华东电网实时量测系统评价与优化配置

文章编号：1000-3637（2002）10-0030-03

电 网 技 术

Power System Technology Vol. 26 No. 10 Oct. 2002

华东电网实时量测系统评价与优化配置　

王　　亮1　，高伏英1　，周京阳2 ，于尔铿2

（1．华东电力调度通信中心，上海 200002； 2．中国电力科学研究院，北京 100085）

EVALUATION AND OPTIMAL CONFIGURATION OF REAL-TIME DATA OF TELE-METERING SYSTEM APPLIED IN EAST CHINA POWER GRID

WANG Liang1, GAO Fu-ying1, ZHOU Jing-yang2, YU Er-keng2

（1. East China Electrical Power Dispatching Center, Shanghai 200002, China;

2. China Electirc Power Research Institute, Beijing 100085, China）

ABSTRACT: Real-time tele-metering data system is the basis of power network analysis. Combining with the operating modes of East China Power Grid in year 2000 and using the theory of system observability analysis and telemeter data precision analysis, the real-time data tele-metering system used in East China Power Grid is evaluated. On this basis the existing problems of the real-time data tele-metering system used in East China Power Grid are analyzed. Finally, the proposals for optimal configuration of East China Power Grid and the principle of tele-metering configuration are given.

KEY WORDS: Power Grid; Telemeter System; Precision Analysis

摘要：电网实时量测系统是电力系统网络分析的基础。结合2000年华东电网运行方式，作者利用系统可观测分析和量测精度分析理论对华东电网的实时量测系统进行了评价。在此基础上，着重分析了华东电网量测系统存在的问题。最后给出了华东电网优化配置的建议和量测配置的原则。 关键词：电网；量测系统；精度分析 中图分类号：TM 711 文献标识码：A

化配置”研究。该项目的主要目的是研究分析华东电网现有量测系统的可观测性、估计精度、不良数据可检测性等性能指标，从中找出现有量测系统中的薄弱环节。同时综合上述性能指标，在考虑现有量测系统配置的条件下，确定华东电网目前的实时量测系统的可观测性范围,并结合电网的发展情况提供优化的量测配置方案。

2 华东电网实时量测系统评价与优化配置系

统的构成

2.1 概述

量测系统评价和优化配置主要用于增强状态估计的可靠性，即在运行方式不断变化和量测故障的条件下能跟踪分析估计精度和检查量测系统的可观测性以及不良数据的可辨识性。量测系统的评价可以在多方面进行考察，包括系统可观测性分析、状态量的估计精度、可靠性和数值稳定性与经济性[1]。 2.2 实时量测评价系统的构成

实时量测评价系统由“快速可观测分析”和“不良数据定量可检测、可辨识性指标计算”两个模块构成。

电力系统的网络分析中，当可以获得足够的量测采样数据使网络中所有母线上的电压幅值和相角等状态量都能被估计出来时，则称该网络为可观测的。网络的可观测性取决于网络结构及量测配置。

华东电网的“快速可观测分析”模块采用启发式、基于可观测性生成树理论的图论算法[2]来分析系统是否可观测，对于不可观测母线，指出应增加的量测点或伪量测点。这种算法扫描所有量测，逐一计算每条

1 引言

随着电力系统的发展，电力系统的结构及运行方式日趋复杂，电力调度中心的自动化水平也逐步提高。在现代调度中心，电网调度自动化系统已从单一的SCADA、AGC功能扩展到网络分析及DTS等应用。为了确保网络分析等功能的正常运行，必须拥有充分、可靠、精确、合理的实时量测数据。因此分析并完善现有量测系统，对未来电网的量测系统进行合理规划，是调度自动化工作面临的重要课题。

1999年，华东电力调度通信中心与中国电力科学研究院合作开展了“华东电网实时量测评价与量测优

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母线的量测度。如果一条母线的量测度大于1，这条母线必定是可观测的；如果母线的量测度等于0，相当于这条母线没有任何直接相关的量测，则应再根据周边相连支路或母线上的量测度判断是否可观测。实际应用证明这种基于可观测性生成树的可观测性分析算法具有计算量小和结果可靠的优点。

“不良数据定量可检测、可辨识性指标计算”的目的在于排除量测采样数据中偶然出现的少量不良数据，以提高状态估计的可靠性和实时数据的准确性。不良数据的定量可检测性和可辨识性问题，就是定量分析不良数据、量测配置、网络结构和参数的残差灵敏度矩阵中各元素之间在一定置信度下的定量关系。不良数据可辨识性、可检测性的定量分析对于评价与配置量测系统具有十分重要的意义。 2.3 量测优化配置系统的构成

华东电网的量测优化配置系统由“快速可观测分析”、“不良数据定量可检测、可辨识性计算”和“估计精度影响分析”3个模块组成。

电力系统状态估计是利用一组有冗余的功率、电压等量测值对一组状态变量进行估计，其中每个量测对状态估计值的精度影响程度不同。所谓状态估计精度影响分析就是要考察删除一个量测或一组量测对状态估计精度的影响大小。显然对状态估计精度影响较小的量测可以删去，而对状态估计精度影响较大的量测则必须保留。

量测优化配置是指采用最少的量测来满足状态估计计算要求的技术指标，即满足可观测性指标和估计精度性能指标。

计算步骤如下：

（1）读入网络数据，形成完备量测集； （2）找出可以优先删除的厂站表； （3）逐一将这些厂站上的量测删除；

（4）重新计算系统的可观测性和估计精度， （5）判断是否满足技术指标；

（6）确定不可删除的厂站和量测； （7）最后程序输出的结果。

以上的输出方案就是在考虑现有的量测系统配置的条件下，能满足状态估计计算要求技术指标且投资费用最小的优化配置方案。

截至1999年11月，直收RTU共46台，覆盖华东电网所有500kV厂站、华东直属发电厂和部分主力电厂、220kV枢纽变电站。华东各省市有7台转发站，向华东网调转发各自管辖范围内其他厂站的实时信息。华东网调SCADA系统采集有功遥测1188个，无功遥测1138个，断路器遥信1573个，闸刀遥信1955个。状态估计用到的有功量测932个，无功量测1034个，遥信约3000个。

为开展本项目研究，在EMS网络库中建立了2000年网络模型，包括厂站303个，线路632条，机组197台。

对华东电网实时量测分布情况进行分析后发现，估计精度低的测点一般发生在电厂的单元机组的机端、三卷变压器中性点和中低压侧，以及伪量测的补充测点。 电网中不良数据检测和辨识能力差的测点也都集中在单元式机组的机端和变压器中压侧（有负荷无量测）以及电气联系密切、但量测点集中故障的地方。

综合考虑估计精度和不良数据辨识能力，得出华东电网实时量测系统存在的问题有：

（1）量测点配置不足。近年来，华东电网220kV以上电厂和变电站的数量急剧增加，网络结构发生很大变化。大部分新增厂站因不属华东网调调度而不向网调传送实时量测信息，造成华东网调大片的信息“盲区”。从绝对数量上来说，实时量测的增加量远远落后于电网内厂站规模的扩大，造成量测配置不足。

（2）量测信息分布不合理。华东网调的实时量测信息大多来自直接管辖的厂站，如500kV变电站、网调直属电厂、网内主力电厂。这样，形成华东电网的实时量测在500kV网架上量测较为集中和充分，220kV网架内量测分布较少这一局面。由于状态估计分析的是华东电网的潮流分布，220kV网架及量测的缺陷势必对500kV网架的潮流计算结果产生影响。尽管采取了一些补救措施，如提高500kV信息的权重，加大人工维护力度，但在220kV电网内，状态估计的计算精度仍然偏低。

（3）量测类型不足。由于种种原因，目前对于变压器分接头位置、出线隔离开关位置、低抗无功、三卷变压器中压侧潮流等量测类型采集不全，也是华东电网实时量测系统的薄弱环节。如出线隔离开关中正母和副母隔离刀的位置对于决定网络拓扑，随着母线分排的方式被越来越多的采用，缺少正母和副母隔

3 实时量测评价结论和量测配置原则

华东电网1989年从英国西屋公司引进一套以VAX11-785双机为核心的电网实时监视与控制系统。

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离刀的位置信息对于状态估计乃至整个应用软件的运行都带来了严重的影响。

（4）SCADA的数据库规模的限制。因目前WESDAC-32系统的SCADA数据库在厂站的数量上有一定的限制，使得能配置量测的厂站数量不能满足与网络分析所建立的网络库规模要求。

对华东电网的实时量测进行分析、归类后，考虑华东电网现有EMS系统实际情况。建议配置量测时除参照相关规定和设计标准外，还应充分考虑下列配置原则：

1）500kV线路要配测点；

2）发电机机端要配测点；

3）对有RTU的厂站其量测仪表尽量配全，并且要求有一定的可靠性和精度；

4）电厂机组单元变压器高压侧需要配测点，这样可以提高不良数据的可检测与可辩识能力；

5）三卷变压器的高压侧、中压侧、有载可调节变压器的抽头位置要配测点；

6）量测冗余度应在2 ∼ 2.5之间，并且保证必要的合理分布。

从数据可靠性和网络分析的实用性角度来看， 今后在厂、站自动化设计和建设方面，应尽量满足应用软件实际运行的需要，配全量测信息，为EMS应用软件的深层次使用打下坚实的信息基础。

站，其量测仪表完备的情况下，只要大约70%的厂站有RTU即可满足全网的可观测性和状态估计精度要求[1]。参照量测优化配置程序给出的配置测点建议，结合主站系统特点和网络通信优势，对电网的实时测点配置提出了调整方案。目前正在开展通过网络通信系统增加实时量测点的工作，以提高状态估计的计算精度；

（2）补充量测点：对于已经有RTU的厂站，在条件允许的情况下，将有关信息采全。例如在一些500kV站，补充采集非网调直接调度的220kV出线量测、对双母线采集两条母线的电压，增加发电机组高压侧实时量测等；

（3）扩大数据采集类型：按照量测配置研究结果，华东网调对有条件的站点采集线路刀闸位置信息、低抗无功潮流、变压器分接头档位位置、高抗刀闸位置、发电机高压侧量测，为提高状态估计计算精度提供了保证。

采取这些措施，将能显著提高华东电网的实时数据量测系统数据量和分布合理性。

5 结束语

量测信息是电力系统应用软件的运算基础。随着电力技术的发展，特别是实时控制和电力市场的发展将对应用软件的运行质量提出更高的要求，这就需要一个更加完善的量测系统。通过本项目的研究，对华东电网量测系统情况有了较为全面的了解，为华东电网调度自动化系统的发展及量测系统的科学配置提供了依据。随着有/无功采样技术的提高以及电力数据网建设的加快，电网的量测系统的数量及质量必将有一个全面的提高。希望本文能够对华东电网实时量测系统的建设起到一定的作用。

4 华东电网2000年量测系统配置优化方案

量测优化配置的目的是根据可观测性、估计精度、不良数据可观测指标，在考虑现有量测的条件下，寻求优化的配置方案。

华东电网2000年的网络库中，厂站303个。通过优化分析得出：在估计精度为0.08，优化门槛值为0.5的情况下，应配置量测的厂、站为251个，应配置的实时量测（P/Q对）为1456个。有功、无功量测残差灵敏度矩阵对角元素值小于0.5的有功量测有43个，占总量测的2.95 %；无功量测有158个，占总量测的10.85 %。

按此方案进行量测配置，将提高华东电网的不良数据检测和辨识能力。限于篇幅关系，具体的厂站量测配置列表不再一一列出。

依据本项目的研究结果，华东网调在信息量测方面展开的相应工作如下：

（1）利用网络通信技术优势，开展量测优化配置工作：量测优化配置结论指出，在具有RTU的厂、

参考文献

[1] 于尔铿，刘广一，周京阳（Yu Erkeng, Liu Guangyi, Zhou Jingyang）．能

量管理系统（Energy Management System）[M]．北京：科学出版社（Science Press，Beijing），1998．

[2] 刘广一、于尔铿（Liu Guangyi, Yu Erkeng）．量测系统评价与优化配置技

术报告(Technical report on evaluation and optimal configuration of telemeter data system)[R]．北京：中国电力科学研究院（Electrical Power Research Institute，Beijing）． 收稿日期：2001-09-10； 改回日期：2001-01-09。

作者简介：

王 亮，男，助理工程师，从事EMS应用软件的运行、维护工作； 高伏英，女，高级工程师，从事电力系统自动发电控制（AGC）、EMS应用软件的维护、管理及研究工作。

（编辑 杨天和）