CN110007195A - 基于输电线路电流不平衡量的scada不良数据剔除方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法及***，方法包括获取待测线路两端的SCADA量测数据；将所述量测数据转换为单相量测数据；获取待测线路的对地电纳参数，并设置置信区间的长度；根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。***与调控中心进行通信，将剔除掉不良数据的SCADA量测数据发送给调控中心。本发明不需要建立复杂的方程，方法简单，能快速、准确的剔除不良数据，且应用范围广泛。

Description

基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法及 ***

技术领域

本发明涉及电力***运行数据处理技术领域,具体地说是基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法及***。

背景技术

监视控制与数据采集***(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)是电力***的重要组成部分之一。SCADA量测数据是是监测有序用电实施情况的重要依据，是电力***进行状态估计、潮流计算、负荷预测的基础，其在电力***的安全稳定运行中发挥着重要作用。

SCADA采集数据的非同步性及A/D转化的误差影响了数据的准确度。随着电力***规模的不断扩大，光伏、风电等大规模分布式电源接入电网，造成了电网电压波动大、电网电能质量降低等影响，***中不良数据出现的概率提高，影响了有序用电、需求侧响应等的方案编制及效果评估。

目前，为提高量测数据的准确度，为剔除不良的量测数据，国内外对量测数据的剔除方法做了大量研究。专利《一种基于PMU量测和SCADA量测的不良数据检测与辨识方法》中，提出了基于SCADA量测数据与PMU(Phasor Measurement Unit，同步向量测量装置)量测数据的不良数据进行剔除，然而对于仅安装有SCADA***的出线，该方法并不适用。在专利《基于无功功率损耗的电力***SCADA坏数据过滤方法》中，提出了基于无功功率的坏数据剔除方法，而在实际电力***中，无功功率通过电压互感器与电流互感器发送的采集电气量计算获取。受到SCADA***时差的影响，相对于电流相量，SCADA***中的无功功率存在较大误差。在专利《电力***不良数据监测与辨识方法》一文中，提出了一种不良数据监测与辨识的方法。该方法应用多维的非线性函数，在卡尔曼滤波基础上对***进行不良数据的监测与辨识。方法较复杂，多用于仿真***中，工程实用性较差。

发明内容

本发明实施例中提供了基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法及***，以解决现有方法实用性差、误差大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，包括以下步骤：

S1,获取待测线路两端的SCADA量测数据；

S2,将所述量测数据转换为单相量测数据；

S3,获取待测线路的对地电纳参数，并设置置信区间的长度；

S4,根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。

进一步地，步骤S1中每隔固定时段进行一次量测数据的获取；步骤S4中所述置信区间用于对当前所有时段内获取的量测数据进行检测。

进一步地，所述SCADA量测数据包括待测线路两端的电压幅值、电流幅值和有功功率。

进一步地，所述计算待测线路电流不平衡量的具体过程为：

计算待测线路两端量测数据的功率角；

基于KCL原则，分别计算待测线路两端的过渡电流；

根据过渡电流幅值，计算当前时段的电流不平衡量。

进一步地，确定所述置信区间端点的具体过程为：

计算N个时段电流不平衡量的平均值和标准差S；

置信区间确定为λ为所述置信区间的长度。

本发明第二方面提供了基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除***，所述***包括，

数据采集模块，用于获取待测线路两端的SCADA量测数据和对地电纳参数；

数据预处理模块，用于将所述两侧数据转换为单相量测数据；

精度量度模块，用于设置置信区间的长度；

运算处理模块，根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。

进一步地，所述***与调控中心进行通信。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

以输电线路电流不平衡量为评价指标，可准确剔除量测数据中的不良数据。计算过程简单、准确率高，可应用于实际工程中。提高量测数据的准确性，进而提高有序用电、需求侧响应等方案编制、效果评估的精确度。该方法针对于SCADA量测数据，同样适用于WAMS(Wide Area Measurement System，广域监测***)***量测数据，应用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述方法实施例的流程示意图；

图2是本发明所述待测线路的等效电路图；

图3是实测数据电流不平衡量分布图；

图4是仿真数据电流不平衡量分布图；

图5是本发明所述***的结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

本发明利用线路两端的电压幅值、电流幅值、有功功率以及线路的电纳参数，求得线路的电流不平衡量，进而求得基于电流不平衡量的量测数据的置信区间，评判量测数据的有效性，剔除不良量测数据。分别从两个不同的线路节点出发计算线路的过渡电流。基于由同一条线路2个不同节点计算出的过渡电流相等，当两者之间差距较大时，说明此段SCADA数据有效性偏低，则根据置信区间将不良数据进行剔除。

如图1所示，本发明基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，包括以下步骤：

S1,获取待测线路两端的SCADA量测数据；

S2,将所述量测数据转换为单相量测数据；

S3,获取待测线路的对地电纳参数，并设置置信区间的长度；

S4,根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。

步骤S1中，获取的量测数据包括待测线路两端的电压幅值、电流幅值和有功功率，并且每个固定时段采集一次量测数据，如设置数据采集间隔为1分钟。电流流向如图2所示。本实施例中包含N个时段，N的取值可根据实际电流变换范围确定，若在某天的第一时间段内，用电需求量大，则对应电流大；第二时间段内用电需求量小，则对应电流小，可将第一时间段和第二时间段分开计算，即分别进行步骤S1～S4的操作，如在第一时间段内设置N个采样时段，以第一时段的量测数据为例，获取到的量测数据如下表1所示，

U<sub>1</sub>(kV)	I<sub>1</sub>(A)	P<sub>1</sub>(MW)	U<sub>2</sub>(kV)	I<sub>2</sub>(A)	P<sub>2</sub>(MW)
						304.414	479.743	405.096	303.894	468.756	-404.5

表1

表1中，U₁(kV)、I₁(A)和P₁(MW)分别为待测线路1侧的相电压、相电流和三相有功功率；U₂(kV)、I₂(A)和P₂(MW)分别为待测线路2侧的相电压、相电流和三相有功功率。

步骤S2中，对步骤S1获取的数据进行预处理，在实际电力***中读取的SCADA数据为三相数据，将线路两端三相量测数据统一转换为单相量测数据。将有功功率P除以3即可把三相转换为单相；同时将电流的计量单位由A转换为kA。以表1中的量测数据为例，经过预处理后的量测数据如表2所示。

U<sub>1</sub>(kV)	I<sub>1</sub>(kA)	P<sub>1</sub>(MW)	U<sub>2</sub>(kV)	I<sub>2</sub>(kA)	P<sub>2</sub>(MW)
						304.414	0.480	135.032	303.894	0.469	-134.833

表2

步骤S3中，获取当前测试线路的对地电纳参数B₁，本实施例中，待测线路的对地电纳为B₁＝7.377×10^-5Ω。同时设置置信区间的长度λ。λ取值的大小决定了结果的精度，λ的取值越小，精度越高。在本算例中，置信区间的长度λ＝5。步骤S3的操作过程只要在步骤S4之前进行即可。

步骤S4中，实际操作时，通过对大量线路两端SCADA量测数据的分析，线路两端1、2侧量测数据的电压相角相差很小，几乎为0。因此，为简化计算过程，假设1侧电压相角为0度，2侧电压相角为0度。

首先计算待测线路两侧量测数据的功率角。根据量测数据中的电压U、电流I、有功功率P计算线路两端量测数据的功率角α。其计算公式为：

线路1侧功率角：

线路2侧功率角：

以第一时段量测数据为例，根据式(1)(2)计算所得，线路两端的功率角为∠α₁＝-0.391°；∠α₂＝-2.813°。

然后计算线路的过渡电流。根据图2，由KCL(Kirchhoff laws，基尔霍夫定律)原则可知，

对①点列出KCL方程得，

对②点列出KCL方程得，

其中U₁、I₁为线路1端的电压、电流幅值，α₁为线路1端的功率角，β₁为线路1端电压相角；其中U₂、I₂为线路2端的电压、电流幅值，α₂线路2端的功率角，β₂为线路2端电压相角；j表示复数中的虚部。

假设线路两端电压相角为0，则(1)(2)式可等效为如下(5)(6)式

其中，称为由1端指向2端的过渡电流，称为由2端指向1端的过渡电流。以第一时段的量测数据为例，计算所得电流相量为，

接着计算待测线路电流的不平衡量。在理想情况下，电流幅值相等，即I₁₂＝I₂₁，由1端流向2端的过渡电流幅值等于由2端流向1端的过渡电流幅值。由于误差的存在，I₁₂与I₂₁存在误差，称为电流的不平衡量E。其计算公式为：

E＝|I₁₂-I₂₁| (7)

以第一时段的量测数据，电流不平衡量E＝|0.480-0.469|＝0.011,即第一时段的电流不平衡量E＝0.011kA。

逐个计算N个时段电流不平衡量，并计算第一时间段内电流不平衡量的平均值以及标准差。根据每个时段的电流不平衡量E，N个时段电流不平衡量的平均值标准差S。其计算公式为

取N＝448，电流不平衡量的平均值

最后，根据置信区间的计算公式计算置信区间的端点值，从而得到置信区间，本实施例中，量测数据电流不平衡量的置信区间为[0.3588A，18.08A]。如图3所示，图中与横轴平行的两条水平线表示置信区间，根据该置信区间，本实施例中有1个数据点分布于置信区间之外，在图中以“O”标记出。该两个数据点对应的量测数据有效性较差，对其进行剔除。

为验证上述方法的使用效果，设计以下算例验证本发明方法的有效性。假设附图2中线路对地电纳参数B₁＝7.377×10^-5Ω。

某一时段线路两端SCADA量测数据如下表3所示，

U<sub>1</sub>(kV)	I<sub>1</sub>(A)	U<sub>2</sub>(kV)	I<sub>2</sub>(A)	P<sub>1</sub>(MW)	P<sub>2</sub>(MW)
						304.431	437.047	303.903	439.188	133.050	-132.911

表3

在表3的量测数据中，某一时段加入随机误差，形成带有不同量测误差的多个时段的SCADA仿真量测数据。误差类型为：a线路两端某一时段的有功功率有5％的误差。如下表4所示

误差类型	不良数据所在时段	不良数据电流不平衡量
			a	3	-0.663

表4

由图4的仿真结果可知，可以有效的辨别出不良量测数据a，用“O”标记出。

与现有的不良数据剔除方法相比，该方法不需要建立复杂的方程，方法简单，能快速剔除不良数据；该方法主要应用于SCADA量测数据，同样适用于WAMS量测数据(WAMS量测数据特征与SCADA量测数据特征是类似的，WAMS量测数据比SCADA量测数据更高级。WAMS量测数据含有时间对时，也就是WAMS量测数据含有角度)，应用范围广泛；通过对具体实例的分析可知，该方法可应用于实际工程中，提高量测数据的准确性，为进行状态估计、潮流计算等提供参考。

如图5所示，本发明基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除***包括数据采集模块、数据预处理模块、精度量度模块和运算处理模块。数据采集模块用于获取待测线路两端的SCADA量测数据和对地电纳参数；数据预处理模块用于将所述两侧数据转换为单相量测数据；精度量度模块用于设置置信区间的长度；运算处理模块，根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。

本发明的***与调控中心进行通信，将剔除掉不良数据的SCADA量测数据发送给调控中心。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，其特征是，包括以下步骤：

S1,获取待测线路两端的SCADA量测数据；

S2,将所述量测数据转换为单相量测数据；

S3,获取待测线路的对地电纳参数，并设置置信区间的长度；

S4,根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。

2.根据权利要求1所述的基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，其特征是，

步骤S1中每隔固定时段进行一次量测数据的获取；步骤S4中所述置信区间用于对当前所有时段内获取的量测数据进行检测。

3.根据权利要求2所述的基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，其特征是，所述SCADA量测数据包括待测线路两端的电压幅值、电流幅值和有功功率。

4.根据权利要求2所述的基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，其特征是，所述计算待测线路电流不平衡量的具体过程为：

计算待测线路两端量测数据的功率角；

基于KCL原则，分别计算待测线路两端的过渡电流；

根据过渡电流幅值，计算当前时段的电流不平衡量。

5.根据权利要求4所述的基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除方法，其特征是，确定所述置信区间端点的具体过程为：

计算N个时段电流不平衡量的平均值和标准差S；

置信区间确定为λ为所述置信区间的长度。

6.基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除***，其特征是，所述***包括，

数据采集模块，用于获取待测线路两端的SCADA量测数据和对地电纳参数；

数据预处理模块，用于将所述两侧数据转换为单相量测数据；

精度量度模块，用于设置置信区间的长度；

运算处理模块，根据所述单相量测数据，计算待测线路电流的不平衡量，并确定所述置信区间的端点，将分布于置信区间之外的量测数据剔除。

7.根据权利要求6所述的基于输电线路电流不平衡量的SCADA不良数据剔除***，其特征是，所述***与调控中心进行通信。