;I、Ia、Ib、Ic分别表示电网三相相电流、A相电流、B相电流和C相电流。
如图1所示,本方法首先通过制定时标量测数据标准,使得调度主站系统能够快速获取PMU量测信息。在此基础上,通过PMU量测数据初筛及多源数据互校验判断PMU量测的有效性。利用基于多约束条件的PMU量测预处理技术,实现PMU不良数据的有效识别,从而提高调控主站电网支路参数辨识结果的准确性,为在线分析软件提供可靠的数据基础。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电力系统PMU不良数据识别方法,其特征在于,所述识别方法包括下述步骤:
(1)PMU量测数据读取与存储;
(2)PMU量测数据初筛及多源数据互校验;
(3)基于多约束条件的PMU量测数据预处理;
所述步骤(3)的基于多约束条件的PMU量测数据预处理包括下述步骤:
1)电网支路最大传输功率约束的PMU不良数据识别;
2)利用电网支路一端量测,及其设计参数推算另一端的PMU不良数据识别;
3)利用三相不平衡度识别PMU不良数据;
所述步骤1)中,电网支路有功方程表示为:
Pij=Bij(θi-θj) (1)
式(1)中,Pij为流过电网支路ij的有功功率,Bij为电网支路ij电纳,θi、θj为电网支路两端节点i、j电压相角;
针对不同电压等级电网支路,利用智能电网调度控制系统电网支路输送的最大功率限值,将此作为参考量,与实际电网支路的电压相角差进行比照识别PMU不良数据;
所述步骤2)中,利用电网支路一端量测,及其设计参数推算另一端的PMU不良数据识别为:
通过智能电网调度控制系统获取输电线路类型及其长度,根据《电力工程电气设计手册》的单位阻抗计算电网支路设计参数,利用一端PMU量测,结合电网支路设计参数,计算另一端相量,通过双端PMU量测的互判,依据设计参数的相量推测结果与PMU实测值接近程度剔除PMU不良数据;
所述步骤3)包括下述步骤:
a、三相电压不平衡度计算:
三相电压序分量不平衡度利用电压负序分量与正序分量的方均根值的百分比表示;三相电压幅值分量不平衡度为三相电压幅值中最大电压偏差与三相电压均值的比:
b、三相电流不平衡度计算:
三相电流序分量不平衡度利用电流负序分量与正序分量的方均根值的百分比表示;三相电流幅值分量不平衡度为三相电流幅值最大偏差与三相电流幅值均值的比:
c、基于三相不平衡度统计特征的PMU不良数据识别:
通过实测PMU数据的统计特征分析,PMU采集的三相电压不平衡度小,利用这一特征,通过辨识门槛的设置,对PMU不良数据进行有效识别;
其中:U、Ua、Ub、Uc分别表示电网三相相电压、A相电压、B相电压和C相电压;I、Ia、Ib、Ic分别表示电网三相相电流、A相电流、B相电流和C相电流。
2.如权利要求1所述的电力系统PMU不良数据识别方法,其特征在于,所述步骤(1)中,PMU量测信息的读取与存储功能包括:基于海迅实时数据库接口的PMU信息抽取和PMU数据文件的存储。
3.如权利要求2所述的电力系统PMU不良数据识别方法,其特征在于,所述基于海迅实时数据库接口的PMU信息抽取指的是利用智能电网调度控制系统WAMS海迅实时数据库接口读取PMU量测信息,按照采集频率抽取带时标的PMU量测数据;所述采集频率包括25帧/秒、50帧/秒、100帧/秒。
4.如权利要求2所述的电力系统PMU不良数据识别方法,其特征在于,所述PMU数据文件的存储中,电网支路PMU信息包括支路双端变电站遥测三相量测,考虑到调度主站PMU数据的辨识效率,采用符合标准规范的数据文件存储方式,数据文件采用遵循IEC61970标准的CIM/E格式。
5.如权利要求1所述的电力系统PMU不良数据识别方法,其特征在于,所述步骤(2)的PMU量测数据初筛及多源数据互校验包括下述步骤:
1)基于量测质量位的PMU数据初筛:
根据子站传输给调控主站的PMU量测质量标识筛选电网支路有效PMU量测信息,包括节点电压相量、支路电流相量两类PMU相量量测;
2)利用统一时标SCADA量测的PMU数据校验:
通过PMU节点电压相量、支路电流相量计算电网支路的等值功率量测为:
式(7)-(10)中,为电网支路首端PMU等值有功量测;为电网支路首端PMU等值无功量测;Ui、分别为电网支路首端电压相量的幅值和幅角;Ii、分别为电网支路首端电流相量的幅值和幅角;为电网支路末端PMU等值有功量测;为电网支路末端等值PMU无功量测;Uj、分别为电网支路末端电压相量的幅值和幅角;Ij、分别为电网支路末端电流相量的幅值和幅角;
根据PMU电压相量、电流相量计算出的输电线路双端功率量测,采用数据插值为SCADA量测打上统一时标,利用统一时标SCADA量测对PMU量测进行校验。
6.如权利要求5所述的电力系统PMU不良数据识别方法,其特征在于,所述利用统一时标SCADA量测对PMU量测进行校验包括下述步骤:
③电流幅值量测匹配校验:设置电流幅值校验门槛为ηi,则当支路两端电流量测满足时,PMU电流幅值量测与统一时标SCADA电流幅值量测匹配;如果统一时标SCADA无电流幅值量测,则通过功率和电压幅值量测计算获取;
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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