基于最小配电区域的配电网量测质量评估方法

摘要

本发明涉及配电网量测质量评估领域，具体涉及一种基于最小配电区域的配电网量测质量评估方法。本发明确定了电缆与架空线路混合构架网络的最小配电区域，并提出了配网父子分层模型，基于该父子分层模型提出了母线电压量测可信度判定原则，并给出了详细的电压质量评价指标。同时，根据配电网架特点，详细分析了开关遥测数据变化规律，给出详细的开关遥测质量评价指标。依据开关遥测质量评价指标及配网运行规律，并给出了详细的开关遥信质量评价指标。本发明能较好地解决电缆与架空线路混合配电网络中的遥信遥测质量可信度评估问题，能够为配电网状态估计数据辨识与修正提供依据，也可为配电网运行状态评估提供数据支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网量测质量评估领域，具体涉及一种基于最小配电区域 的配电网量测质量评估方法。

背景技术

近年来，随着国家对配电网基础设施的大力投入，一批配电网自动化试 点项目顺利通过验收。配电网数据采集范围与规模不断扩大，加之负荷管理 系统（CIS）、地理信息系统（AM\FM\GIS）等准实时系统的接入，使配电网高 级应用实用化成为可能。

准确而可靠的量测是进行配电网高级应用计算的前提，而现实中采集到 的量测其准确性往往存在偏差，由于算法的传导性，导致由错误量测为依据 的高级应用结果与实际情况存成非常大的偏差。因此，确定实时采集遥信遥 测量的可信度，对各种量测进行质量可信度评估，运用可信度高的量测进行 计算，是具有重要现实意义的。

发明内容

为解决配电网运行中量测质量可靠性评估问题，本发明结合配电网特点， 提供了一种基于最小配电区域的配电网量测质量评估方法。

为实现上述目的，本发明采用的方案如下：

一种基于最小配电区域的配电网量测质量评估方法，包括如下步骤：

（1）划分电缆与架空线路混合构架网络的最小配电区域，对于架空线路 最小配电区域增设虚拟开关；每条架空馈线段多直接连接配变，馈线段两端 开关流过的负荷差即为其所带配变负荷，为正确描述架空馈线段的负荷状况， 将该馈线段所属配变等效为一个负荷，通过一虚拟开关T接到馈线段上。虚 拟开关流过的负荷即为馈线段端点开关流过的负荷差。

（2）建立最小配电区域父子分层模型：

1）建立最小配电区域邻接表Q描述一个最小配电区域如下：

Q_x＝{x|F_x,C_x}

其中，x为最小配电区域的入域开关，F_x为最小配电区域的负荷出域开关 集合，C_x为最小配电区域的连接出域开关集合，具体为：

$\left(\begin{array}{c}{F}_x=\{F_1,F_2,···{,F}_n\}\\ C_x=\{C_1,C_2,···,C_m\}\end{array}\right)$

其中，n为最小配电区域所含负荷出域开关数，m为最小配电区域所含连 接出域开关数；

2）建立最小配电区域父子分层邻接表G描述最小配电区域与其下游相邻 最小配电区域之间的父子分层关系，具体描述为：

G(Q_x)＝{Q_C1,Q_C2,…,Q_Cm}

其中Q_x为以x为入域开关的最小配电区域，C1，C2，…,Cm为该最小配电区域 的连接出域开关；

3）建立子岛拓扑邻接表W描述整个最小配电子岛的拓扑连接关系，具体 为：

W_i＝{G(Q₁),G(Q₂),…,G(Q_N)}

其中，i为最小配电子岛编号，N为最小配电子岛所包含的最小配电区域数目， 所有最小配电区域父子分层邻接表即构成了整个最小配电子岛的拓扑模型。

（3）依靠最小配电区域父子分层模型确定评价母线电压量测可信度的母 线电压量测质量评价指标：

首先根据母线电压应满足的规律分别建立评价原则：

1）各母线电压应在其额定电压范围内，即其应小于最高电压，大于最低 电压，此时，建立第一种母线电压量测质量评价原则，即：当母线电压在额 定电压范围内时，质量评价指标为一定值K₁，当不在额定电压范围内时，质 量评价指标为0；

2）母线电压沿潮流流向逐渐降低，即最小配电区域电压要小于其父最 小配电区域电压而大于其子最小配电区域电压，最小配电区域电压即其所含 母线的电压，若最小配电区域中无母线，则母线电压指最小配电区域中所含 馈线电压，此时，建立第二种母线电压量测质量评价原则，即：当最小配电 区域电压满足子区域电压限值与父区域电压限值条件时，质量评价指标为一 定值K₂，当不满足约束条件时，质量评价指标为0；

然后，根据两种母线电压量测质量评价原则，用两种质量评价指标的和 作为母线电压量测质量评价总指标。

（4）确定评价开关遥测数据可信度的开关遥测质量评价指标：

首先根据最小配电区域各开关遥测量应满足的规律分别建立评价原则：

1）若最小配电区域合闸出域开关数大于1，则该最小配电区域各出域开 关遥测量需小于其入域开关遥测量，此时建立第一种开关遥测质量评价原则， 即：当最小配电区域合闸出域开关数大于1且其出域开关遥测量小于其入域 开关遥测量，或合闸出域开关数等于1时，该出域开关质量评价指标为一定 值K₃，当最小配电区域合闸出域开关数大于1且其出域开关遥测量大于其入 域开关遥测量时其评价指标为0；

2）最小配电区域中入域开关遥测量应基本等于所有出域开关遥测量的总 和，即两者差值小于某一误差，此时建立第二种开关遥测质量评价原则，即： 当最小配电区域出入域开关遥测量差值小于某一误差时，该区域所有开关的 遥测质量评价指标为一定值K₄，若不满足该约束条件，则评价指标为0；

然后，根据两种开关遥测质量评价原则，用两种质量评价指标的和作为 开关遥测质量评价总指标。

（5）依据开关遥测质量评价指标及配网运行规律，确定评价开关遥信数 据可信度的遥信质量评价指标：

若最小配电区域开关流过潮流，则其开关遥信状态应为合闸，根据该规 律，开关遥信质量评价原则为：当最小配电区域开关遥测质量评价指标非零， 且遥测量非零，而该开关遥信状态为合闸时，其遥信质量评价指标为1；若 开关遥测质量评价指标非零，而该开关遥信状态为分闸且遥测量为零时，其 遥信质量评价指标为1；若开关遥信质量评价指标非零，而开关遥信状态为 分闸且遥测量非零时，其遥信质量评价指标为-1；若开关遥测质量评价指标 为零，则该开关遥信状态不定，其遥信质量评价指标为0。

开关遥信误判将会使最小配电区域父子分层模型错误，从而导致整个最 小配电子岛拓扑模型错误，故此开关遥信的辨识至关重要。

步骤（1）确定电缆与架空线路混合构架网络的最小配电区域的划分原则 为：若分段开关皆为两遥点或是三遥点，则每一个分段开关皆是最小配电区 域的边界节点；若分段开关全是一遥点或无遥信遥测功能，则分段开关皆是 最小配电区域的内点；若分段开关部分具有遥信遥测功能，部分未具有遥信 遥测功能，则具备两遥功能的分段开关可以作为最小配电区域边界节点，不 具备两遥功能的分段开关必须作为最小配电区域的内点。其中，一遥是指具 有遥信功能，两遥是指具有遥信遥测功能，三遥是指具有遥信遥测遥控功能。

下面对一些术语进行说明：对于开环运行配电网，每一个最小配电区域 有且只有一个潮流流入开关，称为入域开关；至少具有一个或几个潮流流出 开关，称为出域开关；出域开关按开关类型可以分为负荷出域开关和连接出 域开关，负荷出域开关是指直接连接配电变压器的开关，连接出域开关是指 连接相邻最小配电区域的公共开关。开关遥测量是指开关流过的潮流，包括 有功功率、无功功率和电流。

下面对各质量评价指标的特殊情况进行说明：

步骤（3）中规定含有变电站出线开关的起始最小配电区域电压为变电站 母线电压，其电压质量评价指标为1。

步骤（4）中规定变电站出线开关的遥测质量评价指标为1，即该量测可 信。

步骤（4）中若开关遥测量为0，且开关分闸，则其遥测质量评价指标为 1，虚拟开关量测初值为0，其遥测质量评价指标为0。

本发明确定了电缆与架空线路混合构架网络的最小配电区域，并提出了 配网父子分层模型，基于该父子分层模型提出了母线电压量测可信度判定原 则，并给出了详细的电压质量评价指标。同时，根据配电网架特点，详细分 析了开关遥测数据变化规律，提出了开关遥测数据可信度判定原则，并给出 详细的开关遥测质量评价指标。依据开关遥测质量评价指标及配网运行规律， 给出了开关遥信数据可信度判定原则，并给出了详细的开关遥信质量评价指 标。

本发明能较好地解决电缆与架空线路混合配电网络中的遥信遥测质量可 信度评估问题，能够为配电网状态估计数据辨识与修正提供依据，也可为配 电网运行状态评估提供数据支撑。

附图说明

图1是本发明实施例所用的配电网络图。

具体实施方式

一种基于最小配电区域的配电网量测质量评估方法，包括如下步骤：

（1）确定电缆与架空线路混合构架网络的最小配电区域，对于架空线路最小 配电区域增设虚拟开关：

最小配电区域的划分原则为：若分段开关皆为两遥点或是三遥点，则每 一个分段开关皆是最小配电区域的边界节点。若分段开关全是一遥点或无遥 信遥测功能，则分段开关皆是最小配电区域的内点。若分段开关部分具有遥 信遥测功能，部分未具有遥信遥测功能，则具备两遥功能的分段开关可以作 为最小配电区域边界节点，不具备两遥功能的分段开关必须作为最小配电区 域的内点。

每条架空馈线段多直接连接配变，馈线段两端开关流过的负荷差即为其 所带配变负荷，为正确描述架空馈线段的负荷状况，将该馈线段所属配变等 效为一个负荷，通过一虚拟开关T接到馈线段上。虚拟开关流过的负荷即为 馈线段端点开关流过的负荷差。

（2）建立最小配电区域父子分层模型：

对于开环运行配电网，每一个最小配电区域有且只有一个潮流流入开关， 称为入域开关；至少具有一个或几个潮流流出开关，称为出域开关；出域开 关按开关类型可以分为负荷出域开关和连接出域开关，负荷出域开关是指直 接连接配电变压器的开关，连接出域开关是指连接相邻最小配电区域的公共 开关。

1）建立最小配电区域邻接表Q描述一个最小配电区域如下：

Q_x＝{x|F_x,C_x}

其中，x为最小配电区域的入域开关，F_x为最小配电区域的负荷出域开关 集合，C_x为最小配电区域的连接出域开关集合，具体为：

$\left(\begin{array}{c}{F}_x=\{F_1,F_2,···{,F}_n\}\\ C_x=\{C_1,C_2,···,C_m\}\end{array}\right)$

其中，n为最小配电区域所含负荷出域开关数，m为最小配电区域所含连 接出域开关数。

2）建立最小配电区域父子分层邻接表G描述最小配电区域与其下游相邻 最小配电区域之间的父子分层关系，具体描述为：

G(Q_x)＝{Q_C1,Q_C2,…,Q_Cm}

其中Q_x为以x为入域开关的最小配电区域，C1，C2，…,Cm为该最小配电区域 的连接出域开关。

3）建立子岛拓扑邻接表W描述整个最小配电子岛的拓扑连接关系，具体 为：

W_i＝{G(Q₁),G(Q₂),…,G(Q_N)}

其中，i为最小配电子岛编号，N为最小配电子岛所包含的最小配电区域数目， 所有最小配电区域父子分层邻接表即构成了整个最小配电子岛的拓扑模型。

（3）依靠最小配电区域父子分层模型确定评价母线电压量测可信度的母线电 压量测质量评价指标：

对于开环运行配电网，各开闭所、环网柜母线电压应满足一定规律，首 先根据母线电压应满足的规律分别建立评价原则：

1）各母线电压应在其额定电压范围内，即其应小于最高电压，大于最低 电压，具体描述为：

V_down≤V≤V_up

其中，V为母线电压；V_down为最低电压值；V_up为最高电压值。

根据该规律，建立第一种母线电压量测质量评价原则，即：当母线电压 在额定电压范围内时，质量评价指标为一定值K₁，当不在额定电压范围内时， 质量评价指标为0，设该原则的母线电压质量评价指标为S_V1，初始值为0， 该原则具体描述为：

$S_{V1}=\left(\begin{array}{cc}{K}_1& V_{\mathrm{down}}\le V\le V_{\mathrm{up}}\\ 0& V>V_{\mathrm{up}}\left|\right|V<V_{\mathrm{down}}\end{array}\right).$

2）母线电压沿潮流流向逐渐降低，即最小配电区域电压要小于其父最 小配电区域电压而大于其子最小配电区域电压，最小配电区域电压即其所含 母线的电压，具体描述为

V_Qchild≤V_Q≤V_Qfather

其中，V_Q为最小配电区域电压值，V_Qchild为子最小配电区域电压值，V_Qfather为父最小配电区域电压值。

若最小配电区域中无母线，则母线电压指最小配电区域中所含馈线电压。 当最小配电区域的子区域不止一个时，V_Qchild值为所有子区域电压值的最大值， 当其子区域不存在时，V_Qchild为0。

根据该规律，建立第二种母线电压量测质量评价原则，即：当最小配电 区域电压满足子区域电压限值与父区域电压限值条件时，质量评价指标为一 定值K₂，当不满足约束条件时，质量评价指标为0，设该原则的母线电压质 量评价指标为S_V2，初始值为0，该原则具体描述为：

$S_{V2}=\left(\begin{array}{cc}{K}_2& V_{\mathrm{Qchild}}\le V_Q\le V_{\mathrm{Qfather}}\\ 0& V_Q>V_{\mathrm{Qfather}}\left|\right|V_Q<V_{\mathrm{Qchild}}\end{array}\right).$

然后，根据两种母线电压量测质量评价原则，用两种质量评价指标的和 作为母线电压量测质量评价总指标，具体为：

S_V＝S_V1+S_V2

其中，S_V为母线电压量测质量评价总指标值，K₁、K₂∈(0，1)，K₁+K₂=1。

（4）确定评价开关遥测数据可信度的开关遥测质量评价指标：

开关遥测量指的是开关流过的潮流，包括开关流过的有功功率、无功功 率和电流，对于最小配电区域，其开关遥测量需满足一定规律。首先根据最 小配电区域各开关遥测量应满足的规律分别建立评价原则：

1）若最小配电区域合闸出域开关数大于1，则该最小配电区域各出域开 关遥测量需小于其入域开关遥测量，具体描述为：

PQI_i≤PQI_x

其中，PQI_x为最小配电区域入域开关流过的潮流（有功功率、无功功率、 电流），i∈G(Q_x)为最小配电区域出域开关，PQI_i为出域开关i流过的潮流（有 功功率、无功功率、电流）。

根据该规律，建立第一种开关遥测质量评价原则，即：当最小配电区域 合闸出域开关数大于1且其出域开关遥测量小于其入域开关遥测量，或合闸 出域开关数等于1时，该出域开关质量评价指标为一定值K₃，当最小配电区 域合闸出域开关数大于1且其出域开关遥测量大于其入域开关遥测量时其评 价指标为0，设该原则的开关遥测质量评价指标为S_B1，初始值为0，该原则 具体描述为：

其中，k为最小配电区域合闸出域开关数；规定变电站出线开关的遥测 质量评价指标为1，即该量测可信。

2）最小配电区域中入域开关遥测量应基本等于所有出域开关遥测量的 总和，即两者差值小于某一误差，具体描述为：

$|{\mathrm{POI}}_x-\underset{i=1}{\overset{n+m}{\Sigma }}{\mathrm{PQI}}_i|\le ϵ$

其中ε为最小配电区域量测误差，可按经验取值。

根据该规律，建立第二种开关遥测质量评价原则，即：当最小配电区域 出入域开关遥测量差值小于某一误差时，该区域所有开关的遥测质量评价指 标为一定值K₄，若不满足该约束条件，则评价指标为0，设该原则的开关遥 测质量评价指标为S_B2，初始值为0，该原则具体描述为：

$S_{B2}=\left(\begin{array}{cc}{K}_4& |{\mathrm{PQI}}_x-\underset{i=1}{\overset{n+m}{\Sigma }}{\mathrm{PQI}}_i|\le ϵ\\ 0& |{\mathrm{PQI}}_x-\underset{i=1}{\overset{n+m}{\Sigma }}{\mathrm{PQI}}_i|>ϵ\end{array}\right).$

然后，根据两种开关遥测质量评价原则，用两种质量评价指标的和作为 开关遥测质量评价总指标，具体为：

S_B＝S_B1+S_B2

其中，S_B为开关遥测质量评价总指标，K₃、K₄∈(0，1)，K₃+K₄=1；

若开关遥测值为0，且开关分闸，则其遥测质量评价指标为1。虚拟开关 量测初值为0，遥测质量指标为0。

（5）依据开关遥测质量评价指标及配网运行规律，确定评价开关遥信数据可 信度的遥信质量评价指标：

若最小配电区域开关流过潮流，则其开关遥信状态应为合闸，根据该规 律，开关遥信质量评价原则为：当最小配电区域开关遥测质量评价指标非零， 且遥测量非零，而该开关遥信状态为合闸时，其遥信质量评价指标为1；若 开关遥测质量评价指标非零，而该开关遥信状态为分闸且遥测量为零时，其 遥信质量评价指标为1；若开关遥信质量评价指标非零，而开关遥信状态为 分闸且遥测量非零时，其遥信质量评价指标为-1；若开关遥测质量评价指标 为零，则该开关遥信状态不定，其遥信质量评价指标为0，设开关遥信质量 评价指标为S_BS，初始值为，具体描述为：

其中，S_B为开关遥测质量评价总指标，B_S为开关遥信状态，B_S=1为合闸， B_S=0为分闸，η为开关遥测误差，可按经验取值。

下面结合一具体例子说明本发明的具体操作过程：

设图1所示配电网中负荷开关A2具有两遥功能，A1、A3无两遥功能， V1、V2为虚拟开关，各开关电流及母线电压如图所示，开关上方数值为母线 电压，单位为kV，开关下方数值为开关电流，单位为A，带“*”标记为可疑 量测点。取K₁、K₃为0.6，K₂、K₄为0.4。额定电压10.5kV。

按步骤（1）所述，以S2为电源开关的馈线是电缆配电网络，其最小配 电区域的划分如表1所示：

表1图1中电缆网络最小配电区域

以S1为电源开关的馈线是架空馈线与电缆馈线混合配电网络，设A1、 A3不具备两遥功能，A2具备两遥功能，则其最小配电区域的划分如表2所示：

表2图1中混合网络最小配电区域

其中，V1、V2为虚拟开关节点，架空线路分段开关A2由于具有两遥功 能，故其可作为最小配电区域的边界节点，而A1、A3不具备两遥功能，只能 作为最小配电区域的内点。由于架空馈线段直连配变，故此需增加两虚拟开 关。

根据步骤（3）所述方法，以S1为电源开关的馈线各区域母线电压质量 评价指标如表3所示：

表3图1中各区域母线电压量测质量评价指标

根据步骤（4）所述方法，各个开关遥测质量评价指标如表4所示：

表4图1各开关遥测质量评价指标

根据步骤（5）所述方法，开关F3的遥信质量评价指标为-1，其他开关 的遥信质量评价指标为1。