CN105139286A - 基于无功不平衡量的scada数据有效性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，根据线路两端的电压幅值、电流幅值、线路的阻抗以及对地电纳参数，计算得到线路两端的无功不平衡量。根据两端的SCADA量测数据的无功功率也可以得到无功不平衡量。在理想情况下，计算得到的无功不平衡量与量测得到的无功不平衡量近似相等，当两者之间差值较大时，则说明此时段的SCADA数据有效性偏低。本发明有益效果：本发明方法以量测数据的无功功率为评判指标，对量测数据的有效性评估准确，可准确找出量测数据中有效性差的数据，并将有效性较差的数据快速剔除。

Description

基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法

技术领域

本发明涉及不良数据辨识和检测技术领域，具体涉及一种基于无功不平衡量的SCADA(监测控制和数据采集,SupervisoryControlandDataAcquisition)量测数据的有效性评估方法。

背景技术

随着电力***自动化水平的提高，监视控制与数据采集***(SupervisoryControlAndDataAcquisition,SCADA)在电网中发挥着越来越重要的作用。SCADA量测数据的准确性直接影响到电网的状态估计、参数辨识、在线负荷预测等的精确性。因此，SCADA数据在电网中发挥着越来越重要的作用。随着对电网量测精度的提高，带有相角量测量的WAMS***量测装置快速发展起来。由于PMU量测装置价格昂贵，仅仅安装在500kV以上以及重要出线处，因此SCADA量测数据仍然在电网的调度中发挥着重要作用，评估其量测数据的有效性有非常大的实用价值。

然而，SCADA数据获取过程中，由于测量与传送***受到较大的随机干扰；测量与传送***出现的偶然故障；***正常操作或大干扰引起的过渡过程等影响了量测数据的准确性。量测数据的误差，会导致潮流分析不收敛等情况。因此，我们需要分析量测数据的有效性，剔除有效性较差的数据。

为评判量测数据的有效性，现国内外已经有了大量的分析研究。现有技术中提出运用新息图法进行数据有效性评估的方法，该方法基于具有物理意义的量测数据，并利用基本的电路理论,达到评估量测数据有效性的目的。但是该方法比较复杂，只能运用于仿真数据中，不具有实际工程应用价值。

现有技术中还提出了运用PMU与SCADA量测数据对量测数据的有效性进行评估，然而该方法对于未装设PMU量测装置的出线来说，并不适用。因此，此方法不具有工程应用的普遍性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，该方法以量测数据的无功功率为评判指标，对量测数据的有效性评估准确，可准确找出量测数据中有效性差的数据，并将有效性较差的数据快速剔除。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，包括：

(1)采集需要进行数据有效性评估的输电线路的电抗X、输电线路I侧的对地电纳B₁、输电线路II侧的对地电纳B₂；

(2)采集需要进行数据有效性评估的输电线路两端SCADA量测数据；所述量测数据包括：输电线路的有功功率、无功功率、电压幅值和电流幅值；电流和功率的参考方向均以流入线路的方向为正方向；

(3)对线路两端的量测数据进行预处理：将线路两端的量测数据中的各个量测量转换成统一单位的单相数据；

(4)根据步骤(1)和步骤(2)中采集得到的输电线路相关数据，分别进行线路两端无功不平衡量的计算；

(5)计算步骤(4)中分别得到的线路两端无功不平衡量的绝对差值和相对差值；

(6)设定输电线路有效数据的门槛值λ_T，根据计算得到的线路两端无功不平衡量的相对差值，判断所述输电线路每个时段SCADA数据的有效性；

(7)统计设定时间段内的输电线路SCADA量测数据中有效数据的比例，通过所得比例判断输电线路两端量测设备量测的精确程度。

所述步骤(4)中，根据步骤(2)中采集到的线路SCADA量测数据计算线路两端无功不平衡量的方法具体为：

Q_lm＝Q₁+Q₂；

其中，Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q₁为k时段线路I侧的无功功率量测量，Q₂为k时段线路II侧无功功率的量测量。

所述步骤(4)中，根据步骤(1)中采集到的线路实际数据计算线路两端无功不平衡量的方法具体为：

$Q_{lc}={I_{12}}^{2}X-U_1^2{B}_1-{U_2}^2{B}_2\≈{\left(\frac{I_1+I_2}{2}\right)}^{2}X-U_1^2{B}_1-{U_2}^2{B}_2;$

其中，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量；I₁₂为流过线路阻抗的的电流，U₁为k个时段线路I侧的量测电压幅值，U₂为k个时段线路II侧的量测电压幅值，I₁为k个时段线路I侧的量测电流幅值，I₂为k个时段线路II侧的量测电流幅值，X为线路电抗，B₁为线路I侧的对地电纳，B₂为线路II侧的对地电纳。

所述步骤(5)中，计算步骤(4)中分别得到的线路两端无功不平衡量的绝对差值的方法为：

ΔQ_l＝|Q_lm-Q_lc|；

其中，ΔQ_l为k时段线路两端无功不平衡功率的绝对差值；Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。

所述步骤(5)中，计算步骤(4)中分别得到的线路两端无功不平衡量的相对差值的方法为：

$E_Q=\frac{\left|Q_{lm}-Q_{lc}\right|}{\left|Q_{lc}\right|};$

其中，E_Q为评判量测数据有效性的无功功率指标，Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。

所述步骤(6)中，

如果得到的某时段线路两端无功不平衡量的相对差值大于设定的门槛值λ_T，则判断该时段输电线路SCADA量测数据的有效性差，对该时段的量测数据进行剔除；

如果得到的线路两端无功不平衡量的相对差值小于设定的门槛值，λ_T则判断输电线路SCADA量测数据的有效性高；

所述步骤(7)中，统计设定时间段内的输电线路SCADA量测数据中有效数据的比例的方法为：

$\mathrm{\η}=(1-\frac{n}{k})*100\%;$

其中，η为k时段量测数据的有效数据比例；n为k时段有效性较差的量测数据个数，k为线路两端量测数据的时段数。

若该比例低于50％，则说明该线路两端量测设备量测精准度较低，可进行进一步研究，考虑是否进行更换。

本发明的有益效果是：

本发明方法以量测数据的无功功率为评判指标，对量测数据的有效性评估准确，可准确找出量测数据中有效性差的数据，并将有效性较差的数据快速剔除。该方法针对于SCADA量测数据，应用范围广泛。另外，该方法简单易于操作，可应用于实际工程中，可为调度人员提供量测数据质量的评估方法，提高了潮流计算、状态估计等的准确性。

使用无功不平衡量作为SCADA数据有效性评估的切入点，不需要建立复杂的节点关联矩阵，方法简单，执行速度快。能够进行SCADA量测数据有效性的判别，评估准确。

与现有基于PMU量测数据的量测误差分析方法相比，该方法可应用于SCADA量测数据，应用范围更广，工程适用性强。

由具体实施方式来看，该发明可应用于实际工程中，具有实际应用价值。在实践中，为掌握电力***量测数据质量、进行潮流计算等提供参考。

本发明可应用于线路两端装设有量测装置的量测数据有效性评估。尤其适用于两端装设了SCADA量测装置的量测数据有效性评估。

附图说明

图1是本发明实施例输电线路等值模型示意图；

图2是本发明方法流程图；

图3是本发明实测数据某一时间段量测损耗与计算损耗比较图；

图4是本发明仿真数据某一时间段量测损耗与计算损耗比较图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法。利用线路两端的电压幅值、电流幅值、无功功率以及线路的相关参数，以达到评判线路两端SCADA数据的有效性问题。本方法通过编写程序，根据线路两端的电压幅值、电流幅值、线路的阻抗以及对地电纳参数(假设此电气量准确)，计算得到线路两端的无功不平衡量。根据两端的SCADA量测数据的无功功率也可以得到无功不平衡量。在理想情况下，计算得到的无功不平衡量与量测得到的无功不平衡量近似相等，当两者之间差值较大时，则说明此时段的SCADA数据有效性偏低。

具体包括以下步骤：

(1)输电线路等值模型如图1所示，通过具体的电压电流测量设备采集输电线路的相关参数。输入线路的相关参数包括：线路的电抗X和线路I侧的对地电纳B₁，线路II侧的对地电纳B₂。

(2)通过数据接口采集需要进行数据有效性评估的线路两端SCADA量测数据。量测数据包括：有功功率、无功功率、电压幅值、电流幅值。电流和功率的参考方向均以流入线路的方向为正方向。

(3)对线路两端的量测数据进行预处理。将线路两端的量测数据中的各个量测量转换成统一单位的相数据或者线数据。

(4)进行线路两端无功不平衡量差值的计算。具体步骤为：

1)根据线路两端的SCADA量测数据的无功功率的量测量，求取线路两端无功不平衡功率。求取方程为

Q_lm＝Q₁+Q₂(1)

其中Qlm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q1为k时段线路I侧的无功功率量测量，Q2为k时段线路II侧无功功率的量测量。

2)在1)完成之后，计算线路两端无功不平衡量的计算量。计算公式为：

$Q_{lc}={I_{12}}^{2}X-U_1^2{B}_1-{U_2}^2{B}_2\≈{\left(\frac{I_1+I_2}{2}\right)}^{2}X-U_1^2{B}_1-{U_2}^2{B}_2---\left(2\right)$

根据附图1，式中，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。I₁₂为流过线路阻抗的的电流，U₁为k个时段线路I侧的量测电压幅值，U₂为k个时段线路II侧的量测电压幅值，I₁为k个时段线路I侧的量测电流幅值，I₂为k个时段线路II侧的量测电流幅值，X为线路电抗，B₁为线路I侧的对地电纳，B₂为线路II侧的对地电纳。

3)在2)完成之后，求取线路两端无功不平衡功率差值的绝对值，即为绝对差值。计算公式为：

ΔQ_l＝|Q_lm-Q_lc|(3)

式中，ΔQ_l为k时段线路两端无功不平衡功率的绝对差值。Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。当线路两端的量测数据为理想值时，ΔQ_l几乎为0。在实际量测***中，线路两端量测数据有效性越高，ΔQ_l越接近于0。

4)在3)结束后，求取线路两端无功不平衡功率的相对差值，称为评判量测数据有效性的无功功率指标。计算公式为：

$E_Q=\frac{\left|Q_{lm}-Q_{lc}\right|}{\left|Q_{lc}\right|}---\left(4\right)$

式中，E_Q为评判量测数据有效性的无功功率指标，Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。

(5)设置一个门槛值λ_T，当线路两端量测数据的相关参数不小于门槛值时，认为该时段量测数据有效，当线路两端量测数据的相关参数大于该门槛值时，认为该时段的量测数据无效。

(6)根据门槛值，确定线路两端量测数据的有效性。根据门槛值λ_T辨别出线路两端无功功率指标大于门槛值的量测数据，则该数据有效性较差。统计出有效性较差的量测数据个数，计为n。为不影响电网状态估计、潮流计算等的准确性，可以对此时段的量测数据进行剔除。

(7)统计一段时间的量测数据中有效数据的比例，判断该线路两端量测设备的精准性。求取方程为：

$\mathrm{\η}=(1-\frac{n}{k})*100\%---\left(5\right)$

其中，η为该k时段量测数据的有效数据比例。n为k时段有效性较差的量测数据个数，k为线路两端量测数据的时段数。

若该比例低于50％，则说明该线路两端量测设备量测精准度较低，可进行进一步研究，考虑是否进行更换。

下面通过具体实施例对本发明方法进行说明：

(1)如图1所示，通过具体的电压电流测量设备采集输电线路的相关参数，线路的阻抗和对地电纳。在本算例中，线路的电抗参数X＝8.1956，对地电纳参数B₁＝B₂＝1.6431*10^(-5)Ω；

(2)通过数据接口采集需要进行数据有效性评估的线路两端SCADA量测数据。包括量测数据的有功功率、无功功率、电压幅值、电流幅值。本算例共包含500个时间段的量测数据。对第一个时段的量测数据举例，图1中线路两端的量测数据如下表所示:

表1

U1(kV)	I1(A)	P1(MW)	Q1(MVar)	U2(kV)	I2(A)	P2(MW)	Q 2(MVar)
								228.8	325.5	-124.8	-22.30	230.1	323.9	125.8	19.25

表1中，U₁为I侧电压幅值，I₁为I侧电流幅值；U₂为II侧电压幅值；I₂为II侧电流幅值；P₁为I侧电流有功功率，P₂为II侧有功功率；Q₁为I侧电流无功功率，Q₂为II侧无功功率。各量测量的单位如表格中所示。

(3)对线路两端的量测数据进行预处理。将线路两端的量测数据中的各个量测量转换成统一单位的相数据或者线数据。

表2

U1(kV)	I1(kA)	U2(kV)	I2(kA)	P1(MW)	Q1(Mvar)	P2(MW)	Q 2(Mvar)
								132.1	0.325	132.8	0.3239	-41.60	-7.434	41.94	6.417

表2中，U₁为I侧电压幅值，I₁为I侧电流幅值；U₂为II侧电压幅值；I₂为II侧电流幅值；P₁为I侧电流有功功率，P₂为II侧有功功率；Q₁为I侧电流无功功率，Q₂为II侧无功功率。各量测量的单位如表格中所示。

(4)进行线路两端无功不平衡量差值的计算。具体步骤为：

1)根据线路两端的SCADA量测数据的无功功率的量测量，求取线路两端无功不平衡功率。根据公式(1)，对第一时段举例，线路两端无功不平衡功率的量测量Q_lm＝-1.017MVar。

2)计算线路两端无功不平衡量的计算量。以第一时段为例，使用计算公式(2)，得到线路两端无功不平衡功率的差值Q_lc＝-0.8360。500个时间段的无功不平衡功率量测量与计算量如附图3所示：

3)求取线路两端无功不平衡功率差值的绝对值，即为绝对差值。使用计算公式(3),得到第一时段无功不平衡功率差值的绝对值ΔQ_l＝0.1812。

4)求取线路两端无功不平衡功率的相对差值,称为评判量测数据有效性的无功功率指标。使用公式(4)求得第一时段的无功功率指标E_Q＝0.217。

(5)设置一个门槛值λ_T，在本算例中设置门槛值λ_T＝0.5。

(6)根据门槛值，确定线路两端量测数据的有效性。根据门槛值λ_T，辨别出线路两端无功功率指标大于门槛值的量测数据，则该数据有效性较差。统计出有效性较差的量测数据个数，计为n。根据门槛值，在本算例中，共有36个时段的数据有效性较差，n＝36。其中以无功功率指标E_Q＝1.422的时段为例，该时段数据远远超过门槛值，如附图3中使用O标记出，此时对应量测数据为01-1001:48时段的数据，说明此时段的数据有效性较差，可以进行剔除，提高数据应用精度。

(7)统计一段时间的量测数据中有效数据的比例。根据求取方程(5)，n＝36,k＝500,可得η＝92.8％。该比例远远超过50％，说明该线路两端量测设备量测误差小。

实验效果

以附图1所示的线路模型为对象，以附图2的方法流程为依据，设计以下算例验证本发明方法的有效性。假设附图1中线路X＝10.124Ω，对地电纳参数B₁＝B₂＝7.377*10^(-5)Ω。

某一时段线路两端SCADA量测数据格式如表3所示。

表3

U1(kV)	I1(A)	U2(kV)	I2(A)	P1(MW)	Q1(Mvar)	P2(MW)	Q 2(Mvar)
								304.414	436.4539	303.894	438.5211	132.9	0.2671	-132.7	-11.98

该量测数据为理想量测数据。表格中，U₁为I侧电压幅值，I₁为I侧电流幅值；U₂为I侧电压幅值；I₂为II侧电流幅值；P₁为I侧电流有功功率，P₂为II侧有功功率；Q₁为I侧电流无功功率，Q₂为II侧无功功率。各量测量的单位如表格中所示。

在以上量测数据中，对某一时段加入随机误差信号，形成带有量测误差的多个时段的SCADA仿真数据。门槛值设定为0.05。

考虑以下四种情况：①线路两端某一时段的电压幅值有5％的误差线路两端某一时段的电流幅值有5％的误差②线路两端某一时段的无功功率幅值有5％的误差

通过本发明方法，可以有效地判别出有效性较差的量测数据，并可得其所在位置，以便于对有效性较差的量测数据进行剔除。

由上述计算结果可见，该方法可以辨识出多时段的SCADA量测数据的有效性。对于有效性较差的数据位置也可以准确判别出。以①为例，其无功不平衡量测功率与无功不平衡计算功率如附图4所示，在无量测误差时，参考损耗与量测损耗几乎重合。当量测数据有效性较差时，量测损耗与计算损耗有明显差距，其中有效性较差的数据点用O标记出。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，包括：

(1)采集需要进行数据有效性评估的输电线路的电抗X、输电线路I侧的对地电纳B₁、输电线路II侧的对地电纳B₂；

(2)采集需要进行数据有效性评估的输电线路两端SCADA量测数据；所述量测数据包括：输电线路的有功功率、无功功率、电压幅值和电流幅值；电流和功率的参考方向均以流入线路的方向为正方向；

(3)对线路两端的量测数据进行预处理：将线路两端的量测数据中的各个量测量转换成统一单位的单相数据；

(4)根据步骤(1)和步骤(2)中采集得到的输电线路相关数据，分别进行线路两端无功不平衡量的计算；

(5)计算步骤(4)中分别得到的线路两端无功不平衡量的绝对差值和相对差值；

(6)设定输电线路有效数据的门槛值λ_T，根据计算得到的线路两端无功不平衡量的相对差值，判断所述输电线路每个时段SCADA数据的有效性；

(7)统计设定时间段内的输电线路SCADA量测数据中有效数据的比例，通过所得比例判断输电线路两端量测设备量测的精确程度。

2.如权利要求1所述的一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，所述步骤(4)中，根据步骤(2)中采集到的线路SCADA量测数据计算线路两端无功不平衡量的方法具体为：

Q_lm＝Q₁+Q₂；

其中，Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q₁为k时段线路I侧的无功功率量测量，Q₂为k时段线路II侧无功功率的量测量。

3.如权利要求1所述的一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，所述步骤(4)中，根据步骤(1)中采集到的线路实际数据计算线路两端无功不平衡量的方法具体为：

$Q_{lc}={I_{12}}^{2}X-U_1^2{B}_1-{U_2}^2{B}_2\≈{\left(\frac{I_1+I_2}{2}\right)}^{2}X-U_1^2{B}_1-{U_2}^2{B}_2;$

其中，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量；I₁₂为流过线路阻抗的的电流，U₁为k个时段线路I侧的量测电压幅值，U₂为k个时段线路II侧的量测电压幅值，I₁为k个时段线路I侧的量测电流幅值，I₂为k个时段线路II侧的量测电流幅值，X为线路电抗，B₁为线路I侧的对地电纳，B₂为线路II侧的对地电纳。

4.如权利要求1所述的一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，所述步骤(5)中，计算步骤(4)中分别得到的线路两端无功不平衡量的绝对差值的方法为：

ΔQ_l＝|Q_lm-Q_lc|；

其中，ΔQ_l为k时段线路两端无功不平衡功率的绝对差值；Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。

5.如权利要求1所述的一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，所述步骤(5)中，计算步骤(4)中分别得到的线路两端无功不平衡量的相对差值的方法为：

$E_Q=\frac{\left|Q_{lm}-Q_{lc}\right|}{\left|Q_{lc}\right|};$

其中，E_Q为评判量测数据有效性的无功功率指标，Q_lm为k时段线路两端的无功不平衡功率的量测量，Q_lc为k时段线路两端无功不平衡功率的计算量。

6.如权利要求1所述的一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，所述步骤(6)中，

如果得到的某时段线路两端无功不平衡量的相对差值大于设定的门槛值λ_T，则判断该时段输电线路SCADA量测数据的有效性差，对该时段的量测数据进行剔除；

如果得到的线路两端无功不平衡量的相对差值小于设定的门槛值，λ_T则判断该时段输电线路SCADA量测数据的有效性高。

7.如权利要求1所述的一种基于无功不平衡量的SCADA数据有效性评估方法，其特征是，所述步骤(7)中，统计设定时间段内的输电线路SCADA量测数据中有效数据的比例的方法为：

$\mathrm{\η}=(1-\frac{n}{k})*100\%;$

其中，η为k时段量测数据的有效数据比例；n为k时段有效性较差的量测数据个数，k为线路两端量测数据的时段数。