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【摘 要】随着分布式电源的广泛接入和智能配电网技术的发展，配电网的运行状态频繁变化，迫切需要实时感知 其运行态势。本文首先采用状态估计方法对量测数据进行处理；然后从经济性、可靠性和安全性3个方面建立 了配电网实时运行态势评估指标体系；最后结合层次分析法对配电网的运行状态进行评估。结果表明，所提出 的方法可以减少量测误差和量测坏数据对配电网实时运行态势评估结果的影响，并给出配电网运行态势的整体 评价结果，量化配电网的实时运行状态，为配电网的运行控制提供重要的技术和数据支持；通过典型算例验证了 所提方法的可行性和有效性。
【关键词】态势感知；状态估计；指标体系；评估分析
引文
智能配电网态势感知是配电系统可靠、经济和 安全运行的重要基础，而实现配电网运行状态的实 时监控、分析与评估是智能配电网的重要技术环 节，能够为智能配电网的发展提供重要技术支撑[1]。为实现配电网实时运行状态的感知，需要实时量测 作为数据支持，而现有的数据采集与监视控制系统 SCADA上 传的数据存在精度低、含有坏数据、无法保证数据 完整性等诸多问题[2]。同时，相较于长时间尺度的配电网评估，配电网实时的态势感知与运行状态评 估更加容易受到量测误差和坏数据的影响，很可能 因为数据质量问题造成评估误差较大，进而给出错 误的控制信号。状态估计能够利用实时量测的冗 余性，应用估计算法来检测与剔除坏数据，提高数 据精度，保持数据的一致性，实现配电网不良量测 数据的辨识，并通过负荷估计及其他相容性分析方 法进行一定的数据修复和补充[3]。因此状态估计是 实现配电网实时运行态势感知与评估的基础
1配电网状态估计分析方法
对于配电网的评价主要从经济性、可靠性和安 全性等方面入手[4]，但是目前配电网的运行指标评 价体系往往是针对较长时间尺度下的电网运行情 况建立的。文献[5-6]针对城市配电网的规划问题，结合配电网的特点，建立了综合评价指标体系.对于配电网的评估方法都是基于 比较长时间尺度的电网运行数据提出的，不能应用 于配电网实时运行状态的分析评估。本文的评估 体系主要针对于配电网实时运行状态的分析与评 估，通过状态估计对实时量测数据进行处理，减少 量测误差和量测坏数据对评估结果的影响；分别从 经济性、安全性和可靠性3个方面提出配电网运行 状态的评估指标，实现了配电网运行态势的综合感 知；借助于层次分析法，将配电网的实时运行状态 量化表示，为配电网的运行控制与管理提供有效的 数据和技术支持。
1.1基于加权最小二乘法的状态估计分析
对于状态估计问题，首先建立量测量与状态变 量的关系，即 z=h（）x +v（1）式中：z为量测量；x为状态变量；h（x）为量测函数；v 为量测误差。为处理配电网中可能存在的零注入约束，提高 状态估计的精度，在状态估计中考虑零注入功率的 等式约束
1.2坏数据辨识方法
配电网中由于计量、通信等原因导致的量测不 准确，可能导致量测坏数据的产生，而状态估计的 一项主要功能就在于剔除网络中存在的量测坏数 据，使网络收敛于可靠的运行状态。然而，配电网 中的运行状态真值未知，状态估计结果仅能提供量 测估计值与量测值之间的量测残差，而坏数据的辨 识则是为了剔除量测误差较大的量测，因此需首先 明确各量测残差与量测误差之间的关系。
2.配电网实时态势指标计算
本文主要从经济性和可靠性3个方面 对配电网的实时运行状态进行评价
2.1 经济性指标
1）线损率 线损率是反映运行经济性的重要指标，配电网 中某条线路的线损率为 rΔPi = ΔPi Pi ×100%
2.2可靠性指标
在可靠性方面，主要考虑配电线路在当前运行 工况下的转供能力。对线路转供情况的研究，可以 先分析出配电网中可转供线路和不转供线路，再对 可转供线路进行分析，找出可转供线路中的完全可 转供线路和部分可转供线路。分析可转供和不转供线路的步骤如下：步骤1 对配电网拓扑结构进行处理，将节点 和支路进行编号，并形成配电网的邻接矩阵；步骤2 根据邻接矩阵，求出连接图中所有节 点的度；步骤3 对连接图进行化简，删除图中所有度 小于等于1的顶点以及与该顶点相关的边，把与这 些边相关的顶点的度减1；步骤4 如果还有度小于等于1的顶点重复步 骤2；步骤5 最后如果还存在未被删除的顶点，则 表示有环，环上所包含的边即为可转供线路；否则 没有环。如果存在可转供线路，接下来通过负荷电流来 判断线路为完全可转供还是部分可转供线路。
2.3 安全性指标
1）电压合格率 电压偏差计算公式为 rΔVi = | |VR，i -Vi VR，i ×100%（17）式中：VR，i为设备i的额定电压；Vi为设备i的实际运 行电压。如果电压偏差超出了允许范围则认为电压不 合格，电压合格率rVQ计算公式为 rVQ= NVQ NDT ×100%（18）式中，NVQ为电压合格的配变个数。
3配电网运行状态评价
本文主要针对中压配电系统的运行状态进行评价，在计算得到反映配电系统实时运行状态的指 标后，需要确定各项指标的权重。本文选用层次分 析法[12]AHP（analytichierarchyprocess）计算各项指 标的权重。采用层次分析法确定权重指标，首先要根据各 项指标的重要情况，建立各项指标间的两两比较矩 阵[13]，在得到两两比较矩阵后求取矩阵的最大特征 值和最大特征值对应的特征向量，根据最大特征值 进行一致性校验，如果该比较矩阵满足一致性校验 要求，则将最大特征值对应的特征向量归一化处 理，处理后得到各个指标最终的权重向量。计算一致性比例参数CR为 CR= CI RI（27）
如果CR<0.1时，认为比较矩阵的一致性是可 以接受的，否则要对判断矩阵进行修正，对于该经 济性指标的比较矩阵，其一致性比例为0，满足一致 性要求。因此直接将其最大特征值对应的特征向 量归一化处理，得到线损率、配变轻载率和线路轻 载率的权重分别为0.1429、0.4286、0.4286。采用 同样的方法可以用于计算安全性和可靠性各项指 标的权重，以及经济性、安全性和可靠性在运行状 态评估中所占的权重。在计算得到各项指标所占的权重后，需要对各 项指标进行打分。将指标分为效益型和成本型两 类，对于效益型的指标，取值越大得分越高，对于成 本型指标，取值越小得分越高。首先根據系统的历史运行数据，得到指标的取值范围r∈[rmin，rmax]，然后 将整个取值范围r采用聚类方法形成若干个待确定 的数据聚类，从而形成相应聚类的上界与下界，即 子取值区间边界。分析在各个子取值区间的指标 取值个数，根据数据个数确定该取值区间的评分范 围。在各个子取值区间用线性函数进行拟合。
4算例分析
本文采用IEEE33节点算例进行分析[14]，量测数据中除包含量测误差外，还包含一定的 坏数据，本文所提出的状态估计方法可有效辨识出 量测坏数据。此时该算例运行时间为0.37s，所采 用的测试算例运行环境具体如下：硬件条件为IntelXeonCPUE5-2650，主频为2.60GHz，内存为16GB，操作系统为Windows10。相比于实时态势感知分 析的时间维度在秒级以上，状态估计方法及其坏数据辨识。
由于线路电流和节点电压的量测不全，无法直 接运用量测数据进行运行态势指标的计算，对于这 种情况，除了采用状态估计的方法外还可以采用潮 流计算的方式，用潮流计算的结果指标计算，进而 实现配电网运行态势的分析与评估。在得到线路电流和节点电压的结果后，通过进 一步计算可以得到各项指标，计算各项指标所占的 权重。在确定指标权重时，要根据各项指标的相对 重要程度，确定两两比较矩阵。
结束语
本文提出了一种基于状态估计的配电网实时 态势感知与评估方法，在评估中考虑了量测误差和 坏数据对配电网运行态势实时评估的影响，通过状 态估计对数据进行补全和处理，有效降低了量测数 据质量问题造成的评估偏差。同时本文从配电网 实时运行态势的感知与评估出发，从经济性、安全 性和可靠性3个方面建立了表征配电网实时运行 情况的指标体系，综合考虑各个方面的重要性，给 出配电网运行态势的整体评价结果，能够量化表示 配电网的实时运行状态，为配电网的运行控制提供 重要的技术和数据支持。
参考文献：
[1] 王守相，梁栋，葛磊蛟.智能配电网态势感知和态势利导关键技术 [J].电力系统自动化，2016，40（12）：2-8.
[2] 李从善，刘天琪，李兴源，等.用于电力系统状态估计的WAMS/ SCADA混合量测数据融合方法 [J].高电压技术，2013，39（11）：2686-2691.
[3] 杨骥.配电网状态估计 [D].南京：东南大学电气工程学院，2005.
（作者单位：国网银川供电公司）
【关键词】态势感知；状态估计；指标体系；评估分析
引文
智能配电网态势感知是配电系统可靠、经济和 安全运行的重要基础，而实现配电网运行状态的实 时监控、分析与评估是智能配电网的重要技术环 节，能够为智能配电网的发展提供重要技术支撑[1]。为实现配电网实时运行状态的感知，需要实时量测 作为数据支持，而现有的数据采集与监视控制系统 SCADA上 传的数据存在精度低、含有坏数据、无法保证数据 完整性等诸多问题[2]。同时，相较于长时间尺度的配电网评估，配电网实时的态势感知与运行状态评 估更加容易受到量测误差和坏数据的影响，很可能 因为数据质量问题造成评估误差较大，进而给出错 误的控制信号。状态估计能够利用实时量测的冗 余性，应用估计算法来检测与剔除坏数据，提高数 据精度，保持数据的一致性，实现配电网不良量测 数据的辨识，并通过负荷估计及其他相容性分析方 法进行一定的数据修复和补充[3]。因此状态估计是 实现配电网实时运行态势感知与评估的基础
1配电网状态估计分析方法
对于配电网的评价主要从经济性、可靠性和安 全性等方面入手[4]，但是目前配电网的运行指标评 价体系往往是针对较长时间尺度下的电网运行情 况建立的。文献[5-6]针对城市配电网的规划问题，结合配电网的特点，建立了综合评价指标体系.对于配电网的评估方法都是基于 比较长时间尺度的电网运行数据提出的，不能应用 于配电网实时运行状态的分析评估。本文的评估 体系主要针对于配电网实时运行状态的分析与评 估，通过状态估计对实时量测数据进行处理，减少 量测误差和量测坏数据对评估结果的影响；分别从 经济性、安全性和可靠性3个方面提出配电网运行 状态的评估指标，实现了配电网运行态势的综合感 知；借助于层次分析法，将配电网的实时运行状态 量化表示，为配电网的运行控制与管理提供有效的 数据和技术支持。
1.1基于加权最小二乘法的状态估计分析
对于状态估计问题，首先建立量测量与状态变 量的关系，即 z=h（）x +v（1）式中：z为量测量；x为状态变量；h（x）为量测函数；v 为量测误差。为处理配电网中可能存在的零注入约束，提高 状态估计的精度，在状态估计中考虑零注入功率的 等式约束
1.2坏数据辨识方法
配电网中由于计量、通信等原因导致的量测不 准确，可能导致量测坏数据的产生，而状态估计的 一项主要功能就在于剔除网络中存在的量测坏数 据，使网络收敛于可靠的运行状态。然而，配电网 中的运行状态真值未知，状态估计结果仅能提供量 测估计值与量测值之间的量测残差，而坏数据的辨 识则是为了剔除量测误差较大的量测，因此需首先 明确各量测残差与量测误差之间的关系。
2.配电网实时态势指标计算
本文主要从经济性和可靠性3个方面 对配电网的实时运行状态进行评价
2.1 经济性指标
1）线损率 线损率是反映运行经济性的重要指标，配电网 中某条线路的线损率为 rΔPi = ΔPi Pi ×100%
2.2可靠性指标
在可靠性方面，主要考虑配电线路在当前运行 工况下的转供能力。对线路转供情况的研究，可以 先分析出配电网中可转供线路和不转供线路，再对 可转供线路进行分析，找出可转供线路中的完全可 转供线路和部分可转供线路。分析可转供和不转供线路的步骤如下：步骤1 对配电网拓扑结构进行处理，将节点 和支路进行编号，并形成配电网的邻接矩阵；步骤2 根据邻接矩阵，求出连接图中所有节 点的度；步骤3 对连接图进行化简，删除图中所有度 小于等于1的顶点以及与该顶点相关的边，把与这 些边相关的顶点的度减1；步骤4 如果还有度小于等于1的顶点重复步 骤2；步骤5 最后如果还存在未被删除的顶点，则 表示有环，环上所包含的边即为可转供线路；否则 没有环。如果存在可转供线路，接下来通过负荷电流来 判断线路为完全可转供还是部分可转供线路。
2.3 安全性指标
1）电压合格率 电压偏差计算公式为 rΔVi = | |VR，i -Vi VR，i ×100%（17）式中：VR，i为设备i的额定电压；Vi为设备i的实际运 行电压。如果电压偏差超出了允许范围则认为电压不 合格，电压合格率rVQ计算公式为 rVQ= NVQ NDT ×100%（18）式中，NVQ为电压合格的配变个数。
3配电网运行状态评价
本文主要针对中压配电系统的运行状态进行评价，在计算得到反映配电系统实时运行状态的指 标后，需要确定各项指标的权重。本文选用层次分 析法[12]AHP（analytichierarchyprocess）计算各项指 标的权重。采用层次分析法确定权重指标，首先要根据各 项指标的重要情况，建立各项指标间的两两比较矩 阵[13]，在得到两两比较矩阵后求取矩阵的最大特征 值和最大特征值对应的特征向量，根据最大特征值 进行一致性校验，如果该比较矩阵满足一致性校验 要求，则将最大特征值对应的特征向量归一化处 理，处理后得到各个指标最终的权重向量。计算一致性比例参数CR为 CR= CI RI（27）
如果CR<0.1时，认为比较矩阵的一致性是可 以接受的，否则要对判断矩阵进行修正，对于该经 济性指标的比较矩阵，其一致性比例为0，满足一致 性要求。因此直接将其最大特征值对应的特征向 量归一化处理，得到线损率、配变轻载率和线路轻 载率的权重分别为0.1429、0.4286、0.4286。采用 同样的方法可以用于计算安全性和可靠性各项指 标的权重，以及经济性、安全性和可靠性在运行状 态评估中所占的权重。在计算得到各项指标所占的权重后，需要对各 项指标进行打分。将指标分为效益型和成本型两 类，对于效益型的指标，取值越大得分越高，对于成 本型指标，取值越小得分越高。首先根據系统的历史运行数据，得到指标的取值范围r∈[rmin，rmax]，然后 将整个取值范围r采用聚类方法形成若干个待确定 的数据聚类，从而形成相应聚类的上界与下界，即 子取值区间边界。分析在各个子取值区间的指标 取值个数，根据数据个数确定该取值区间的评分范 围。在各个子取值区间用线性函数进行拟合。
4算例分析
本文采用IEEE33节点算例进行分析[14]，量测数据中除包含量测误差外，还包含一定的 坏数据，本文所提出的状态估计方法可有效辨识出 量测坏数据。此时该算例运行时间为0.37s，所采 用的测试算例运行环境具体如下：硬件条件为IntelXeonCPUE5-2650，主频为2.60GHz，内存为16GB，操作系统为Windows10。相比于实时态势感知分 析的时间维度在秒级以上，状态估计方法及其坏数据辨识。
由于线路电流和节点电压的量测不全，无法直 接运用量测数据进行运行态势指标的计算，对于这 种情况，除了采用状态估计的方法外还可以采用潮 流计算的方式，用潮流计算的结果指标计算，进而 实现配电网运行态势的分析与评估。在得到线路电流和节点电压的结果后，通过进 一步计算可以得到各项指标，计算各项指标所占的 权重。在确定指标权重时，要根据各项指标的相对 重要程度，确定两两比较矩阵。
结束语
本文提出了一种基于状态估计的配电网实时 态势感知与评估方法，在评估中考虑了量测误差和 坏数据对配电网运行态势实时评估的影响，通过状 态估计对数据进行补全和处理，有效降低了量测数 据质量问题造成的评估偏差。同时本文从配电网 实时运行态势的感知与评估出发，从经济性、安全 性和可靠性3个方面建立了表征配电网实时运行 情况的指标体系，综合考虑各个方面的重要性，给 出配电网运行态势的整体评价结果，能够量化表示 配电网的实时运行状态，为配电网的运行控制提供 重要的技术和数据支持。
参考文献：
[1] 王守相，梁栋，葛磊蛟.智能配电网态势感知和态势利导关键技术 [J].电力系统自动化，2016，40（12）：2-8.
[2] 李从善，刘天琪，李兴源，等.用于电力系统状态估计的WAMS/ SCADA混合量测数据融合方法 [J].高电压技术，2013，39（11）：2686-2691.
[3] 杨骥.配电网状态估计 [D].南京：东南大学电气工程学院，2005.
（作者单位：国网银川供电公司）