1、第 23 卷 第 4 期2006 年 8 月现 代 电 力Modern Electric PowerVol123 No14Aug1 2006文 章 编 号 :100722322 (2006) 0420074205 文 献 标 识 码 : A 中 图 分 类 号 : TM732一 种 实 用 的 不 良 数 据 处 理 方 法倪 小 华 1 , 王 永 清 2 , 李 慧 3 , 杨 明 皓 1(11 中 国 农 业 大 学 , 北 京 100083 ; 21 天 津 泰 达 电 力 公 司 , 天 津 300457 ; 31 北 京 机 械 工 业 学 院 , 北 京 100085)A Pra
2、ctical Method for Bad Data ProcessingNi Xiaohua1 , Wang Yongqing2 , Li Hui3 , Yang Minghao1(11 China Agriculture University , Beijing 100083 , China ; 21 Tianjin Teda electric Power Company , Tianjin 300457 , China ;31 Beijing Mechanical Industry College , Beijing 100085 , China)摘 要 : 电 力 系 统 中 不 良
3、数 据 的 存 在 会 降 低 状 态 估 计 的 收 敛性 能 , 甚 至 造 成 状 态 估 计 失 败 。 如 何 可 靠 检 测 和 修 正 不 良 数据 成 为 状 态 估 计 应 用 的 难 题 。 针 对 这 个 问 题 , 文 章 从 状 态 估计 实 用 化 角 度 出 发 , 首 先 提 出 越 限 系 数 H 的 概 念 来 表 征 量测 量 的 越 限 程 度 , 然 后 利 用 电 力 系 统 量 测 量 之 间 的 约 束 关 系和 H 值 , 提 出 一 种 基 于 网 络 节 点 分 级 的 不 良 数 据 处 理 方 法 。该 方 法 首 先 通 过 计 算
4、输 入 输 出 差 额 检 测 系 统 总 的 功 率 是 否 平衡 , 修 正 部 分 可 疑 量 测 量 ; 接 着 对 系 统 节 点 进 行 分 级 , 根 据节 点 分 级 结 果 运 用 基 尔 霍 夫 电 流 定 律 逐 级 逐 点 检 测 并 修 正 可疑 数 据 , 最 后 通 过 状 态 估 计 得 到 最 终 结 果 。 工 程 算 例 表 明 该算 法 简 单 、 实 用 、 速 度 快 , 能 够 过 滤 、 智 能 修 复 和 补 充 实 时数 据 , 有 效 地 辨 识 和 修 正 不 良 数 据 , 提 高 了 状 态 估 计 的 收 敛性 能 。关 键 词 :
5、 不 良 数 据 ; 状 态 估 计 ; 节 点 分 级 ; 约 束 关 系 ; 收 敛性Abstract : In p ower system , bad data can reduce conver2gence efficiency of state estimation , even result in state esti2mation f ailure1 So how to detect and modif y bad dada exact2ly is one of t he most demanding p roblems in application ofstate estima
6、tion1 For p ractical application of state estima2tion , t his p ap er p resents a new met hod t hat p rop osed abound coefficient H to identif y data1 Then a solution f orbad data p rocessing is develop ed based on data const raint re2lationship and H value1 In t he p rop osed met hod , balancebetwe
7、en inp ut and outp ut is firstly calculated to modif ydoubtf ul data1 Then remote2analogue data is detected andmodified node by node and class by class based onKirchhoff s law1 Finally revised data is obtained by state es2timation1 Also calculation examples showed t his met hod canidentif y and eff
8、ectively modif y bad data , and t he conver2gence of state estimation is imp roved wit h its advantages assimple , p ractical and f ast1Key words : bad data ; state estimation ; node classing ; con2vergence efficiency ; const raint relationship0 引 言不 良 数 据 的 检 测 和 辨 识 是 电 力 系 统 状 态 估 计 的重 要 功 能 之 一
9、, 其 目 的 在 于 排 除 量 测 采 样 数 据 中 偶然 出 现 的 少 数 不 良 数 据 , 以 提 高 状 态 估 计 的 可 靠性 1 。 不 良 数 据 的 存 在 能 降 低 状 态 估 计 的 收 敛 性能 , 甚 至 造 成 状 态 估 计 失 败 。 因 此 , 对 不 良 数 据 进行 可 靠 检 测 与 辨 识 , 是 状 态 估 计 实 用 化 的 基 础 和 关键 。现 有 的 不 良 数 据 检 测 方 法 , 大 体 上 可 分 为 两类 , 一 类 是 量 测 量 残 差 检 测 , 这 类 方 法 计 算 简 单 、直 观 , 但 存 在 “ 残 差
10、污 染 ” 和 “ 残 差 淹 没 ” 等 问题 , 不 能 可 靠 检 测 多 不 良 相 关 数 据 ; 另 一 类 是 量 测量 突 变 检 测 , 在 上 一 次 估 计 结 果 正 确 且 网 络 结 构 不变 的 前 提 下 , 并 且 负 荷 变 化 不 大 时 , 这 类 检 测 方 法能 够 准 确 检 测 出 多 不 良 相 关 数 据 。 但 这 必 须 在 上 一次 估 计 结 果 正 确 且 网 络 结 构 不 变 的 前 提 下 , 具 有 一定 的 局 限 性 。针 对 传 统 检 测 与 辨 识 方 法 的 不 足 , 许 多 学 者 提出 了 一 些 新 理
11、论 解 决 这 个 难 题 。 文 献 2 结 合 现有 两 类 基 本 检 测 方 法 的 优 点 , 并 考 虑 相 关 量 测 量 之间 可 相 互 校 核 的 特 点 , 提 出 了 混 合 辨 识 方 法 。 此 方法 避 免 了 现 有 两 类 基 本 检 测 方 法 的 缺 点 , 提 出 了 自动 选 择 检 测 方 法 的 基 本 判 据 , 满 足 了 系 统 实 际 运 行中 的 要 求 , 尽 可 能 地 降 低 了 漏 检 和 误 检 的 概 率 。 文献 3 基 于 模 糊 数 学 理 论 , 将 标 准 残 差 N 和 两 相邻 采 样 时 刻 的 量 测 数 据
12、 差 值 Z 作 为 两 个 特 征 值 ,用 加 权 形 式 的 ISODA TA 方 法 对 量 测 值 进 行 了 模 糊聚 类 分 析 , 说 明 该 量 测 以 多 大 度 属 于 或 不 属 于 不 良数 据 , 从 而 改 善 检 测 效 果 。 但 是 , 该 方 法 得 到 的 是在 迭 代 初 值 , 矩 阵 范 数 等 一 定 条 件 下 的 局 部 最 优解 。 文 献 4 根 据 误 差 散 布 的 确 定 性 规 律 , 用 图论 的 方 法 进 行 不 良 数 据 的 检 测 与 辨 识 。 文 献 5 在 新 息 向 量 和 网 络 图 论 基 础 上 提 出
13、新 息 图 理 论 , 利用 新 息 元 素 间 物 理 定 律 约 束 的 内 在 联 系 , 能 有 层次 、 简 捷 地 解 决 坏 数 据 。为 了 能 够 更 好 地 消 除 不 良 数 据 , 提 高 状 态 估 计的 收 敛 性 能 , 本 文 从 实 用 性 角 度 出 发 , 利 用 量 测 量之 间 的 约 束 关 系 , 介 绍 一 种 基 于 网 络 节 点 分 级 的 不良 数 据 检 测 和 修 正 方 法 。 运 用 本 方 法 在 实 际 工 程 中建 立 基 于 专 家 系 统 的 在 线 实 时 动 态 数 据 库 , 能 够 过滤 、 智 能 修 复 和
14、补 充 实 时 数 据 。1 数 据 粗 检 及 修 正目 前 , 在 电 力 系 统 中 需 要 采 集 、 传 输 的 数 据 量非 常 庞 大 。 由 于 当 前 采 集 、 通 讯 等 装 置 还 有 待 完善 , 在 数 据 采 集 、 传 输 过 程 中 难 免 会 出 现 漏 采 、 误采 、 误 传 等 现 象 , 从 而 会 产 生 一 些 空 数 据 和 明 显 的坏 数 据 。 数 据 粗 检 过 程 就 是 检 测 实 时 数 据 , 剔 除 其中 的 空 数 据 、 坏 数 据 并 利 用 实 时 数 据 或 历 史 数 据 补全 。111 辨 识 原 则电 力 系
15、统 正 常 运 行 时 同 一 时 刻 的 采 样 数 据 具 有相 关 性 , 不 同 时 刻 同 一 点 的 采 样 值 具 有 时 间 上 的 延续 性 , 所 以 可 以 根 据 以 下 三 个 原 则 来 判 断 遥 测 数 据是 否 可 疑 :量 测 量 的 限 值 检 测 : 在 系 统 正 常 运 行 条 件下 , 利 用 量 测 量 的 上 下 限 值 确 定 该 量 测 值 是 否 可疑 。量 测 量 的 突 变 检 测 : 利 用 负 荷 的 平 滑 性 , 检 测冲 击 负 荷 的 准 确 性 。量 测 量 的 相 关 性 检 测 : 根 据 网 络 拓 扑 结 构 ,
16、对 数 据 进 行 相 关 性 检 测 。 根 据 检 测 对 象 不 同 分 三类 : 母 线 检 测 : 对 母 线 的 所 有 注 入 功 率 量 测 作 基尔 霍 夫 电 流 定 律 检 测 。 即li = 1Pi MmaxMi - MminMmax - Mmin Mi 0 , 则 采 样 值 Mi 越 上 限 ; Hi H 的 数 据 即 为 明 显 的 坏 数据 , 将 其 修 正 。212 系 统 功 率 平 衡 检 测 和 数 据 修 正计 算 全 网 的 注 入 功 率 和 负 荷 功 率 产 生 的 不 平 衡量 , 如 果 不 平 衡 率 超 过 预 置 阈 值 , 则
17、根 据 可 疑 量 测越 限 程 度 的 不 同 , 按 比 例 修 正 可 疑 量 测 , 改 善 系 统平 衡 性 。 举 例 说 明 :假 设 某 系 统 注 入 有 功 功 率 量 测 集 合 为 P = p1 , p2 , , pn ( n 为 系 统 总 的 注 入 有 功 功 率 量测 个 数 ) , 根 据 检 测 原 则 判 别 p 中 元 素 得 到 可 疑 量测 集 F = f 1 , f 2 , , f l ( l 为 系 统 中 可 疑 的 注入 有 功 功 率 量 测 个 数 ) , 其 中 l 1 ( 1 为 预 设 定 的 阈 值 , 1 0) , 说 明系 统
18、 注 入 量 大 于 流 出 量 , 于 是 对 集 合 F 中 H H的 元 素 和 集 合 G 中 H H 的 元 素 组 成 集 合 X 并 根 据 式 ( 4) 进 行修 正 。通 过 以 上 计 算 , 我 们 可 以 得 到 部 分 可 疑 量 测 的修 正 值 xi = xi + x i 并 且 可 以 重 新 计 算 H i 。213 逐 点 检 测 及 局 部 修 正经 过 上 述 整 体 修 正 后 , 系 统 的 平 衡 性 能 已 得 到改 善 。 但 为 了 达 到 更 满 意 的 修 正 效 果 , 还 需 进 一 步对 每 个 节 点 进 行 量 测 量 的 检
19、测 和 修 正 。21311 节 点 分 级 方 法目 前 , 由 于 电 力 系 统 网 络 比 较 庞 大 , 节 点 数 量较 多 , 应 用 一 般 方 法 检 测 不 仅 会 出 现 漏 检 、 重 复 检测 的 现 象 , 而 且 会 使 修 正 缺 乏 层 次 性 , 从 而 降 低 了修 正 效 果 。 针 对 这 一 问 题 , 本 文 提 出 在 逐 点 检 测 修正 之 前 首 先 对 网 络 节 点 进 行 分 级 。由 于 网 络 中 不 同 类 型 节 点 上 连 接 的 支 路 数 以 及遥 测 量 数 目 不 同 , 致 使 各 类 节 点 的 量 测 数 据
20、影 响 电力 系 统 计 算 的 程 度 不 同 。 本 文 根 据 这 一 影 响 程 度 首先 将 节 点 数 最 多 、 量 测 数 据 量 最 大 的 一 类 节 点 定 为一 级 节 点 , 然 后 依 据 网 络 中 各 类 节 点 的 连 接 关 系 依次 确 定 网 络 中 各 类 节 点 的 级 别 。以 地 区 电 网 为 例 说 明 节 点 分 级 方 法 。 一 般 的地 区 电 网 是 由 地 区 变 电 站 , 地 区 发 电 厂 和 若 干 终端 变 电 站 组 成 6 。 地 区 变 电 站 承 担 着 为 本 地 区 传输 功 率 的 任 务 , 终 端 变
21、电 站 接 收 功 率 输 送 给 负 荷 。本 文 只 考 虑 上 述 各 类 型 变 电 站 , 发 电 厂 的 母 线 节点 。在 地 区 电 网 中 , 负 荷 节 点 和 功 率 注 入 点 是 系 统与 外 部 的 联 络 节 点 , 因 而 , 这 类 节 点 的 量 测 系 统 比较 完 善 , 量 测 量 最 多 , 依 据 节 点 分 级 原 理 将 该 类 节点 作 为 一 级 节 点 , 在 逐 点 修 正 时 应 优 先 考 虑 ; 然 后依 次 将 变 压 器 虚 拟 中 性 点 、 终 端 变 电 站 高 压 母 线 节点 、 地 区 变 电 站 的 中 压 母
22、线 节 点 和 发 电 厂 母 线 作 为二 、 三 、 四 级 节 点 。本 方 法 不 仅 将 网 络 节 点 进 行 了 归 类 , 便 于 统 一管 理 , 而 且 还 根 据 节 点 的 重 要 性 排 定 了 节 点 修 正 的优 先 次 序 , 利 于 提 高 修 正 效 果 ; 此 外 , 该 方 法 易 于编 程 实 现 : 首 先 确 定 最 低 级 节 点 (地 区 电 网 中 为 地区 变 电 站 的 中 压 母 线 节 点 ) , 然 后 将 这 级 节 点 分 别作 为 起 始 节 点 , 采 用 广 度 优 先 搜 索 法 依 次 确 定 各 高级 节 点 。67
23、 现 代 电 力 2006 年21312 逐 点 检 测 和 修 正逐 点 检 测 和 修 正 时 应 根 据 系 统 节 点 分 级 结 果 从一 级 节 点 开 始 逐 级 进 行 。 下 面 介 绍 各 节 点 量 测 量 的修 正 方 法 。假 设 某 节 点 i 属 于 m 级 节 点 , 与 i 节 点 相 关 的有 功 量 测 集 合 为 N ode _ P = pN1 , pN2 , , pNt ,pN ( t + 1) , , pNs , 其 中 s 为 与 节 点 i 相 关 的 有 功量 测 个 数 , 前 t 个 元 素 为 注 入 节 点 i 的 有 功 功 率 量测
24、 , 后 ( s - t) 个 为 流 出 节 点 i 的 有 功 功 率 量 测 , 所有 量 测 满 足 注 入 为 正 , 流 出 为 负 的 原 则 。 节 点 i 的有 功 不 平 衡 量 为 PN = sk = 1pNk , 有 功 不 平 衡 率 N = PN / tk = 1pNk 。修 正 i 的 相 关 量 测 , 使 得 节 点 i 功 率 大 致 平 衡 。步 骤 如 下 : 若 0 0) 不 成 立 , 则 继续 下 面 步 骤 , 否 则 停 止 。 查 找 集 合 N ode _ P 中 | H | H 的 元 素 构成 集 合 X = x1 , x2 , , x
25、 Nt , 其 中 N t 为| H | H 的 元 素 个 数 。 当 N t 0 时 , 按 照 式 (4) 修 正 可 疑 量 测 并 重新 计 算 PN 和 N 。 若 0 0pNkmax - pNk PN 0(6)按 照 以 上 步 骤 从 一 级 节 点 开 始 , 依 次 对 各 级 节点 进 行 逐 点 检 测 和 修 正 量 测 , 得 到 满 足 约 束 关 系 的数 据 。214 数 据 处 理 步 骤数 据 处 理 流 程 图 如 下 。图 1 数 据 处 理 流 程 图3 算 例针 对 甘 肃 某 地 区 电 网 2004 年 7 月 15 日 19 点这 一 时 刻
26、 系 统 断 面 的 量 测 数 据 为 例 进 行 修 正 计 算 。电 网 规 模 为 : 厂 站 数 为 11 个 , 其 中 330kV 电 压 等级 的 变 电 站 1 座 , 220kV 电 压 等 级 的 1 座 , 110kV地 区 发 电 厂 2 座 , 110kV 电 压 等 级 的 变 电 站 7 座 。图 2 金 昌 地 区 电 网 110kV 新 厂 潮 流 图图 2 所 示 为 该 电 网 110kV 发 电 厂 新 厂 的 潮 流图 , 箭 头 表 示 有 功 功 率 正 方 向 , 箭 头 旁 边 的 数 据 表示 有 功 (MW)遥 测 值 , 其 数 值 为
27、 负 , 表 示 功 率 方 向与 正 方 向 相 反 。 该 厂 有 6 号 、 7 号 两 台 发 电 机 组 ,河 化 变 为 负 荷 , 其 余 为 本 厂 与 其 他 站 的 联 络 线 。首 先 做 系 统 平 衡 性 检 测 。 计 算 得 到 注 入 有 功 为551MW , 负 荷 有 功 为 542MW , 修 正 可 疑 有 功 注 入 量测 , 得 到 6 号 机 组 发 出 的 有 功 修 正 量 为 9117MW。77第 4 期 倪 小 华 等 :一 种 实 用 的 不 良 数 据 处 理 方 法接 着 进 行 逐 点 检 测 修 正 。 运 用 本 文 提 出 的
28、 节 点分 级 方 法 , 将 系 统 节 点 分 为 四 级 , 采 用 广 度 优 先 搜索 法 确 定 各 级 节 点 , 该 系 统 中 各 级 节 点 的 个 数 依 次为 32 , 17 , 24 , 9 个 。 新 厂 110kV 母 线 作 为 一 级节 点 , 功 率 不 平 衡 。 经 检 测 , 河 宁 线 首 端 有 功 为 可疑 量 测 , 修 正 数 据 得 到 修 正 值 为 - 3611。最 终 修 正 结 果 如 表 1 所 示 。表 1 计 算 结 果 比 较 表单 位 (MW) 注 入 有 功功 率 负 荷 有 功功 率 状 态 估 计 迭 代次 数采 集
29、 数 据 551 542 不 收 敛修 正 后 数 据 586 542 4 由 表 1 可 以 看 出 , 本 方 法 可 以 有 效 地 辨 识 和 修正 不 良 数 据 , 调 整 系 统 的 平 衡 性 , 使 得 状 态 估 计 能够 可 靠 收 敛 。4 结 论本 文 利 用 电 力 系 统 的 采 样 数 据 具 有 相 互 约 束 的特 点 , 提 出 了 一 种 基 于 网 络 节 点 分 级 的 不 良 数 据 处理 方 法 。 该 方 法 不 需 要 进 行 迭 代 计 算 , 计 算 效 率高 。 工 程 实 际 计 算 结 果 表 明 , 此 方 法 能 有 效 地 保
30、 证状 态 估 计 可 靠 收 敛 , 具 有 一 定 的 实 用 价 值 。参 考 文 献1 于 尔 铿 . 电 力 系 统 状 态 估 计 M . 北 京 : 水 利 电 力出 版 社 , 19851612 张 海 波 , 李 林 川 1 电 力 系 统 状 态 估 计 的 混 合 不 良 数据 检 测 方 法 J . 电 网 技 术 , 2001 , 25 (10) : 172013 刘 浩 , 刘 玉 田 1 模 糊 数 学 在 状 态 估 计 不 良 数 据 检 测辨 识 中 的 应 用 J . 电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 ,1996 , 8 (3) : 52 591
31、4 张 兴 民 , 毛 玉 华 等 1 利 用 图 论 方 法 进 行 多 不 良 数 据检 测 与 辨 识 J . 中 国 电 机 工 程 学 报 , 1997 , 17(1) : 69 72 , 4715 周 苏 荃 , 柳 焯 . 新 息 图 的 智 能 特 征 J . 电 力 系 统自 动 化 , 2000 , 24 (13) : 15 18 , 7016 范 锡 普 . 发 电 厂 电 气 部 分 M . 北 京 : 中 国 电 力 出版 社 , 1995 , 111收 稿 日 期 : 2005 12 30作 者 简 介 :倪 小 华 (1978 - ) , 女 , 硕 士 研 究
32、生 , 研 究 方 向 为 配 电 自 动化 ;王 永 清 (1978 - ) , 男 , 硕 士 , 电 气 工 程 师 , 从 事 配 电 网 运行 管 理 工 作 ;李 慧 (1976 - ) , 女 , 博 士 , 讲 师 , 主 要 研 究 方 向 为 配 电 系统 状 态 估 计 、 负 荷 预 测 算 法 研 究 、 小 波 分 析 理 论 及 其 应 用 ;杨 明 皓 (1953 - ) , 女 , 教 授 , 博 士 生 导 师 , 研 究 方 向 为 电力 系 统 运 行 与 控 制 , 配 电 自 动 化 , 电 能 质 量 与 谐 波 。87 现 代 电 力 2006 年
