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1、基于多源多时空信息的配电网 SCADA 系统电压数据质量检测与评估方法 刘科研 张剑 陶顺 贾东梨 盛万兴 中国电力科学研究院 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 摘 要： 为了对配电网数据质量进行检测、修正和评估,针对配电网 SCADA 系统的电压量测数据,提出基于多源信息匹配、基于同点多时段对比以及基于多点量测信息匹配的数据质量检测方法,在多点量测信息匹配的判断中基于潮流计算的电压数据来估计误差。基于初级的量测量突变检测并综合上述 3 种方法,提出一种基于多源多时空信息的电压数据质量综合检测和修正方法。最后,给出了单一电压数据质量的评级方法以及整体电压数据质量的评估标准。采用 P
2、G&E 69 节点配电系统对上述方法进行验证。结果表明,所提方法能有效检测出不满足精度要求的电压数据,并对其进行准确修正,同时可为运行人员评估数据质量提供参考。关键词： 数据采集与监视控制系统; 电压数据质量; 多源多时空信息; 综合检测方法; 数据质量评估; 作者简介：刘科研(1978),男,博士,高级工程师,研究方向为配电网建模仿真与智能分析;E-mail:;作者简介：张剑(1986),男,博士,研究方向为电力电子在电力系统中的应用;作者简介：陶顺(1972),女,副教授,研究方向为智能配电网、电能质量。收稿日期：2015-07-30Detection and Evaluation of
3、SCADA Voltage Data Quality in Distribution Network Based on Multi Temporal and Spatial Information of Multi Data SourcesLIU Keyan ZHANG Jian TAO Shun JIA Dongli SHENG Wanxing China Electric Power Research Institute; State Key Laboratory for Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sou
4、rces(North China Electric Power University); Abstract： In order to detect, correct and evaluate data quality in distribution network, methods respectively based on information matching of multi data sources, comparison in multi time intervals at the same bus and measured information matching of mult
5、i buses are presented to detect measured voltage data of SCADA system in distribution network. Based on power flow data, a precision estimation method for calculated voltage data is proposed, providing criterion for method based on measured information matching of multi buses. Then, combined with ob
6、vious saltation detection of measured data and three above-mentioned methods, a comprehensive detection and correction method based on multi temporal and spatial information of multi data sources is proposed to detect voltage data quality. Finally, evaluation standards of voltage data quality for si
7、ngle data and data sets are presented respectively. Distribution network with 69 buses is used to verify above methods. Results indicate that voltage data, not satisfying precision requirements, could be effectively found out and corrected accurately with the proposed methods. Furthermore, data qual
8、ity evaluation could provide operators with reference.Keyword： SCADA; voltage data quality; multi temporal and spatial informationof multi data sources; comprehensive detection method; data quality evaluation; Received： 2015-07-300 引言随着智能配电网的发展,电网的监测、控制和智能化调度愈发重要。依靠监测系统获得的电力系统海量信息是对电网进行合理控制和优化调度的数据基
9、础和前提1-4。采用准确合理的电网静态数据、 量测数据、台账数据等信息能够对电网进行预期的控制和调度。相反,当数据由于监测系统故障、通道传输丢包、延时等原因存在错误时,经过分析后的控制和调度指令可能误导和影响调度人员做出错误的决策。因此,保证数据质量对维护电力系统正常安全运行至关重要。SCADA 系统作为配电自动化的重要组成部分5-6,在布点数量和采集数据信息量等方面都占据着绝对的优势。其量测的电压幅值不仅是电网运行状态分析的数据基础,也是电网电压波动、暂降与暂升等电能质量事件判断和评估的依据。但由于 SCADA 本身的测量存在着一定的误差,以及在数据传输到调度中心过程中存在错误数据等问题,其
10、本身的数据质量大大下降。因此,需要一种检测和评估SCADA 系统电压数据质量的方法。在电力系统数据质量的研究方面,对数据质量检测,错误数据修正与精度,以及整体数据质量评估的综合研究尚不完善。目前的研究主要集中于对不良数据的检测和辨识7,其方法大致分为:1)传统的不良数据检测方法,如加权残差法8、量测量突变检测法9、目标函数极值检测法10等;2)相对较新的检测方法,如模糊等价矩阵聚类分析法11、 神经网络法12等。这些方法通常只针对传统配电网较小规模的结构化数据,并且只依赖于单一数据源和单一检测手段,数据检测的可靠性相对较低13。 配电网具有数据多源和多渠道的特点,因此可以通过多种手段对同一数据
11、对象进行校核来保证数据质量检测的可靠性。如电网中,同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)和 SCADA 系统在监测和数据采集对象上具有一定的相似性,而在采样率和量测精度上则具有一定的差异性14-15。因此,在对各自的量测量进行数据质量检测时,可以相互利用和相互补充。此外,还可以依赖于同一数据源的多种信息,并结合电网的拓扑结构关系对数据质量进行检测。文献16分析了基于多数据来源的电力调度数据中心数据校验的总体框架,但并未对框架中各方法的具体执行措施和有效性进行详细的分析和验证。文献17对其所提出的调度数据质量辨识方法进行了算例验证,但所提出的方法并未明确辨识的
12、依据,也没有给出有效的数据修正方法。文献18分析了数据质量指标的计算方法,但并未深入研究整体数据质量的评估手段。本文以 SCADA 系统电压数据为对象,开展数据质量可靠检测、准确修正以及总体评估的综合研究。首先提出基于多源信息匹配、基于同点多时段对比以及基于多点量测信息匹配的 SCADA 系统电压数据质量检测方法,给出各种方法判别数据质量的详细依据,提出基于潮流数据的电压计算数据精度的估计方法。综合上述3 种方法,提出能够有效判别电压数据质量的综合检测算法。其次,提出用于评估单一电压数据质量和整体电压数据质量的有效方法。最后,通过算例对上述方法进行验证。1 各级电压数据质量检测方法在实际情况中
13、,由于测量系统或多或少都存在测量误差,电力系统中某一节点的电压无法准确获得。因此,在电压数据质量检测中,需要通过不同源同时的同一信息、同源不同时的同一信息或者同源同时的不同信息直接或间接地对电压数据质量进行校验。本文采用如下 3 种方法进行 SCADA 系统电压数据质量的分级检测。1.1 基于多源量测信息匹配的电压数据质量检测在配电系统中,由于多种监测系统的存在,电网的量测数据存在冗余性,如 SCADA系统、PMU 系统、电能质量监测系统、营销系统等。其中 SCADA 系统是监测点相对较全、测量频率相对较高的系统,而 PMU 在配网中的布点相对较少,但测量精度较高。当同一点同时存在 SCADA
14、 和 PMU 时,可以通过 PMU 测量的电压数据对SCADA 的电压数据(主要为电压幅值)进行检测,当 PMU 与 SCADA 系统之间对时不统一时,可采用插值的方法实现 SCADA 与 PMU 量测数据的匹配。假设 SCADA 测得的节点 i 电压幅值为 ui1=ui+ui 1,其中,u i为节点 i 准确的电压幅值, 1为测量值与真实值之间的差;在同一时刻 PMU 测得的同一节点的电压幅值为 ui2=ui+ui 2, 2为测量值与真实值之间的差。当 ui1与 ui2均在测量精度范围内时, 满足|(u i1-ui2)/ui1| 1- 2| S|+| P| ,其中 S为 SCADA系统的测量
15、精度(电压测量一般为0.3%), P为 PMU 系统的测量精度(电压测量一般为0.2%)。当 ui1与 ui2至少有 1 个不在测量精度范围内时,通常存在|(ui1-ui2)/ui1| 1- 2| S|+| P| 。本文以此作为通过 PMU 数据检测SCADA 系统电压数据质量的标准。当数据错误时,可以通过 PMU 的数据对相应的SCADA 的量测数据进行修正。采用上述方法的优点是,当该点存在 PMU 且数据准确度较高时,可以通过 PMU 进行准确的电压数据质量检测,并在数据错误时给出精度较高的数据修正值。但通常在配电网中 PMU 布点较少, 且当 PMU 也存在错误数据时,需要进一步采用其他
16、检测方法。1.2 基于多时段量测信息的电压数据质量检测电力系统运行过程中,当负荷不发生较大突变时,对于 SCADA 系统的采样间隔,一般情况下本时刻与邻近的上一时刻与下一时刻的电压幅值通常满足(T 为测量值时间间隔)。因此,可以通过对比相邻时刻的电压幅值进行本时刻电压幅值的正确性检测。根据 1.1 的判断方法,可进行如下判断:当至少有 1 个满足条件时,即可以认为此时的 SCADA 测量值 ui3正确;当与均不满足条件时,即可以初步认为此时的 SCADA 测量值 ui3错误。采用基于同点多时段数据进行电压数据质量检测无需调用其他数据源信息,能够快速地对数据质量进行判断。但当电力系统在短时间内负荷变化较大导致电压出现较大波动、电压暂降或暂升时, 本时刻电压幅值可能与相邻时刻电压幅值相差较大,采用上述方法可能导致数据质量的误判。因此, 当采用此方法判断本时刻 SCADA 系统电压数据错误时
