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有關(guān)EMS的最優(yōu)線(xiàn)路參數估計模型
摘 要：當前電力系統實(shí)際情況，提出一種新的線(xiàn)路參數估計方法，考慮了測量函數、電壓降落方程及測量數據約束方程，建立基于能量管理系統(EMS)的最優(yōu)線(xiàn)路參數估計模型。該模型采用線(xiàn)路首端功率及兩端電壓幅值的多斷面數據進(jìn)行計算，其數據可以直接從EMS的數據庫中獲取，同時(shí)引入了測量同步系數，可以極大的消除測量誤差以及測量不同步的影響，符合當前電力系統的實(shí)際要求，具有廣闊的應用范圍。通過(guò)仿真算例驗證了所提模型的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：電力系統；線(xiàn)路參數；狀態(tài)估計；參數估計
1．引言
線(xiàn)路參數是電網(wǎng)模型的重要參數之一，所有的電網(wǎng)分析計算都與線(xiàn)路參數有著(zhù)密切的關(guān)系。電力系統狀態(tài)估計、保護整定、穩態(tài)潮流分析、故障定位等都依賴(lài)于精確的線(xiàn)路參數。而線(xiàn)路參數值一般是在投運前通過(guò)經(jīng)典公式計算[1]-[3]或者通過(guò)實(shí)驗數據計算[4]得到，我們稱(chēng)為設計值。但是，經(jīng)典計算公式中的多項物理參數采用近似處理，且電網(wǎng)的實(shí)際運行條件與設計運行條件不能完全一致，線(xiàn)路自身也會(huì )局部、緩慢地變化，因此線(xiàn)路參數的真實(shí)值與設計值之間可能存在較大的偏差。參數不準確會(huì )影響電網(wǎng)分析計算的精度，甚至會(huì )導致與運行實(shí)際嚴重不符的計算結果，所以需要根據已有量測重新估計線(xiàn)路參數。
諸多學(xué)者為解決這一問(wèn)題，相繼提出了一系列估計方法。采用增廣狀態(tài)估計法進(jìn)行參數估計，可估計線(xiàn)路參數及變壓器參數等。該方法將線(xiàn)路參數估計看作是狀態(tài)估計的增廣，將待估參數直接作為狀態(tài)量進(jìn)行估計。由于狀態(tài)變量的增加，也增加了對系統狀態(tài)可觀(guān)測性的要求[8]。采用量測殘差分析法，該方法第一步進(jìn)行常規的狀態(tài)估計，第二步再根據量測殘差進(jìn)行參數估計。
前面的方法是基于全網(wǎng)的量測值，一次完成多條線(xiàn)路參數的估計。另一種線(xiàn)路參數估計的方法是以一條待估計線(xiàn)路為觀(guān)測對象，利用線(xiàn)路兩端的量測值進(jìn)行參數估計。將架空線(xiàn)路模型等效為一個(gè)無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)測量?jì)啥穗娏麟妷合蛄�，計算二端口的ABCD參數。文獻[12]利用兩端電流電壓向量計算線(xiàn)路的特性阻抗及傳播系數。利用兩端的向量測量在線(xiàn)計算線(xiàn)路阻抗，分別考慮了短線(xiàn)路計算及長(cháng)線(xiàn)路精確計算。這種計算方法采用的是某一時(shí)刻線(xiàn)路兩端的向量測量值進(jìn)行計算，要求兩端的測量完全同步[14]，一般采用同步向量測量裝置(PMU)提供的數據。
上面兩類(lèi)計算方法中，前者采用某一個(gè)數據斷面進(jìn)行計算，后者采用一次或者兩次測量值進(jìn)行計算，兩者均對測量精度要求極高，一次測量誤差都會(huì )直接影響計算結果。針對這一問(wèn)題，文獻[15]提出了一種最優(yōu)線(xiàn)路參數估計，以一條線(xiàn)路為估計對象，利用PMU提供多組電壓電流向量集，計算線(xiàn)路參數的最優(yōu)解，減少測量誤差的影響。但是，廣域相量測量系統(WAMS)還不完善，特別是在地級以下電網(wǎng)均沒(méi)有配置PMU。本文同樣以一條線(xiàn)路為估計對象，提出一種新的最優(yōu)線(xiàn)路參數估計模型，本模型采用線(xiàn)路首端功率及兩端電壓幅值進(jìn)行計算，可以直接從能量管理系統(EMS)的數據庫中獲取數據，同時(shí)增加了測量數據約束方程及測量同步系數，提高估計的有效性。本方案符合當前電力的實(shí)際要求，適用于具有電網(wǎng)調度自動(dòng)化系統的所有電網(wǎng)。
2．線(xiàn)路量測系統及等值電路本文以待估計的線(xiàn)路為觀(guān)測對象，圖1為待估計的一條線(xiàn)路，線(xiàn)路兩端連接母線(xiàn)1（首端）及母線(xiàn)2（末端）。建成投運的傳輸線(xiàn)路在兩端均會(huì )安裝如圖1所示的量測系統，其測量數據將被傳送到EMS的數據庫中，傳送的測量數據包括母線(xiàn)電壓幅值及線(xiàn)路的電流幅值、有功、無(wú)功等。
線(xiàn)路量測系統圖Fig. 1 Measurement system of the line本文考慮的線(xiàn)路參數模型采用Π型等值電路，如圖2，R、X、B分別為線(xiàn)路的總電阻、總電抗、總電納，圖中的規定了電流及功率的正方向。
1V21I為線(xiàn)路首端的電壓電流幅值，、2V2I為線(xiàn)路末端得電壓電流幅值，11PjQ+、2PjQ+分別為線(xiàn)路首、末端的支路功率。
1V2V1I2I11PQj+22PQj+B2jB2j圖2：線(xiàn)路等值電路Fig. 2 Equivalent circuit of the line3．數據分析及函數定義3.1測量數據分析設、分別為母線(xiàn)1、2的電壓向量，電壓差1V&2V&121VVVjV δ?=Δ+&&，即、1VΔ1Vδ為母線(xiàn)1、2間電壓差的實(shí)部與虛部，以電壓向量為參考軸，我們可以得到以下等式： 1V&221,1,1,2,()iiiVVVVδ?Δ+= (1)式(1)稱(chēng)為電壓降落方程，式中、分別為量測系統1、2第i次測量的母線(xiàn)電壓幅值，、1,iV2,iV1,iVΔ1,iVδ為第i次測量的電壓差的實(shí)部與虛部。根據電壓降落與功率的關(guān)系，存在如下的表達式：
其中：其中1,iP、為線(xiàn)路首端第i次測量的有功、無(wú)功在理想條件下，測量系統1、2的測量數據同步時(shí)，即、是同一時(shí)刻的數據，式(1)始終成立。但是在實(shí)際運行中，線(xiàn)路兩端的測量數據存在時(shí)間差是難免的，在等式(1)- (3)中線(xiàn)路末端的測量數據只用到了電壓幅值，下面將對V采用一定的處理策略。1,iV2,i2,iV2,iV在正常運行時(shí)，的變化是平緩的，并且假設我們選取的數據集是連續采集的幾組數據，其中的變化是單調的。由于時(shí)間差的關(guān)系，的實(shí)際值可能前偏接近，或者后偏接近，我們用的前后兩次測量數據來(lái)估計的實(shí)際值，采用代替，稱(chēng)為線(xiàn)路兩端的測量同步系數，取值范圍為(0～1)。
3.2函數定義式(5)是某一次測量的電壓降落方程，使用了測量數據集中的一組數據，若考查N次電壓降落，就要使用N組測量數據，為討論方便，定義一個(gè)包含N組測量數據的測量向量。
5．仿真算例為了說(shuō)明所提最優(yōu)線(xiàn)路參數估計模型的有效性，選取廣西荔浦電網(wǎng)的一條新投運的35kV運行線(xiàn)路進(jìn)行計算。該線(xiàn)路型號為L(cháng)JG-150/20，長(cháng)度16.77km，計算日的環(huán)境溫度為21-26℃，測量數據集包括7組(N=5)測量數據。表1和表2列出了兩個(gè)算例的測量數據值，表1為讀取的運行線(xiàn)路測量數據集，表2是在表1 的基礎上添加了服從正態(tài)分布的測量誤差。測量數據值及參數均采用標幺值表示。
本算例采用Matlab編程實(shí)現，其參數估計的結果與設計值比較如表3所示，第三列為基于表1的估計值，第四列為基于表2含測量誤差的估計值。
從參數估計的結果可以看出，估計值與設計值比較接近，驗證了最優(yōu)估計方案的有效性，線(xiàn)路阻抗的估計值偏大也反映了環(huán)境溫度對線(xiàn)路參數的影響。兩次估計的結果基本一致， 說(shuō)明測量誤差對參數估計的影響是微小的，驗證了本方案的可靠性。
6．結論
�。�1）本文提出了線(xiàn)路參數估計的一種新方案，構建最優(yōu)線(xiàn)路參數估計模型，采用多斷面數據進(jìn)行參數估計，降低測量誤差對參數估計的影響。
�。�2）采用EMS數據庫中基本的測量數據集進(jìn)行計算線(xiàn)路參數，符合當前電力系統中的實(shí)際情況，使得本估計方案具有更廣的適應面。
�。�3）引入了線(xiàn)路兩端測量同步系數，解決兩端數據采集不同步問(wèn)題，降低測量不同步對參數估計的影響。
�。�4）在最優(yōu)參數估計模型中增加了測量數據約束方程，提高了參數估計的可靠性。
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