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有关EMS的最优线路参数估计模型
摘 要：当前电力系统实际情况，提出一种新的线路参数估计方法，考虑了测量函数、电压降落方程及测量数据约束方程，建立基于能量管理系统(EMS)的最优线路参数估计模型。该模型采用线路首端功率及两端电压幅值的多断面数据进行计算，其数据可以直接从EMS的数据库中获取，同时引入了测量同步系数，可以极大的消除测量误差以及测量不同步的影响，符合当前电力系统的实际要求，具有广阔的应用范围。通过仿真算例验证了所提模型的有效性和可靠性。
关键词：电力系统；线路参数；状态估计；参数估计
1．引言
线路参数是电网模型的重要参数之一，所有的电网分析计算都与线路参数有着密切的关系。电力系统状态估计、保护整定、稳态潮流分析、故障定位等都依赖于精确的线路参数。而线路参数值一般是在投运前通过经典公式计算[1]-[3]或者通过实验数据计算[4]得到，我们称为设计值。但是，经典计算公式中的多项物理参数采用近似处理，且电网的实际运行条件与设计运行条件不能完全一致，线路自身也会局部、缓慢地变化，因此线路参数的真实值与设计值之间可能存在较大的偏差。参数不准确会影响电网分析计算的精度，甚至会导致与运行实际严重不符的计算结果，所以需要根据已有量测重新估计线路参数。
诸多学者为解决这一问题，相继提出了一系列估计方法。采用增广状态估计法进行参数估计，可估计线路参数及变压器参数等。该方法将线路参数估计看作是状态估计的增广，将待估参数直接作为状态量进行估计。由于状态变量的增加，也增加了对系统状态可观测性的要求[8]。采用量测残差分析法，该方法第一步进行常规的状态估计，第二步再根据量测残差进行参数估计。
前面的方法是基于全网的量测值，一次完成多条线路参数的估计。另一种线路参数估计的方法是以一条待估计线路为观测对象，利用线路两端的量测值进行参数估计。将架空线路模型等效为一个无源二端口网络，通过测量两端电流电压向量，计算二端口的ABCD参数。文献[12]利用两端电流电压向量计算线路的特性阻抗及传播系数。利用两端的向量测量在线计算线路阻抗，分别考虑了短线路计算及长线路精确计算。这种计算方法采用的是某一时刻线路两端的向量测量值进行计算，要求两端的测量完全同步[14]，一般采用同步向量测量装置(PMU)提供的数据。
上面两类计算方法中，前者采用某一个数据断面进行计算，后者采用一次或者两次测量值进行计算，两者均对测量精度要求极高，一次测量误差都会直接影响计算结果。针对这一问题，文献[15]提出了一种最优线路参数估计，以一条线路为估计对象，利用PMU提供多组电压电流向量集，计算线路参数的最优解，减少测量误差的影响。但是，广域相量测量系统(WAMS)还不完善，特别是在地级以下电网均没有配置PMU。本文同样以一条线路为估计对象，提出一种新的最优线路参数估计模型，本模型采用线路首端功率及两端电压幅值进行计算，可以直接从能量管理系统(EMS)的数据库中获取数据，同时增加了测量数据约束方程及测量同步系数，提高估计的有效性。本方案符合当前电力的实际要求，适用于具有电网调度自动化系统的所有电网。
2．线路量测系统及等值电路本文以待估计的线路为观测对象，图1为待估计的一条线路，线路两端连接母线1（首端）及母线2（末端）。建成投运的传输线路在两端均会安装如图1所示的量测系统，其测量数据将被传送到EMS的数据库中，传送的测量数据包括母线电压幅值及线路的电流幅值、有功、无功等。
线路量测系统图Fig. 1 Measurement system of the line本文考虑的线路参数模型采用Π型等值电路，如图2，R、X、B分别为线路的总电阻、总电抗、总电纳，图中的规定了电流及功率的正方向。
1V21I为线路首端的电压电流幅值，、2V2I为线路末端得电压电流幅值，11PjQ+、2PjQ+分别为线路首、末端的支路功率。
1V2V1I2I11PQj+22PQj+B2jB2j图2：线路等值电路Fig. 2 Equivalent circuit of the line3．数据分析及函数定义3.1测量数据分析设、分别为母线1、2的电压向量，电压差1V&2V&121VVVjV δ?=Δ+&&，即、1VΔ1Vδ为母线1、2间电压差的实部与虚部，以电压向量为参考轴，我们可以得到以下等式： 1V&221,1,1,2,()iiiVVVVδ?Δ+= (1)式(1)称为电压降落方程，式中、分别为量测系统1、2第i次测量的母线电压幅值，、1,iV2,iV1,iVΔ1,iVδ为第i次测量的电压差的实部与虚部。根据电压降落与功率的关系，存在如下的表达式：
其中：其中1,iP、为线路首端第i次测量的有功、无功在理想条件下，测量系统1、2的测量数据同步时，即、是同一时刻的数据，式(1)始终成立。但是在实际运行中，线路两端的测量数据存在时间差是难免的，在等式(1)- (3)中线路末端的测量数据只用到了电压幅值，下面将对V采用一定的处理策略。1,iV2,i2,iV2,iV在正常运行时，的变化是平缓的，并且假设我们选取的数据集是连续采集的几组数据，其中的变化是单调的。由于时间差的关系，的实际值可能前偏接近，或者后偏接近，我们用的前后两次测量数据来估计的实际值，采用代替，称为线路两端的测量同步系数，取值范围为(0～1)。
3.2函数定义式(5)是某一次测量的电压降落方程，使用了测量数据集中的一组数据，若考查N次电压降落，就要使用N组测量数据，为讨论方便，定义一个包含N组测量数据的测量向量。
5．仿真算例为了说明所提最优线路参数估计模型的有效性，选取广西荔浦电网的一条新投运的35kV运行线路进行计算。该线路型号为LJG-150/20，长度16.77km，计算日的环境温度为21-26℃，测量数据集包括7组(N=5)测量数据。表1和表2列出了两个算例的测量数据值，表1为读取的运行线路测量数据集，表2是在表1 的基础上添加了服从正态分布的测量误差。测量数据值及参数均采用标幺值表示。
本算例采用Matlab编程实现，其参数估计的结果与设计值比较如表3所示，第三列为基于表1的估计值，第四列为基于表2含测量误差的估计值。
从参数估计的结果可以看出，估计值与设计值比较接近，验证了最优估计方案的有效性，线路阻抗的估计值偏大也反映了环境温度对线路参数的影响。两次估计的结果基本一致， 说明测量误差对参数估计的影响是微小的，验证了本方案的可靠性。
6．结论
（1）本文提出了线路参数估计的一种新方案，构建最优线路参数估计模型，采用多断面数据进行参数估计，降低测量误差对参数估计的影响。
（2）采用EMS数据库中基本的测量数据集进行计算线路参数，符合当前电力系统中的实际情况，使得本估计方案具有更广的适应面。
（3）引入了线路两端测量同步系数，解决两端数据采集不同步问题，降低测量不同步对参数估计的影响。
（4）在最优参数估计模型中增加了测量数据约束方程，提高了参数估计的可靠性。
参考文献
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