CN112327047B - 在变电站内实现功率同断面数据测量的方法 - Google Patents

Abstract

一种在变电站内实现功率同断面数据测量的方法，对所有功率节点进行同时间间隔时间点数据采集，运用数据拟合技术构造出所有功率节点的数值曲线，从而实现对功率数据进行时间同断面测量。包括如下步骤：对站内母线功率节点功率数据进行采集，确定功率变化范围，根据历史正常数据及负荷变动曲线确定功率最大值和最小值，对误差数据的处理，计算有功无功功率；按照有功无功平衡进一步确定采集数据的误差；将计算出的有功、无功功率拟合处理；选择时间同断面收集数据，对曲线选取截面t₀，间隔为Δt，形成通断面，对数据进行采集。

Description

在变电站内实现功率同断面数据测量的方法

技术领域

本发明涉及电力***运行、电力***稳定性分析以及数据采集处理领域，特别涉及一种在变电站内实现功率同断面数据测量的方法。

背景技术

电力***是时间相关***,无论电压、电流、相角、功角变化,都是基于时间轴的波形。近年来,超临界、超超临界机组相继并网运行,大区域电网互联,特高压输电技术得到发展。电网安全稳定运行对电力自动化设备提出了新的要求,特别是对时间同步,要求继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制***、能量管理***(EMS)和生产信息管理***等基于统一的时间基准运行,以满足事件顺序记录(SOE)、故障录波、实时数据采集时间一致性要求,确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性,以及电网事故分析和稳定控制水平,提高运行效率及其可靠性。未来数字电力技术的推广应用,对时间同步的要求会更高。

目前，只对站间和站内各个设备之间的时钟对时有技术研究，常规时间同步技术主要有以下5种实现方案(1)卫星时间同步方案,接收全球定位***(GPS)或北斗***输出的标准时间作为***时间的方案；(2)有线传输时间同步方案,采用诸如时间编码IRIGB或利用串口传输等,在短距离内实现时间的精确同步；(3)网络时间协议(NTP)或简单网络时间协议(SNTP),NTP或 SNTP是利用以太网包进行高精度时间同步的方案；(4)精确时钟对时(PTP) 协议,是通过在网络的物理层协议中添加时间信息,以提高时间传输精度的方案；(5)基于SDH的时间同步方案,以SDH作为传输介质,采用双向对时协议进行时间校准,以实现时间的精确同步。以上方法无法确保变电站内在功率测量时在相同时间点实现对母线上所有功率节点数值的收集。

发明内容

本发明提出一种在变电站内实现功率同断面数据测量的方法，对所有功率节点进行同时间间隔时间点数据采集，运用数据拟合技术构造出所有功率节点的数值曲线，从而实现对功率数据进行时间同断面测量。

本发明的技术方案是：

一种在变电站内实现功率同断面数据测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：对站内母线功率节点功率数据进行采集，每一节点的数据不是完全相同时间下测得，通过电力仪表对母线上所有功率节点进行全天数据采集并记录数据对应时间，不同节点依次对应的电压，电流为

V_i,i＝(1,2,…,N)

I_j,j＝(1,2,…,N)

步骤2：确定功率变化范围；

步骤2.1：根据历史正常数据及负荷变动曲线确定功率最大值和最小值：

按照负荷变动曲线以及各功率节点正常情况下的历史数据确定每一节点电压、电流的最大值和最小值。

步骤2.2：对误差数据的处理：

线路电压和电流大小不能超过确定的范围，即

U_imin≤U_i≤U_imax

I_jmin≤I_j≤I_jmax

当测量的数据不在区间内，说明数据存在误差，若单点或两点超出正常范围，推测测量设备出现故障，则删除误差数据；若多点超出正常范围，推测线路可能出现事故，启动录波记录；

步骤2.3：计算有功无功功率：

按照每一点收集到的电压电流计算该点的有功无功功率：

式中，P——有功功率，Q——无功功率，U——电压，I——电流，

——电压与电流的相位差；

步骤3：按照有功无功平衡进一步确定采集数据的误差，有功功率平衡和无功功率平衡式如下：

∑P_G＝∑P_L＝∑P_D+∑P_S+∑P_C

Q_GC＝Q_G∑+Q_C∑

式中，∑P_G——发电厂发出的有功功率，∑P_L——***的总负荷，∑P_D——用户的有功负荷，∑P_S——发电厂厂用有功负荷，∑P_C——网络的有功损耗， Q_GC——无功电源发出的无功功率，Q_G∑——负荷所需的无功功率，Q_C∑——网络中的无功损耗；

满足下式说明功率平衡即所计算的数据没有错误：

式中，P_j——节点依次对应的功率，P_j'——节点依次对应的额定功率；

步骤4：将计算出的有功、无功功率按如下方法拟合处理，设 S₁＝{O_i＝(x_i,y_i):i＝1,…,N}是在平面上第一个功率节点的数据集合。对一个点 O₀，局部回归线L₀:y＝ax+b，通过极小化以下二次函数得到：

其中w_i是点O_i的非负权值；通过上述的带权回归，可以计算出P_*的最好回归直线L_*；所有的数据点由变换M变换到原点是O₀，X轴与L₀平行的新的坐标系中；

的二次回归G_*:

由极小化以下函数得到：

注意到

到G_*的映射是(0,c)；最后，O_*移动到由点(0,c)经变换M^-1得到的新的位置；对第一个功率节点的每个数据点进行上述回归操作，剩下的每一节点都按照上述方式进行拟合处理。

步骤5：选择时间同断面收集数据：

对曲线选取截面t₀，间隔为Δt，形成通断面，对数据进行采集。

利用曲线拟合技术及电网功率平衡，同时又可以根据数据判断母线出现何种故障以及估计数据误差范围。首先记录每一功率节点的全天数据以及数据对应的时间，根据正常情况下的历史数据为每一节点确定功率的变化范围，设定流入和流出功率节点的方向，依据电力***功率平衡和节点额定功率判断数据误差，利用曲线拟合将各节点数据变为二维平面上的曲线，设定时间间隔即可直观的对各节点功率数据实现同断面测量。本发明的有益效果在于：利用采集的数据计算有功无功功率，确定误差范围，通过曲线拟合最佳的数学曲线，确定出不同时刻下的同一数据，实现数据同断面采集，生成的同断面数据直观，误差较小。

附图说明

图1是电力***功率负荷变动曲线图。

图2为误差数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施做进一步说明。

上述一种在变电站内实现功率同断面数据测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：对站内母线功率节点电压、电流数据进行采集，每一节点的数据并不是完全相同时间下测得，通过电力仪表对母线上所有功率节点进行全天数据采集并记录数据对应时间，不同节点依次对应的电压，电流为

V_i,i＝(1,2,…,N)

I_j,j＝(1,2,…,N)

步骤2：确定功率变化范围：

步骤2.1：根据历史正常数据及负荷变动曲线确定最大值最小值：

按照负荷变动曲线以及各功率节点正常情况下的历史数据确定每一节点电压电流的最大值最小值。

步骤2.2：对误差数据的处理：

线路电压和电流大小不能超过确定的范围，即

U_imin≤U_i≤U_imax

I_jmin≤I_j≤I_jmax

当测量的数据不在区间内，说明数据存在误差，若单点或两点超出正常范围，推测测量设备出现故障，则删除误差数据；若多点超出正常范围，推测线路可能出现事故，启动录波记录。

步骤2.3：计算有功无功功率：

按照收集到的电压电流计算有功无功功率：

式中，P——有功功率，Q——无功功率，U——电压，I——电流，

——电压与电流的相位差。

步骤3：按照有功无功平衡进一步确定计算数据的误差，有功功率平衡和无功功率平衡式如下：

∑P_G＝∑P_L＝∑P_D+∑P_S+∑P_C

Q_GC＝Q_G∑+Q_C∑

式中，∑P_G——发电厂发出的有功功率，∑P_L——***的总负荷，ΣP_D——用户的有功负荷，∑P_S——发电厂厂用有功负荷，ΣP_C——网络的有功损耗， Q_GC——无功电源发出的无功功率，Q_GΣ——负荷所需的无功功率，Q_CΣ——网络中的无功损耗

满足下式说明功率平衡即所测量的数值没有错误：

式中，P_j——节点依次对应的功率，P_j'——节点依次对应的额定功率

步骤4：将计算出的有功无功功率数据按如下方法拟合处理，设 S₁＝{O_i＝(x_i,y_i):i＝1,…,N}是在平面上第一个功率节点的数据集合。对一个点 O₀，局部回归线L₀:y＝ax+b，通过极小化以下二次函数得到：

其中w_i是点O_i的非负权值。通过上述的带权回归，可以计算出P_*的最好回归直线L_*。所有的数据点由变换M变换到原点是O₀，X轴与L₀平行的新的坐标系中。

的二次回归G_*:

由极小化以下函数得到：

注意到

到G_*的映射是(0,c)。最后，O_*移动到由点(0,c)经变换M^-1得到的新的位置。对第一个功率节点的每个数据点进行上述回归操作，剩下的每一节点都按照上述方式进行拟合处理。

步骤5：选择时间同断面收集数据，所有节点的功率数值都会变成对应的曲线，对曲线选取截面t₀，间隔为Δt，形成通断面，对数据进行采集。

以110KV变电站母线上任意两点一小时内的数据为例对本发明的所述的方法进行描述：

节点A:

节点B:

以有功功率为例，图1为两节点没采用上述方法时的图像，图2为采用上述方法进行曲线拟合后的图像，可以清晰的看出，采用上述方法后，在图1没有数据的时间区间里，也可以通过图2时间拟合的曲线收集该段时间的数据，从而形成数据同断面的采集。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种在变电站内实现功率同断面数据测量的方法，其特征是包括如下步骤：

步骤1：对站内母线功率节点功率数据进行采集，每一节点的数据不是完全相同时间下测得，通过电力仪表对母线上所有功率节点进行全天数据采集并记录数据对应时间，不同节点依次对应的电压，电流为

V_i,i＝(1,2,…,N)

I_j,j＝(1,2,…,N)

步骤2：确定功率变化范围；

步骤2.1：根据历史正常数据及负荷变动曲线确定功率最大值和最小值：

按照负荷变动曲线以及各功率节点正常情况下的历史数据确定每一节点电压、电流的最大值和最小值；

步骤2.2：对误差数据的处理：

线路电压和电流大小不能超过确定的范围，即

U_imin≤U_i≤U_imax

I_jmin≤I_j≤I_jmax

当测量的数据不在区间内，说明数据存在误差，若单点或两点超出正常范围，推测测量设备出现故障，则删除误差数据；若多点超出正常范围，推测线路出现事故，启动录波记录；

步骤2.3：计算有功无功功率：

按照每一点收集到的电压电流计算该点的有功无功功率：

式中，P——有功功率，Q——无功功率，U——电压，I——电流，

——电压与电流的相位差；

步骤3：按照有功无功平衡进一步确定采集数据的误差，有功功率平衡和无功功率平衡式如下：

∑P_G＝∑P_L＝∑P_D+∑P_S+∑P_C

Q_GC＝Q_G∑+Q_C∑

式中，∑P_G——发电厂发出的有功功率，∑P_L——***的总负荷，∑P_D——用户的有功负荷，∑P_S——发电厂厂用有功负荷，∑P_C——网络的有功损耗，Q_GC——无功电源发出的无功功率，Q_G∑——负荷所需的无功功率，Q_C∑——网络中的无功损耗；

满足下式说明功率平衡即所计算的数据没有错误：

式中，P_j——节点依次对应的功率，P′_j——节点依次对应的额定功率；

步骤4：将计算出的有功、无功功率按如下方法拟合处理，设S₁＝{O_i＝(x_i,y_i):i＝1,…,N}是在平面上第一个功率节点的数据集合。对一个点O₀，局部回归线L₀:y＝ax+b，通过极小化以下二次函数得到：

其中w_i是点O_i的非负权值；通过带权回归，可以计算出P_*的最好回归直线L_*；所有的数据点由变换M变换到原点是O₀，X轴与L₀平行的新的坐标系中；

的二次回归G_*:

由极小化以下函数得到：

注意到

到G_*的映射是(0,c)；最后，O_*移动到由点(0,c)经变换M^-1得到的新的位置；对第一个功率节点的每个数据点进行上述回归操作，剩下的每一节点都按照上述方式进行拟合处理；

步骤5：选择时间同断面收集数据：

对曲线选取截面t₀，间隔为Δt，形成通断面，对数据进行采集。

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