基于“多源數(shù)據(jù)”處理的EMS實時數(shù)據(jù)優(yōu)選技術及其實現(xiàn)
| 引言 隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大、網(wǎng)間互聯(lián)的增多、電網(wǎng)接線的日益復雜以及用戶對供電可靠性要求的提高，大電網(wǎng)調(diào)度運行的支柱——能量管理系統(tǒng)（EMS）已成為實現(xiàn)電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的保證。特別說電網(wǎng)按電力時常規(guī)則運營后，數(shù)據(jù)信息的準確性關系到EMS的可信度，并對調(diào)度生產(chǎn)有著至關重要的作用[1]。由于一個大型電網(wǎng)的EMS所需采集的信息數(shù)逾萬，各種原因造成的數(shù)據(jù)信息不準確是不可能避免的，而且壞數(shù)據(jù)較多時狀態(tài)估計也不能有效地解決數(shù)據(jù)信息準確性問題。EMS的數(shù)據(jù)信息準確性，必須首先依靠原始數(shù)據(jù)質量的改善，設法使實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)質量盡可能良好。 “多源數(shù)據(jù)”的概念是國家電力公司自動化研究院在總結北京供電網(wǎng)EMS工程實踐基礎上提出的[2]。隨著網(wǎng)絡技術在電力系統(tǒng)中的廣泛應用，調(diào)度中心獲取實時數(shù)據(jù)的渠道越來越多，使得同一個實時數(shù)據(jù)點的信息可以從不同渠道、多個來源得到，即稱為“多源數(shù)據(jù)”。由于遠方數(shù)據(jù)采集設備故障或網(wǎng)絡通道故障、網(wǎng)絡通道干擾、基礎翕動化設備例如變送器老化，或者由于電流互感器及電壓互感變比更改不及時等，確實影響實時數(shù)據(jù)的質量，因此有必要對“多源數(shù)據(jù)進行可靠性判斷和優(yōu)選。通常，運行人員只能通過畫面或數(shù)據(jù)的整體切換，人員進行數(shù)據(jù)比較，不僅操作煩瑣、不直觀，而且缺乏對這些數(shù)據(jù)的組織、篩選、利用率低。因此，對”多源數(shù)據(jù)“的分析判斷和自動選取，使EMS中實時數(shù)據(jù)庫的信息盡可能準確、可信，是必須解決的問題。 “多源數(shù)據(jù)”優(yōu)選問題提出以后，已為國內(nèi)EMS用戶所接受而成為新建EMS中的共同要求。我們通過廣東省調(diào)EMS工程的實施，使這一問題得到較好的解決。 1 “多源數(shù)據(jù)”的描述 在當前大型電網(wǎng)調(diào)度中心（尤其是網(wǎng)、省調(diào)度中心）的EMS中，同一個實時數(shù)據(jù)的主要來源可以歸納為：直接從廠站端RTU采集的信息；由集控站轉發(fā)的信息；從多級網(wǎng)絡聯(lián)結的各級調(diào)度部門EMS或其他計算機系統(tǒng)轉發(fā)的信息；計算得到的數(shù)據(jù)；線路對側數(shù)據(jù)；狀態(tài)估計數(shù)據(jù)；人工缺省數(shù)據(jù)以及其他方式得到的數(shù)據(jù)。 在廣東省EMS中，對原來的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進行了擴充，實現(xiàn)了對同一個實時采樣點多項來源的數(shù)據(jù)的存儲，并增加了對每個“多源數(shù)據(jù)”的描述，包含來源名稱、數(shù)值、采集時刻、可信度、優(yōu)先級、控制碼等，按其可信度、優(yōu)先級和控制碼及有關規(guī)則，選出供運行人員使用的唯一數(shù)值。存放在實時數(shù)據(jù)庫中。這唯一的可用數(shù)據(jù)稱為“優(yōu)選數(shù)據(jù)”。 1、1 可信度 每個實時數(shù)據(jù)的每項來源數(shù)據(jù)均設可信度作為質量標志，代表當前數(shù)據(jù)的可用狀況?？尚哦鹊呐袛嘁罁?jù)由以下4個方面（或其中部分）的邏輯值進行“與”計算得到（可信或不可信）： a、來源是否正常：表示這項數(shù)據(jù)的采集通道運行狀況。 b、是否更新：可以設置每條遠動通道、每條網(wǎng)絡鏈路的采集有效時間，設置狀態(tài)估計的有效時間，以避免選擇到過時的數(shù)據(jù)。 c、是否合理：運用數(shù)據(jù)采集中的一些濾波和初檢法則，以去除一些不合理的數(shù)據(jù)。 d．是否是壞數(shù)據(jù)：由狀態(tài)估計進行判斷置位。 在實際工程中，有些不良數(shù)據(jù)或不準確的數(shù)據(jù)，例如原級變送器的較大誤差、A／D變換器零點的較大漂移，或者系數(shù)設置錯誤等，是無法用一般的合理性檢驗等手段來判定的，因為這些壞數(shù)據(jù)都在合理性檢驗的范圍之內(nèi)。在廣東省EMS中，采用了狀態(tài)估計結果，介入“多源數(shù)據(jù)”可信度判斷的實時控制，解決了壞數(shù)據(jù)實時篩選的難題。 每次狀態(tài)估計計算收斂之后，向EMS傳送狀態(tài)估計的計算結果。根據(jù)這個結果，對各個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行檢測，如果連續(xù)N次(N可以人工設置)超過所設置的壞數(shù)據(jù)的標準r／(r／可以人工設置)，則認為該數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)為壞數(shù)據(jù)；反之，如果連續(xù)M次(M可以人工設置)恢復到所設置的壞數(shù)據(jù)標準V的范圍之內(nèi)，則認為該數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)為好數(shù)據(jù)。 為了提高判斷的正確性，可以通過多項技術指標的人工設置進行控制。這些技術指標包括：好壞數(shù)據(jù)判斷的基準比例V；連續(xù)為壞數(shù)據(jù)的次數(shù)N；連續(xù)為好數(shù)據(jù)的次數(shù)M。通過控制這些技術指標，首先進行較大誤差數(shù)據(jù)的判斷，然后再逐漸縮小誤差標準，使不準確數(shù)據(jù)的比例逐步降低。 當狀態(tài)估計軟件發(fā)生不收斂的情況時，數(shù)據(jù)可信度的判斷不采用“是否為壞數(shù)據(jù)”的邏輯值，只有狀態(tài)估計軟件收斂時才恢復。 1．2 優(yōu)先級 由于各項數(shù)據(jù)來源復雜，質量也各異，因此對其設置了優(yōu)先級。根據(jù)EMS的實際情況，優(yōu)先級由人工自行定義，例如在廣東省EMS中，RTU數(shù)據(jù)優(yōu)先級最高，地區(qū)EMS轉發(fā)數(shù)據(jù)優(yōu)先級次之，狀態(tài)估計數(shù)據(jù)優(yōu)先級最低。系統(tǒng)首先對優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)進行選擇，若為可信，即被選為“優(yōu)選數(shù)據(jù)”；否則，再選擇優(yōu)先級次之的數(shù)據(jù)。 1．3 控制碼 為了在EMS實時運行時提高用戶的控制能力，對每項數(shù)據(jù)均設計有“不投入使用”和“強制選中”兩種控制碼，用戶可以進行在線人工設置，從而臨時改變選擇的結果。 當在線運行時，如果用戶想臨時屏蔽某項數(shù)據(jù)，可以將該項數(shù)據(jù)的控制碼設置為“不投入使用”，則此數(shù)據(jù)將不會被選中。 當用戶想臨時指定使用某項數(shù)據(jù)，而非按規(guī)則選定的結果時，可將該項數(shù)據(jù)的控制碼設置為“強制選中”。 2 “多源數(shù)據(jù)”的選擇 根據(jù)上述各項數(shù)據(jù)優(yōu)先級、可信度標志和控制碼，選擇得到最終的“優(yōu)選數(shù)據(jù)”。在人機界面上，可用各種顏色顯示該“優(yōu)選數(shù)據(jù)”的各項數(shù)據(jù)來源情況，使運行人員一目了然。 具體選擇方法如下：首先，檢查數(shù)據(jù)的控制碼，如果有“強制選中”，則不管該項數(shù)據(jù)是否可信，都強制作為“優(yōu)選數(shù)據(jù)”；如果沒有，則按照優(yōu)先級從高到低的順序，依次檢查各項數(shù)據(jù)的可信度標志，并選擇優(yōu)先級最高的“可信”的數(shù)據(jù)作為“優(yōu)選數(shù)據(jù)”。 在采用上述方法后，將來源正常的、不斷更新的、在合理范圍內(nèi)的可信數(shù)據(jù)存放在統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)庫中。對“多源數(shù)據(jù)”的各項數(shù)據(jù)由狀態(tài)估計判斷若干次均為壞數(shù)據(jù)時，則選擇狀態(tài)估計后的結果。當現(xiàn)場條件改善、該壞數(shù)據(jù)消失、經(jīng)狀態(tài)估計若干次判斷正常后，則恢復由上述規(guī)則來判斷和選擇。用這種方式構成的統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)庫，既保證了數(shù)據(jù)的可信度，又保證了數(shù)據(jù)的實時性，并且對提高狀態(tài)估計的質量也有很大幫助。 3 對EMS的要求 由于狀態(tài)估計結果在“多源數(shù)據(jù)”選擇中具有重要作用，因此對狀態(tài)估計軟件有較高的要求： a．狀態(tài)估計軟件必須實時、周期運行，并且運行周期不能太長，一般應不大于15 s；遙測質量合格率應達到80％以上。 b．狀態(tài)估計軟件的運行環(huán)境要求可靠性高，狀態(tài)估計軟件應當具備服務器運行機制，實現(xiàn)雙機互為備份，保證狀態(tài)估計軟件連續(xù)不間斷運行。 c．狀態(tài)估計軟件的運行收斂性要高，應達到95％以上。狀態(tài)估計軟件的收斂結果要符合所計算電網(wǎng)的實際潮流。 小當EMS最終選擇了狀態(tài)估計數(shù)據(jù)時，狀態(tài)估計軟件自動在計算中屏蔽這些數(shù)據(jù)，避免由于自身結果重復代人計算過程而引起狀態(tài)估計軟件計算結果出現(xiàn)偏差。 同時，為了提高狀態(tài)估計結果的可靠性，運行維護人員要對影響電網(wǎng)運行狀態(tài)的開關、刀閘等狀態(tài)信息做好維護工作，以避免由于電網(wǎng)運行狀態(tài)不正確而影響狀態(tài)估計程序發(fā)生較大的誤差，從而影響對“多源數(shù)據(jù)”可信度的正確判斷。 4 結語 廣東省電網(wǎng)是全國******的省級電網(wǎng)，2002年全省******負荷已超過27GW，由省調(diào)直接調(diào)度的******負荷將接近20GW。廣東省調(diào)EMS是國內(nèi)省以上 電網(wǎng)中規(guī)模******的，設計規(guī)模為可接人256臺以上RTU。目前省調(diào)EMS直接通信的RTU數(shù)已接近170臺，遙測量14 000個，遙信量13 500個，而且還 在不斷增加；到目前為止，所有21個供電分公司的地區(qū)調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)與廣東省電力調(diào)度中心自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，使所有的信息點都具備了多數(shù)據(jù)源。 “多源數(shù)據(jù)”的判斷和優(yōu)選技術在廣東省調(diào)EMS中已經(jīng)完整地實現(xiàn)。通過兩年多時間的運行實踐，較好地解決了實時數(shù)據(jù)的可信度問題。廣東省是一個臺風比較多的地區(qū)，以往由于臺風的影響，使大片地區(qū)微波通信中斷，調(diào)度人員無法監(jiān)視該地區(qū)電網(wǎng)運行情況。而網(wǎng)絡通道受臺風影響小，當中調(diào)直采RTU通道發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動地選取了地調(diào)傳送的數(shù)據(jù)源，保證了運行調(diào)度人員監(jiān)視系統(tǒng)所急需的數(shù)據(jù)，有利于提高災害天氣狀態(tài)下電網(wǎng)的安全。 利用狀態(tài)估計的結果，使EMS屏蔽了壞數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)控數(shù)據(jù)的準確性。自動化人員根據(jù)畫面的顯示情況，通過多項數(shù)據(jù)源的相互比較，可以有效地檢測和判斷壞數(shù)據(jù)，縮短了壞數(shù)據(jù)的處理時間。 目前，電網(wǎng)調(diào)度的各種相關應用例如運行方式、檢修計劃等都在共享EMS的實時數(shù)據(jù)?；凇岸嘣磾?shù)據(jù)”優(yōu)選技術的高可信度的實時數(shù)據(jù)庫，將為電網(wǎng)調(diào)度運行和生產(chǎn)管理提供重要的信息基礎。 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