PDF《规则法和混合法相结合的遥信错误辨识方法》

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a e p s G i n f o . c o m 规则法和混合法相结合的遥信错误辨识方法 徐|1 ,刘阳升2 ,林济铿2 ,郎燕生3 ,郭凌旭4 ,张志君5 ( 1. 天津大学电气与自动化学院,天津市

3 0

0 0

7 2;

2. 同济大学电子与信息工程学院,上海市

2 0

1 8

0 4;

3. 中国电力科学研究院,北京市

1 0

0 1

9 2;

4. 国网天津市电力公司调度通信中心,天津市

3 0

0 0

1 0;

5. 国网天津市电力公司电力科学研究院,天津市

3 0

0 3

8 4 ) 摘要:针对遥信错误辨识问题, 提出了一种基于规则和混合法的遥信错误辨识方法.首先制定规 则剔除简单的遥信错误;

对于无法通过简单规则辨识的遥信, 提出采用转移潮流法和新息图法相结 合的拓扑错误混合辨识方法进行辨识, 该混合辨识方法具有如下特点: 以前一断面的状态估计结果 作为基态, 避免转移潮流法在实际工程中基态选择的困难;

通过新息图法中的修正预估比判断拓扑 可疑支路, 避免转移潮流法中用转移潮流判定拓扑可疑支路可能导致的误判;

引入转移潮流法中注 入功率对转移潮流的影响量, 避免采用新息图法出现较大负荷预测误差产生负荷突变问题.最后, 以算例证明了所述方法的有效性. 关键词:遥信错误;

规则法;

转移潮流法;

新息图法;

混合法 收稿日期:

2 0

1 6 G

0 3 G

0 6;

修回日期:

2 0

1 6 G

0 8 G

2 4. 上网日期:

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1 6 G

1 1 G

2 3. 国家自然科学基金青年基金资助项目(

5 1

3 0

7 1

1 8 ) .

0 引言 遥信值正确与否直接决定着拓扑辨识的正确 性, 若拓扑辨识发生错误, 对于状态估计的结果影响 巨大, 甚至计算不收敛[

1 ] .如何快速、 准确辨识遥信 值的错误, 获得可靠的拓扑分析结果, 对于提高状态 估计结果的准确性具有重要意义. 遥信错误辨识的常用方法是所谓的规则法, 它 是根据电力系统的运行特点和遥测的特点, 制定相 应的辨识规则[

2 G 5] , 对不符合规则的遥信进行修正. 规则法简单快速, 对于简单的单个遥信错误辨识正 确率较高, 但对于多个关联遥信错误的辨识正确性 尚无法满足要求.由于遥信辨识的准确性直接影响 到状态估计结果的准确性及收敛性, 因此遥信错误 辨识与状态估计相结合的统一辨识方法应运而生, 如残差法[

6 G

7 ] 、 最小信息损失法[

8 ] 、 集合论法[

9 ] 、 新息 图法[

1 0 G

1 2] 及转移潮流法[

1 3 G

1 5 ] 等. 其中残差法、 最小信息损失法和集合论法基于 增广状态变量而建立的遥信和遥测统一估计模型, 是一个大规模混合整数规划问题, 其计算的收敛性 及稳定性相对于单纯的状态估计而言要差很多, 尚 无法适应于在线应用.新息图法对多重拓扑错误和 多个相关遥测错误都具有良好的辨识效果, 但该方 法存在需要处理负荷突变的问题.转移潮流法在单 一拓扑错误和多个相关遥测错误方面有较强的处理 能力, 但该方法需要事先获得一个调试很好的断面 状态作为基态, 若当前拓扑与基态相差较大, 其拓扑 辨识结果的准确性就大大降低. 本文提出了基于规则法、 潮流转移法及新信息 法的遥信错误辨识方法, 对开关和刀闸进行基于规 则的简单遥信错误的剔除, 对于无法通过规则法辨 识的可疑遥信错误, 采用转移潮流法和新息图法相 结合的拓扑错误混合辨识方法进行辨识.最后, 通 过算例证明了本文方法的有效性.

1 开关辨识原则 断路器和隔离开关的遥信与遥测值之间、 断路 器和隔离开关之间有一定的对应关系, 通过电气原 则和运行原则反映.若无特别指明, 本文所提的开 关包括断路器和隔离开关.

1 ) 电气原则 遥测包括线路端点、 变压器绕 组、 负荷及电源(以下统称为遥测源) 的电流量测、 有功功率及无功 功率量测, 可利用这些遥测根据电气原则推算断路 器的状态, 并结合运行原则推算隔离开关状态, 综合 投票判定开关的遥信真值. 由于无功功率随电网运行方式的变化而剧烈变 化, 故该量测值不方便参与判定所在支路断路器遥 信值的真伪.对于单相电流量测和单相有功功率量

9 2

1 第4 1卷第3期2017年2月1 0日Vol.41N o . 3F e b .

1 0,

2 0

1 7 D O I :

1 0.

7 5

0 0 / A E P S

2 0

1 6

0 3

0 6

0 0

3 测I和P, 当量测值分别大于空载电流和空载损耗 时, 断路器状态YI 和YP 均为1, 反之断路器状态则 为0 ( 1表示断路器合闸, 0表示断路器分闸) .

2 ) 运行原则 根据图

1 所示的各种隔离开关与接地刀闸组 合, 得到隔离开关与接地刀闸之间互锁配合的运行 原则, 具体如表1所示.表中: Ye q _ l和Ye q _r分别为隔 离开关l , r的状态修正值;

Yu

1 和Yd

1 分别为断路器b 两端接地刀闸u 1, d

1 的遥信值;

Yl 和Yr 分别为断路 器b两端隔离开关l , r的遥信值. 图1 开关配置示意图 F i g .

1 S w i t c hc o n f i g u r a t i o nd i a g r a m 表1 隔离开关与接地刀闸配合的运行原则 T a b l e1 O p e r a t i o np r i n c i p l e s r e l e v a n t t od i s c o n n e c t i n g s w i t c ha n dg r o u n d e db r e a k e r 原则 组合 开关的状态修正值 条件

1 1 可疑 Yl+ Yr= Yu

1 + Yd

1 ≠0 Ye q _ l=0, Ye q _ r=0 Yu

1 + Yd

1 =2且Yl+ Yr≤1 Ye q _ l=1, Ye q _ r=1 Yu

1 + Yd

1 ≤1且Yl+ Yr=2 Ye q _ l= Yl, Ye q _ r= Yr Yu

1 + Yd

1 =0 Ye q _ l=0, Ye q _ r=0 Yu

1 =1且Yl+ Yr≤1

2 2 Ye q _ l=1, Ye q _ r=1 Yu

1 =1且Yl+ Yr=2 Ye q _ l= Yr, Ye q _ r= Yr Yu

1 =0 Ye q _ l=0, Ye q _ r=0 Yd

1 =1且Yl+ Yr≤1

3 3 Ye q _ l=1, Ye q _ r=1 Yd

1 =1且Yl+ Yr=2 Ye q _ l= Yl, Ye q _ r= Yr Yd

1 =0

4 4 Ye q _ l= Yl, Ye q _ r= Yr 原则1中隔离开关l , r都有一个接地刀闸( 分 别为u 1, d 1) , 则利用这2个接地闸和隔离开关的遥 信采用4取3的原则判断隔离开关的状态: 当两接 地刀闸遥信之和与两隔离开关遥信之和相等且不等 于零时, 隔离开关和接地刀闸的状态相互矛盾, 因此 隔离开关遥信为可疑;

当接地刀闸均合闸且两隔离 开关至多一个的遥信为1时, 隔离开关的状态应为 开断;

当隔离开关均合闸且两接地刀闸至多一个的 遥信为1时, 隔离开关的状态应为闭合;

当两接地刀 闸均为断开时, 无法利用接地刀闸推算隔离开关的 状态. 原则2中仅一个隔离开关有接地刀闸, 可利用 该接地刀闸及隔离开关l , r采用3取2的原则判断 隔离开关l , r的状态: 当接地刀闸合闸且两隔离开 关至多一个的遥信为1时, 隔离开关状态应为开断;

当接地刀闸合闸且两隔离开关均合闸时, 隔离开关 状态应为闭合. 原则3与原则2类似. 原则4中由于不含有接地刀闸, 故而无法利用 接地刀闸推算隔离开关的状态, 隔离开关的推算值 与其遥信值相等.

2 开关遥信值的辨识规则 对于单母线接线和双母线接线( 含单母线分段 接线) , 若不考虑母联开关和分段开关, 遥测源至母 线的路径可 以等效为隔离开关―断路器―隔离开关.设断路器遥信为Yb, 基于上一节所提出的电气 原则和运行原则, 该路径上隔离开关和断路器的状 态指标值有5个: YI , YP , Ye q _ l, Ye q _r和Yb.进而采 用投票法, 基于表2和表3所示规则确定除母联开 关和分段开关外的每相所有开关及断路器的综合等 效状态.表中, Ye q _r

1 , Ye q _r

2 分别为双母接线的双母 隔离开关的状态值. 表2 单母线接线方式下的开关状态判断规则 T a b l e2 J u d g m e n t r u l e so f s w i t c hs t a t e su n d e r s i n g l eb u sb a rc o n n e c t i o nm o d e 开关l , b , r的状态 条件 均闭合 Ye q _ l+ Ye q _ r+ Yb+ YI+ YP ≥4 均断开 Ye q _ l+ Ye q _ r+ Yb+ YI+ YP ≤1 可疑 Ye q _ l+ Ye q _ r+ Yb+ YI+ YP =2或3 表3 双母线接线方式下的开关状态判断规则 T a b l e3 J u d g m e n t r u l e so f s w i t c hs t a t e su n d e r d o u b l eb u sb a rc o n n e c t i o nm o d e 开关l , b, r的状态 条件 均断开 Ye q _ l+( Ye q _ r

1 ? Ye q _ r

2 ) + Yb+ YI+ YP ≤1 可疑 Ye q _ l+ Yb+ YI+ YP ≥3且Ye q _ r

1 + Ye q _ r

2 =0 可疑 Ye q _ l+( Ye q _ r

1 ? Ye q _ r

2 ) + Yb+ YI+ YP =2 可疑 Ye q _ l+ Yb+ YI+ YP ≥3且Ye q _ r

1 + Ye q _ r

2 ≥1 对于3 / 2接线方式, 每串可分为3套隔离开关― 断路器―隔离开关, 如图2所示, 利用断路器的遥信 和遥测、 隔离开关的遥信, 分别按单母线接线方式的 规则确定每套开关及断路器的综 合等效状态.线路/主变上的隔离开关( 如图2中的隔离开关l

4 和l5) 则根据其遥信值及电气原则1采用3取2的原 则确定遥信的状态. 对于母联开关和分段开关的状态, 由于母联/分 段开关一般未配置遥测, 相应无法直接利用遥测值 信息进行判断, 本文采用如下策略进行判断. 若有挂牌信息, 即表明该开关处于检修状态, 自 然是断开.若无挂牌信息, 表明开关处于运行状态, 利用母线的注入功率, 先将遥信视为断开, 然后计算

0 3

1 2

0 1 7,

4 1 (

3 ) ?研制与开发? h t t p : / / ww w. a e p s G i n f o . c o m 两条母线的注入功率平衡量 Δ P1 和ΔP2, 其开断和 判断规则为: 若两个功率平衡量均大于阈值ε, 而两 条母线的总功率平衡量小于阈值ε, 则母联/分段开 关遥信应为闭合;

若两个功率平衡量均小于阈值ε , 则无法确定母联/分段开关的遥信是否正确, 其状态 为可疑.然后, 对于可疑的母联/分段开关, 逐个分 别在开断、 闭合下对该母线所在的局部网络进行拓 扑分析后, 对该局部网络进行状态估计, 若在开断情 况下状态估计辨识的不良数据明显多于闭合情况, 或者开断情况下状态估计不收敛而闭合 情况下收 敛, 则说明该母联/分段开关状态应为闭合, 反之则 应为开断. 图2

3 / 2接线示意图( 一串) F i g .

2 D i a g r a mf o rab u n c ho f

3 / 2c o n n e c t i o nm o d e 其中ε 为有功遥测合格的判断阈值[

1 6] ,

5 0 0,

2 2 0,

6 6,

3 5k V 电压等级分别取2 1.

6 4, 6.

1 0, 1.

4 0和0.

7 4. 对于线路, 通过上述规则处理之后可以确定其 任一相任意一端所有隔离开关和断路器的综合等效 状态. 由于3 5k V 及以上的网络在绝大多 数情况下 均是对称三相运行, 其每一相开关及断路器的综合 等效状态可再通过三相支路的3取2投票法共同决 定该线路或设备该端开关及断路器的最终综合等效 状态.若其中两相的综合等效状态为1, 则另一相 的综合等效状态也为1;

若其中两相的开关状态为 0, 则另一相的开关状态也为0. 基于上述规则, 对于开关遥信错误的辨识具体 步骤如下. 步骤1: 对于任意变电站, 判断其接线方式, 若 为单母线接线或3 / 2接线, 则转步骤4;

若为双母线 接线( 含单母线分段接线) , 则继续下一步. 步骤2: 根据隔离开关相应接地刀闸的配置情 况, 利用表2中的运行原则得到Ye q _ l, Ye q _r

1 和Ye q _r

2 . 步骤3: 断开母联/分段开关, 根据母线所接负 荷、 线路 及主变的遥测计算每条母线的注入功率ΔP1 和ΔP2, 确定母联/分段开关的开断. 步骤4: 根据隔离开关相应接地刀闸的配置情 况, 利用表2中的运行原则得到Ye q _ l和Ye q _r. 步骤5: 对该变电站的每个遥测源, 利用其遥测 值得到遥测推算的断路器状态YP 和YI . 步骤6: 利用表2和表3规则确定隔离开关和 断路器的状态. 步骤7: 根据三相运行规则进一步修正线路任 意一端的开关和断路器的状态.

3 基于转移潮流法与新息图法相结合的混 合法 对于无法由上述规则确定的最后可疑开关遥信 状态, 本文进一步采用转移潮流法与新信息法相结 合的新策略加以消除和确定.基于转移潮流的拓扑 错误辨识法具有如下特点.

1 ) 考虑了注入功率变化引起的潮流变化量, 因 此该方法能够有效克服负荷突变引起的辨识错误问 题.

2 ) 该方法要求以一个状态估计精度较高的断面 作为基态, 若选择一个估计精度较高且系统结构与 待估计网络差别较大的系统状态作为基态, 很可能 导致更多的误辨识.

3 ) 当网络存在多重拓扑错误时, 无法获得正确 的遥信错误辨识. 新息图法拓扑错误辨识法具有如下特点: ①当 发生多重遥信信息错误时, 根据修正预估比的大小 能够较准确地判断支路遥信信息的错误;

②当遥信 信息错误和负荷突变同时发生时, 需要引入突变回 路以克服负荷突变的影响[

1 7] , 而有时会出现从负荷 突变节点到电压节点找不到新息差矢量绝对值较大 且大小相近的路径, 即无法找到突变回路而使得辨 识失败[

1 8] . 本文根据上述转移潮流法和新息图法各自的优 缺点, 若规则法判定出来存在可疑遥信, 则把转移潮 流法和新息图法相结合( 称之为混合法) , 对可疑遥 信对应的拓扑开断情况进行辨识, 实现转移潮流法 和新息图法的优势互补.混合法的具体过程如下. 步骤1: 根据规则法辨识遥信, 进行结线分析后 将可疑开关所在支路标记可疑支路. 步骤2: 选定当前断面的前一断面状态估计结 果作为基态, 采用转移潮流法计算出扣除负荷变化 引起的支路潮流变化量后的支路流变化量........