CN114925973A - 一种基于多源数据整合的电网运行状态获取方法及系统 - Google Patents

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CN114925973A CN202210384220.3A CN202210384220A CN114925973A CN 114925973 A CN114925973 A CN 114925973A CN 202210384220 A CN202210384220 A CN 202210384220A CN 114925973 A CN114925973 A CN 114925973A
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Abstract

本发明公开了一种基于多源数据整合的电网运行状态获取方法及系统，本发明在状态估计结果基础上，整合更新数据较快的PMU量测数据、RTU量测数据，计算遥测量，根据遥测量修正遥信量，从而实现电网运行状态获取，相较于现有的方法，提高了电网运行状态获取的实时性；并且本发明在整合数据时，考虑了历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，保证了整合后数据的准确性。

Description

一种基于多源数据整合的电网运行状态获取方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于多源数据整合的电网运行状态获取方法及系统，属于电力系统调度自动化领域。
背景技术
随着特高压直流的快速发展和新能源装机的快速增加，电网的运行方式日趋复杂。发电侧和负荷侧存在较强的不确定性，新能源快速波动和冲击型负荷导致正常态下电网运行方式快速变化，这对电网更具时效的态势感知方法提出了更高的要求。
广域量测数据采集监控系统为电网实时监视提供了重要的信息支撑，然而不同数据源不但数据不共享，其采集精度、覆盖范围、采样频率也存在较大差异。作为能量管理系统的功能之一，状态估计是利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，排除随机干扰所引起的错误信息，进而获取或预测系统的运行状态，是在线安全稳定分析的主要数据来源。对于大型互联电网，传统的状态估计需整合不同调度机构的状态估计结果，从而形成全网状态估计结果，结果的更新周期通常在1～5分钟，受限于多级调度机构数据转发和状态估计本身耗时，状态估计在反映电网实际状态存在实时性不足的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于多源数据整合的电网运行状态获取方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电网运行状态获取方法，包括：
根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差；其中，PMU量测误差为PMU量测与PMU量测对应的状态估计结果的误差值，RTU量测误差为RTU量测与RTU量测对应的状态估计结果的误差值，状态估计结果为调度自动化系统中状态估计功能输出的结果；
根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量；
根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量；
根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态。
在确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差之前，还包括对当前时刻PMU量测和当前时刻RTU量测进行检查；若当前时刻量测为错误数据，则直接弃用；若当前时刻量测为正常数据，则直接使用；若当前时刻量测为告警数据，则按边界值修正后使用。
当前时刻PMU量测误差根据历史PMU量测误差的ARMA模型确定；当前时刻RTU量测误差根据历史RTU量测误差的ARMA模型确定。
根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量，包括：
计算前时刻PMU量测与当前时刻PMU量测误差之和，计算当前时刻RTU量测与当前时刻RTU量测误差之和；
计算两和值的加权和，将该加权和作为当前时刻遥测量。
计算加权和采用的加权系数根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差计算获得，计算过程包括：
根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，计算各历史时刻的加权系数；
根据各历史时刻的加权系数，获取加权系数的拟合曲线；
根据加权系数的拟合曲线，计算当前时刻的加权系数。
计算各历史时刻的加权系数的公式为：
Figure BDA0003594118920000031
其中，
Figure BDA0003594118920000032
为历史时刻tl的加权系数，
Figure BDA0003594118920000033
为历史时刻tl的PMU量测误差，
Figure BDA0003594118920000034
为历史时刻tl的RTU量测误差。
加权系数的拟合曲线的公式：
λn(t)＝f[t0]+f[t0,t1](t-t0)+f[t0,t1,t2](t-t0)(t-t1)
+…+f[t0,t1,t2,…,tn](t-t0)(t-t1)…(t-tn-1)
其中，t0～tn为n+1个历史时刻，参数
Figure BDA0003594118920000035
i和j均为整数，0≤i＜j≤n且i+1≠j，
Figure BDA0003594118920000036
为历史时刻ti1的加权系数，i1为整数，i1∈[0,n]，参数
Figure BDA0003594118920000037
i2为整数，i2∈[0,n-1]。
一种电网运行状态获取系统，包括：
量测误差评估模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差；其中，PMU量测误差为PMU量测与PMU量测对应的状态估计结果的误差值，RTU量测误差为RTU量测与RTU量测对应的状态估计结果的误差值，状态估计结果为调度自动化系统中状态估计功能输出的结果；
遥测量计算模块，用以根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量；
修正模块，用以根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量；
状态获取模块，用以根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态。
遥测量计算模块包括：
和值计算模块，用以计算前时刻PMU量测与当前时刻PMU量测误差之和，计算当前时刻RTU量测与当前时刻RTU量测误差之和；
加权和模块，用以计算两和值的加权和，将该加权和作为当前时刻遥测量。
遥测量计算模块还包括加权系数模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差计算加权和模块中计算加权和采用的加权系数；
加权系数模块包括：
历史加权系数计算模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，计算各历史时刻的加权系数；
拟合模块，用以根据各历史时刻的加权系数，获取加权系数的拟合曲线；
加权系数计算模块，用以根据加权系数的拟合曲线，计算当前时刻的加权系数。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行电网运行状态获取方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行电网运行状态获取方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明在状态估计结果基础上，整合更新数据较快的PMU量测数据、RTU量测数据，计算遥测量，根据遥测量修正遥信量，从而实现电网运行状态获取，相较于现有的方法，提高了电网运行状态获取的实时性；并且本发明在整合数据时，考虑了历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，保证了整合后数据的准确性。
附图说明
图1为电网运行状态获取方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种电网运行状态获取方法，包括以下步骤：
步骤1，根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差；其中，PMU量测误差为PMU量测与PMU量测对应的状态估计结果的误差值，RTU量测误差为RTU量测与RTU量测对应的状态估计结果的误差值，状态估计结果为调度自动化系统中状态估计功能输出的结果；
步骤2，根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量；
步骤3，根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量；
步骤4，根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态。
上述方法在状态估计结果基础上，整合更新数据较快的PMU量测数据、RTU量测数据，计算遥测量，根据遥测量修正遥信量，从而实现电网运行状态获取，相较于现有的方法，提高了电网运行状态获取的实时性；并且本发明在整合数据时，考虑了历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，保证了整合后数据的准确性。
传统的电网状态估计功能基于电网量测值得出全网设备状态信息，能反映全网设备的实时运行状态，但其结果更新周期通常在1～5分钟，难以满足电网快速变化时数据生成的需求。
RTU量测数据采集频率为0.1～5Hz，量测覆盖范围较广，但存在数据精度低、采样周期长的不足；PMU量测数据采集频率为50～100Hz，具有精度高、延时小等优点，但覆盖率不高。若采用采集频率更快的RTU量测数据和PMU量测数据进行电网运行状态获取，那么就可满足实时性的要求，但是由于RTU量测数据和PMU量测数据存在上述缺点，无法直接使用，需要在状态估计结果基础上进行多种数据源整合。
基于上述思想，获取当前时刻PMU量测数据和当前时刻RTU量测数据，获取的数据不能直接使用，需要先利用设备限值范围对当前时刻PMU量测数据和当前时刻RTU量测数据进行检查，检查结果一般分别为正常数据、告警数据和错误数据。若当前时刻量测为错误数据，则直接弃用；若当前时刻量测为正常数据，则直接使用；若当前时刻量测为告警数据，则按边界值修正后使用。特别的，若PMU量测数据和RTU量测数据其中之一为错误数据，后续只使用另一个正常数据。
根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差。具体为：根据历史PMU量测误差的ARMA模型确定当前时刻PMU量测误差；根据历史RTU量测误差的ARMA模型确定当前时刻RTU量测误差。
将上述多源数据进行整合，即根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量，具体过程可以为：
1)计算前时刻PMU量测与当前时刻PMU量测误差之和，计算当前时刻RTU量测与当前时刻RTU量测误差之和；
2)计算两和值的加权和，将该加权和作为当前时刻遥测量。
当前时刻遥测量采用公式可以表示为：
y＝λ(y1+y1′)+(1-λ)(y2+y′2)
其中，y为多源数据整合后的当前时刻遥测量，λ为加权系数，y1为前时刻PMU量测，y′1为前时刻PMU量测误差，y2为当前时刻RTU量测，′y2为当前时刻RTU量测误差。
上述加权系数，根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差计算获得，特别的，若节点只有PMU量测，则λ为1，若节点只有RTU量测，则λ为0。
计算加权系数的具体过程可以为：
21)根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，计算各历史时刻的加权系数；
各历史时刻的加权系数的公式可以为：
Figure BDA0003594118920000081
其中，
Figure BDA0003594118920000082
为历史时刻tl的加权系数，
Figure BDA0003594118920000083
为历史时刻tl的PMU量测误差，
Figure BDA0003594118920000084
为历史时刻tl的RTU量测误差。
22)根据各历史时刻的加权系数，获取加权系数的拟合曲线。
加权系数的拟合曲线的公式可以为：
λn(t)＝f[t0]+f[t0,t1](t-t0)+f[t0,t1,t2](t-t0)(t-t1)
+…+f[t0,t1,t2,…,tn](t-t0)(t-t1)…(t-tn-1)
其中，t0～tn为n+1个历史时刻，参数
Figure BDA0003594118920000085
i和j均为整数，0≤i＜j≤n且i+1≠j，f[ti1]＝λti1为历史时刻ti1的加权系数，i1为整数，i1∈[0,n]，参数
Figure BDA0003594118920000086
i2为整数，i2∈[0,n-1]。
23)根据加权系数的拟合曲线，计算当前时刻的加权系数。
根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量，具体过程可以为：
按照遥测量可信度高于遥信量的原则，可以知道：对于遥测量绝对值大于指定门槛值的节点注入或支路端子，其直接相连的断路器及其两侧的刀闸必须为合位；基于上述原则，修正状态为分的断路器和刀闸，并检查合上断路器、刀闸后可否连上带电设备，若无法连接，则告警提示。
当前时刻遥信量修正后，根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态，具体过程可以为：
基于断路器、刀闸遥信值及设备连接关系，通过站内和全网拓扑分析得到拓扑节点、拓扑岛信息。基于已知节点注入及网络拓扑，通过潮流计算得到全网潮流。
上述方法在状态估计结果基础上，整合更新数据较快的PMU量测数据、RTU量测数据等多种数据源，考虑了PMU量测数据、RTU量测数据、状态估计的不同特性及优势，提高了全网潮流结果的实时性；在进行当前时刻数据整合时，分别考虑了各电气量的PMU、RTU量测数据与状态估计结果的历史误差，保证了整合后数据的准确性。
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件系统，一种电网运行状态获取方法系统，包括：
量测误差评估模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差；其中，PMU量测误差为PMU量测与PMU量测对应的状态估计结果的误差值，RTU量测误差为RTU量测与RTU量测对应的状态估计结果的误差值，状态估计结果为调度自动化系统中状态估计功能输出的结果；
遥测量计算模块，用以根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量。
遥测量计算模块包括：
和值计算模块，用以计算前时刻PMU量测与当前时刻PMU量测误差之和，计算当前时刻RTU量测与当前时刻RTU量测误差之和。
加权系数模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差计算加权和模块中计算加权和采用的加权系数；
加权系数模块包括：
历史加权系数计算模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，计算各历史时刻的加权系数；
拟合模块，用以根据各历史时刻的加权系数，获取加权系数的拟合曲线；
加权系数计算模块，用以根据加权系数的拟合曲线，计算当前时刻的加权系数。
加权和模块，用以计算两和值的加权和，将该加权和作为当前时刻遥测量。
修正模块，用以根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量。
状态获取模块，用以根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态。
上述软件系统中，各模块的数据处理流程与方法的一致，这里不详细描述了。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行电网运行状态获取方法。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行电网运行状态获取方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种电网运行状态获取方法，其特征在于，包括：
根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差；其中，PMU量测误差为PMU量测与PMU量测对应的状态估计结果的误差值，RTU量测误差为RTU量测与RTU量测对应的状态估计结果的误差值，状态估计结果为调度自动化系统中状态估计功能输出的结果；
根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量；
根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量；
根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种电网运行状态获取方法，其特征在于，在确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差之前，还包括对当前时刻PMU量测和当前时刻RTU量测进行检查；若当前时刻量测为错误数据，则直接弃用；若当前时刻量测为正常数据，则直接使用；若当前时刻量测为告警数据，则按边界值修正后使用。
3.根据权利要求1所述的一种电网运行状态获取方法，其特征在于，当前时刻PMU量测误差根据历史PMU量测误差的ARMA模型确定；
当前时刻RTU量测误差根据历史RTU量测误差的ARMA模型确定。
4.根据权利要求1所述的一种电网运行状态获取方法，其特征在于，根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量，包括：
计算前时刻PMU量测与当前时刻PMU量测误差之和，计算当前时刻RTU量测与当前时刻RTU量测误差之和；
计算两和值的加权和，将该加权和作为当前时刻遥测量。
5.根据权利要求4所述的一种电网运行状态获取方法，其特征在于，计算加权和采用的加权系数根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差计算获得，计算过程包括：
根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，计算各历史时刻的加权系数；
根据各历史时刻的加权系数，获取加权系数的拟合曲线；
根据加权系数的拟合曲线，计算当前时刻的加权系数。
6.根据权利要求5所述的一种电网运行状态获取方法，其特征在于，计算各历史时刻的加权系数的公式为：
Figure FDA0003594118910000021
其中，
Figure FDA0003594118910000022
为历史时刻tl的加权系数，
Figure FDA0003594118910000023
为历史时刻tl的PMU量测误差，
Figure FDA0003594118910000024
为历史时刻tl的RTU量测误差。
7.根据权利要求5所述的一种电网运行状态获取方法，其特征在于，加权系数的拟合曲线的公式：
λn(t)＝f[t0]+f[t0,t1](t-t0)+f[t0,t1,t2](t-t0)(t-t1)+…+f[t0,t1,t2,…,tn](t-t0)(t-t1)…(t-tn-1)
其中，t0～tn为n+1个历史时刻，参数
Figure FDA0003594118910000031
i和j均为整数，0≤i＜j≤n且i+1≠j，
Figure FDA0003594118910000032
为历史时刻ti1的加权系数，i1为整数，i1∈[0,n]，参数
Figure FDA0003594118910000033
i2为整数，i2∈[0,n-1]。
8.一种电网运行状态获取系统，其特征在于，包括：
量测误差评估模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，确定当前时刻PMU量测误差和当前时刻RTU量测误差；其中，PMU量测误差为PMU量测与PMU量测对应的状态估计结果的误差值，RTU量测误差为RTU量测与RTU量测对应的状态估计结果的误差值，状态估计结果为调度自动化系统中状态估计功能输出的结果；
遥测量计算模块，用以根据当前时刻PMU量测、当前时刻PMU量测误差、当前时刻RTU量测和当前时刻RTU量测误差，计算当前时刻遥测量；
修正模块，用以根据当前时刻遥测量，按照遥测量可信度高于遥信量的原则，修正当前时刻遥信量；
状态获取模块，用以根据当前时刻遥测量和修正后的当前时刻遥信量，获取电网运行状态。
9.根据权利要求8所述的一种电网运行状态获取系统，其特征在于，遥测量计算模块包括：
和值计算模块，用以计算前时刻PMU量测与当前时刻PMU量测误差之和，计算当前时刻RTU量测与当前时刻RTU量测误差之和；
加权和模块，用以计算两和值的加权和，将该加权和作为当前时刻遥测量。
10.根据权利要求9所述的一种电网运行状态获取系统，其特征在于，遥测量计算模块还包括加权系数模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差计算加权和模块中计算加权和采用的加权系数；
加权系数模块包括：
历史加权系数计算模块，用以根据历史PMU量测误差和历史RTU量测误差，计算各历史时刻的加权系数；
拟合模块，用以根据各历史时刻的加权系数，获取加权系数的拟合曲线；
加权系数计算模块，用以根据加权系数的拟合曲线，计算当前时刻的加权系数。
11.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
12.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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