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有關EMS的最優線路參數估計模型
摘 要：當前電力系統實際情況，提出一種新的線路參數估計方法，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)的最優線路參數估計模型。該模型采用線路首端功率及兩端電壓幅值的多斷面數據進行計算，其數據可以直接從EMS的數據庫中獲取，同時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際要求，具有廣闊的應用范圍。通過仿真算例驗證了所提模型的有效性和可靠性。
關鍵詞：電力系統；線路參數；狀態估計；參數估計
1．引言
線路參數是電網模型的重要參數之一，所有的電網分析計算都與線路參數有著密切的關系。電力系統狀態估計、保護整定、穩態潮流分析、故障定位等都依賴于精確的線路參數。而線路參數值一般是在投運前通過經典公式計算[1]-[3]或者通過實驗數據計算[4]得到，我們稱為設計值。但是，經典計算公式中的多項物理參數采用近似處理，且電網的實際運行條件與設計運行條件不能完全一致，線路自身也會局部、緩慢地變化，因此線路參數的真實值與設計值之間可能存在較大的偏差。參數不準確會影響電網分析計算的精度，甚至會導致與運行實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路參數。
諸多學者為解決這一問題，相繼提出了一系列估計方法。采用增廣狀態估計法進行參數估計，可估計線路參數及變壓器參數等。該方法將線路參數估計看作是狀態估計的增廣，將待估參數直接作為狀態量進行估計。由于狀態變量的增加，也增加了對系統狀態可觀測性的要求[8]。采用量測殘差分析法，該方法第一步進行常規的狀態估計，第二步再根據量測殘差進行參數估計。
前面的方法是基于全網的量測值，一次完成多條線路參數的估計。另一種線路參數估計的方法是以一條待估計線路為觀測對象，利用線路兩端的量測值進行參數估計。將架空線路模型等效為一個無源二端口網絡，通過測量兩端電流電壓向量，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路的特性阻抗及傳播系數。利用兩端的向量測量在線計算線路阻抗，分別考慮了短線路計算及長線路精確計算。這種計算方法采用的是某一時刻線路兩端的向量測量值進行計算，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。
上面兩類計算方法中，前者采用某一個數據斷面進行計算，后者采用一次或者兩次測量值進行計算，兩者均對測量精度要求極高，一次測量誤差都會直接影響計算結果。針對這一問題，文獻[15]提出了一種最優線路參數估計，以一條線路為估計對象，利用PMU提供多組電壓電流向量集，計算線路參數的最優解，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均沒有配置PMU。本文同樣以一條線路為估計對象，提出一種新的最優線路參數估計模型，本模型采用線路首端功率及兩端電壓幅值進行計算，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際要求，適用于具有電網調度自動化系統的所有電網。
2．線路量測系統及等值電路本文以待估計的線路為觀測對象，圖1為待估計的一條線路，線路兩端連接母線1（首端）及母線2（末端）。建成投運的傳輸線路在兩端均會安裝如圖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電壓幅值及線路的電流幅值、有功、無功等。
線路量測系統圖Fig. 1 Measurement system of the line本文考慮的線路參數模型采用Π型等值電路，如圖2，R、X、B分別為線路的總電阻、總電抗、總電納，圖中的規定了電流及功率的正方向。
1V21I為線路首端的電壓電流幅值，、2V2I為線路末端得電壓電流幅值，11PjQ+、2PjQ+分別為線路首、末端的支路功率。
1V2V1I2I11PQj+22PQj+B2jB2j圖2：線路等值電路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1、2的電壓向量，電壓差1V&2V&121VVVjV δ?=Δ+&&，即、1VΔ1Vδ為母線1、2間電壓差的實部與虛部，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次測量的母線電壓幅值，、1,iV2,iV1,iVΔ1,iVδ為第i次測量的電壓差的實部與虛部。根據電壓降落與功率的關系，存在如下的表達式：
其中：其中1,iP、為線路首端第i次測量的有功、無功在理想條件下，測量系統1、2的測量數據同步時，即、是同一時刻的數據，式(1)始終成立。但是在實際運行中，線路兩端的測量數據存在時間差是難免的，在等式(1)- (3)中線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，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。由于時間差的關系，的實際值可能前偏接近，或者后偏接近，我們用的前后兩次測量數據來估計的實際值，采用代替，稱為線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，定義一個包含N組測量數據的測量向量。
5．仿真算例為了說明所提最優線路參數估計模型的有效性，選取廣西荔浦電網的一條新投運的35kV運行線路進行計算。該線路型號為LJG-150/20，長度16.77km，計算日的環境溫度為21-26℃，測量數據集包括7組(N=5)測量數據。表1和表2列出了兩個算例的測量數據值，表1為讀取的運行線路測量數據集，表2是在表1 的基礎上添加了服從正態分布的測量誤差。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，驗證了最優估計方案的有效性，線路阻抗的估計值偏大也反映了環境溫度對線路參數的影響。兩次估計的結果基本一致， 說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）本文提出了線路參數估計的一種新方案，構建最優線路參數估計模型，采用多斷面數據進行參數估計，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行計算線路參數，符合當前電力系統中的實際情況，使得本估計方案具有更廣的適應面。
�。�3）引入了線路兩端測量同步系數，解決兩端數據采集不同步問題，降低測量不同步對參數估計的影響。
（4）在最優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。
參考文獻
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