一种基于稳态数据的SCADA遥测错数在线检测系统的制作方法

本发明属于电力系统scada遥测数据在线检测技术领域，涉及基于稳态量测数据处理、节点平衡和线路平衡原理的scada遥测数据在线检测，尤其是一种基于稳态数据的scada遥测错数在线检测系统。

背景技术：

scada遥测数据是电网的基础数据，直接决定着电网潮流、短路和稳定等计算的可靠性，出错不可。一旦有误，势必会影响后续高级应用的计算精度。

电力系统中由于量测设备众多、通信系统距离远且复杂，常年累月运行，难免出现问题，运行中又很难及时发现；量测设备一旦损坏或通信局部异常，势必造成遥测数据错误，要么死数(数据为一个不确定的常数，或变化很小)，要么错数(误差大于3倍标准误差的量测值)；死数或错数不但影响状态估计结果，而且会污染一大片，严重影响后期短路计算、潮流计算和稳定计算等高级应用计算的精度。为超高压远距离输电、跨区域互联电网埋下隐患，所以有必要及时发现并处理。

实际工作中，经常利用状态估计来发现和修正遥测错数据和坏测点，遥测数据、模型和设备参数是状态估计计算的三要素。现实中设备参数大多来源于实测或理论计算，误差较大；scada遥测数据中混入暂态数据，随机干扰很大，且时钟严重不同步；而且，由于远程遥信未能全部实现，部分开关、刀闸和变压器分接头仍需人工维护，遥信数据刷新滞后；以上问题严重影响了状态估计计算的精度，因此遥测错数和坏测点的漏查、漏判严重，甚至出现误判，该问题至今未能有效解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于稳态数据的scada遥测错数在线检测系统，能够在线准确及时的检查出坏测点和坏数据后进行报警提示，提高检测点精度和准确性。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于稳态数据的scada遥测错数在线检测系统，包括依次连接的数据处理模块、拓扑数据模块、节点平衡检验模块、线路平衡检验模块、估值计算模块和在线报警模块；

所述数据处理模块用于接收省调d5000系统前置机发布的scada遥测数据进行稳态处理，剔除遥测坏数据生成稳态数据；

所述拓扑数据模块用于根据cime模型文件数据提供的拓扑结果，生成每个拓扑节点所连设备的设备数据集和设备参数数据集，并将该设备数据集和设备参数数据集输出至节点平衡检验模块和线路平衡检验模块，作为判断节点平衡和线路平衡计算的输入数据信息；

所述节点平衡检验模块根据数据处理模块生成的稳态数据和拓扑数据模块生成的设备数据集和设备参数数据集，依次计算每个节点总功率和，并根据设定的门限值，判断总功率和是否超限，如果超限，则判定该节点不平衡，为坏节点，并将不平衡节点拓扑编号和名称输出至线路平衡检验模块；

所述线路平衡检验模块根据节点平衡检验模块提供的不平衡节点拓扑编号和拓扑数据模块提供的设备数据集，首先查询不平衡节点所连接的所有线路设备，然后再逐条计算并判断该不平衡节点所有线路的线路平衡情况，进而找出坏测点，并将不平衡线路以及坏测点的编号和名称输出至估值计算模块；

所述估值计算模块根据节点平衡检验模块和线路平衡检验模块的检验结果，对检查出的错数据、死数和坏数据进行估值，并纪录不平衡的节点和线路以及坏测点的名称和编号；

所述在线报警模块接收估值计算模块输出的不平衡节点拓扑编号和名称、不平衡线路的编号和名称、坏测点的编号和名称、估值数据和检查出的错数据、死数和坏数据，通过显示屏显示以上信息，并声光报警，提醒操作者，同时生成出错信息，连同稳态遥测数据一起发给d5000后续应用系统。

而且，所述数据处理模块由依次连接的数据解析模块、预处理模块和稳态处理模块组成；

(1)数据解析模块接收省调d5000系统前置机发布的scada遥测数据e格式文件，并将p、q、u、i等数据解析，以二进制格式存储到计算机内存中；

(2)预处理模块对解析到内存中的遥测数据首先进行标度变换，然后进行低通滤波或重抽样，对超过采样频率上限的采样数据进行低通滤波，对未达到采样频率下限的数据进行重抽样处理，使得采样数据既满足采样频率的下限、又满足上限要求；

(3)稳态处理模块对满足采样频率上下限的遥测数据进行稳态处理，利用t分布判断暂态和稳态，在稳态时段对稳态数据求平均，暂态时段的数据计算强迫分量做稳态值。

而且，所述拓扑数据模块由依次连接的cime文件解析模块和拓扑节点统计模块组成；

(1)cime文件解析模块解析cime模型文件，生成内存二进制文件；

(2)拓扑节点统计模块根据cime模型文件提供的拓扑结果生成每个拓扑节点所连设备的设备数据集和设备参数数据集。

而且，所述节点平衡检验模块由依次连接的数据转换模块和检验模块组成；

(1)数据转换模块根据拓扑数据模块提供的模型数据信息，将稳态处理模块输出的面向测点的稳态数据转换成面向对象的设备信息；

(2)检验模块用于完成节点平衡计算，并根据数据转换模块输出的面向对象的设备信息，依次计算每个节点总功率总和，进行平衡分析，并根据设定的门限值，判断总功率和是否超限，如果超限，则判定该节点不平衡，为坏节点，并将不平衡节点拓扑编号和名称输出至线路平衡检验模块。

依据如下公式计算并判断每个节点是否平衡：

|∑pm(tk)|/pb≤δp

|∑qm(tk)|/qb≤δq

上式中，tk为断面，m为拓扑节点连接设备数，pb、qb为功率基准值，δp、δq为给定门限。

而且，所述线路平衡检验模块由依次连接的查询模块和平衡检验模块组成；

(1)查询模块根据检验模块提供的不平衡节点编号查询该不平衡节点所连接的所有线路设备；

(2)平衡检验模块逐条计算并判断该不平衡节点所有线路的平衡情况，其具体计算方法是首先计算线路损耗和导纳损耗，然后与线路两端稳态功率数据求和，并根据设定的门限值，判断是否超限，如果超限，则判断此线路不平衡存在错数据，然后根据线路每个测点所属节点查看是否平衡，不平衡的节点侧为坏测点，并将不平衡线路以及坏测点的编号和名称输出至估值计算模块；

判断线路平衡计算的数据包括：

①左侧功率：pi、qi；

②右侧功率：pj、qj；

③左侧半导纳损耗：qci＝ui×ui×b/2；

④右侧半导纳损耗：qcj＝uj×uj×b/2；

⑤线路损耗：

则线路平衡计算有：

|pi+pj-pr|/pb≤δp

|qi+qj+qci+qcj-qr|/qb≤δq

上式中，pb、qb为功率基准值，δp、δq为给定门限。

而且，所述估值计算模块由依次连接的估算模块和记录模块组成；

(1)估算模块根据节点平衡检验模块和线路平衡检验模块输出的不平衡节点、不平衡线路以及坏测点的编号，采用最小二乘法对其对应的错数据、死数据和坏数据进行估值计算；

(2)记录模块对检查出的不平衡节点的拓扑编号和名称、不平衡线路的编号和名称、坏测点的编号以及相应的错数据、死数和坏数据进行记录，同时记录其估算值。

而且，所述在线报警模块由依次连接的显示模块、报警模块和出错信息模块组成；

(1)显示模块接收估值计算模块输出的不平衡节点拓扑编号和名称、不平衡线路的编号和名称、坏测点的编号和名称、估值数据和相应的错数据、死数和坏数据，并通过显示屏显示以上信息；

(2)报警模块启动声光报警，提醒操作者；

(3)出错信息模块生成出错信息，连同稳态遥测数据一起发给状态估计及d5000后续应用系统。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明的提出了一种利用稳态处理技术先对scada遥测数据进行稳态处理，剔除scada遥测数据中的暂态数据、降低对同步时钟的要求，然后再利用节点平衡和线路平衡检验技术来检测遥测数据的scada遥测错数在线检测系统及方法，可以准确及时的检查出坏测点和坏数据，提高检测点数据精度和准确性。

2、本发明的一种基于稳态数据的scada遥测错数在线检测系统，为遥测错数据的在线准确检测提供了有效可行的方法，可应用于调度主站，该系统作为d5000系统的一部分，利用稳态遥测数据，并通过节点平衡和线路平衡检验实现在线实时检查遥测数据的功能，能够及时准确的在线检测并发现遥测数据的错数据和坏测点后进行报警提示，确保为电网潮流、短路和稳定等计算提供可靠的遥测数据，提高后续高级应用的计算精度。

3、本发明的scada遥测错数在线检测系统首先利用稳态处理专利技术对scada遥测数据进行稳态处理，剔除遥测坏数据，降低随机干扰、同步数据时钟，提高遥测数据的精度；然后通过节点平衡和线路平衡检验技术，可以准确、及时的检查出坏测点和错数据；最后对检测出的坏数据、死数据、遥信错误进行估值并记录。

附图说明

图1是本发明的scada遥测错数在线检测系统连接示意图；

图2是本发明的scada遥测错数在线检测系统与d5000系统接口连接示意图；

图3是本发明的数据处理模块的组成结构框图；

图4是本发明的拓扑数据模块的组成结构框图；

图5是本发明的节点平衡检验模块的组成结构框图；

图6是本发明的线路平衡检验模块的组成结构框图；

图7是本发明的估值计算模块的组成结构框图；

图8是本发明的在线报警模块的组成结构框图；

图9是本发明的线路等效示意图；

图10是本发明的具体实施方式的scada遥测错数在线检测系统的系统连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种基于稳态数据的scada遥测错数在线检测系统，如图1所示，包括依次连接的数据处理模块1、拓扑数据模块2、节点平衡检验模块3、线路平衡检验模块4、估值计算模块5和在线报警模块6；

所述数据处理模块1用于接收省调d5000系统前置机发布的scada遥测数据进行稳态处理，剔除遥测坏数据生成稳态数据。

所述数据处理模块1由依次连接的数据解析模块11、预处理模块12和稳态处理模块13组成。

(1)数据解析模块11接收省调d5000系统前置机发布的scada遥测数据e格式文件，并将p、q、u、i等数据解析，以二进制格式存储到计算机内存中。

(2)预处理模块12对解析到内存中的遥测数据首先进行标度变换，然后进行低通滤波或重抽样，对超过采样频率上限的采样数据进行低通滤波，对未达到采样频率下限的数据进行重抽样处理，使得采样数据既满足采样频率的下限、又满足上限要求。

(3)稳态处理模块13对满足采样频率上下限的遥测数据进行稳态处理，其原理是基于现有技术中稳态处理技术(连续物理量量测装置和方法zl200910158370.7，交流电物理量测量和数据采集装置和方法zlcn201110161132.9，连续物理量测量装置及方法zl200910158375.x，物理量数字测量或遥测的稳态处理方法及系统zl201210407925.9)，利用t分布判断暂态和稳态，在稳态时段对稳态数据求平均，暂态时段的数据计算强迫分量做稳态值。

所述拓扑数据模块2用于根据cime模型文件数据提供的拓扑结果，生成每个拓扑节点所连设备(包括线路、变压器和负荷等)的设备数据集和设备参数数据集，并将该设备数据集和设备参数数据集输出至节点平衡检验模块3和线路平衡检验模块4，作为判断节点平衡和线路平衡计算的输入数据信息。

所述拓扑数据模块2由依次连接的cime文件解析模块14和拓扑节点统计模块15组成。

(1)cime文件解析模块14解析cime模型文件，生成内存二进制文件。

(2)拓扑节点统计模块15根据cime模型文件提供的拓扑结果生成每个拓扑节点所连设备(包括线路、变压器、负荷等)的设备数据集和设备参数数据集。

所述节点平衡检验模块3根据数据处理模块1生成的稳态数据和拓扑数据模块2生成的设备数据集和设备参数数据集，依次计算每个节点总功率和(节点注入功率和节点输出功率方向相反，带符号求和)，并根据设定的门限值，判断总功率和是否超限，如果超限，则判定该节点不平衡，为坏节点，并将不平衡节点拓扑编号和名称输出至线路平衡检验模块4。

所述节点平衡检验模块3由依次连接的数据转换模块16和检验模块17组成。

(1)数据转换模块16根据拓扑数据模块2提供的模型数据信息(拓扑关系和设备参数)，将稳态处理模块13输出的面向测点的稳态数据转换成面向对象的设备信息。

(2)检验模块17用于完成节点平衡计算，并根据数据转换模块16输出的面向对象的设备信息，依次计算每个节点总功率总和，进行平衡分析，并根据设定的门限值，判断总功率和是否超限，如果超限，则判定该节点不平衡，为坏节点，并将不平衡节点拓扑编号和名称输出至线路平衡检验模块4。

理论上，节点所连接的所有设备，包括线路、变压器、负荷功率之和应该等于0，考虑到设备损耗和测量误差的影响，给定一个不平衡门限值，依据如下公式计算并判断每个节点是否平衡：

|∑pm(tk)|/pb≤δp(1)

|∑qm(tk)|/qb≤δq(2)

上式中，tk为断面，m为拓扑节点连接设备数，pb、qb为功率基准值，δp、δq为给定门限。

所述线路平衡检验模块4根据节点平衡检验模块3提供的不平衡节点拓扑编号和拓扑数据模块2提供的设备数据集，首先查询不平衡节点所连接的所有线路设备，然后再逐条计算并判断该不平衡节点所有线路的线路平衡情况，进而找出坏测点，并将不平衡线路以及坏测点的编号和名称输出至估值计算模块5。

所述线路平衡检验模块4由依次连接的查询模块18和平衡检验模块19组成。

(1)查询模块18根据检验模块17提供的不平衡节点编号查询该不平衡节点所连接的所有线路设备。

(2)平衡检验模块19逐条计算并判断该不平衡节点所有线路的平衡情况，其具体计算方法是首先计算线路损耗和导纳损耗，然后与线路两端稳态功率数据求和，并根据设定的门限值，判断是否超限，如果超限，则判断此线路不平衡存在错数据，然后根据线路每个测点所属节点查看是否平衡，不平衡的节点侧为坏测点，并将不平衡线路以及坏测点的编号和名称输出至估值计算模块5。

在本实施例中，线路等效示意图如图9所示，线路平衡计算的数据包括：

①左侧功率：pi、qi；

②右侧功率：pj、qj；

③左侧半导纳损耗：qci＝ui×ui×b/2；

④右侧半导纳损耗：qcj＝uj×uj×b/2；

⑤线路损耗：

所以线路平衡计算有：

|pi+pj-pr|/pb≤δp(3)

|qi+qj+qci+qcj-qr|/qb≤δq(4)

上式中，pb、qb为功率基准值，δp、δq为给定门限。

估值计算模块5根据节点平衡检验模块3和线路平衡检验模块4的检验结果，对检查出的错数据、死数和坏数据进行估值，并纪录不平衡的节点和线路以及坏测点的名称和编号；

所述估值计算模块5由依次连接的估算模块20和记录模块21组成。

(1)估算模块20根据节点平衡检验模块3和线路平衡检验模块4输出的不平衡节点、不平衡线路以及坏测点的编号，采用最小二乘法对其对应的错数据、死数据和坏数据进行估值计算。

(2)记录模块21对检查出的不平衡节点的拓扑编号和名称、不平衡线路的编号和名称、坏测点的编号以及相应的错数据、死数和坏数据进行记录，同时记录其估算值。

所述在线报警模块6接收估值计算模块5输出的不平衡节点拓扑编号和名称、不平衡线路的编号和名称、坏测点的编号和名称、估值数据和检查出的错数据、死数和坏数据，通过显示屏显示以上信息，并声光报警，提醒操作者，同时生成出错信息，连同稳态遥测数据一起发给d5000后续应用系统。

所述在线报警模块6由依次连接的显示模块22、报警模块23和出错信息模块24组成。

(1)显示模块22接收估值计算模块5输出的不平衡节点拓扑编号和名称、不平衡线路的编号和名称、坏测点的编号和名称、估值数据和相应的错数据、死数和坏数据，并通过显示屏显示以上信息。

(2)报警模块23启动声光报警，提醒操作者。

(3)出错信息模块24生成出错信息，连同稳态遥测数据一起发给状态估计及d5000后续应用系统。

d5000调度主站系统和scada遥测错数在线检测系统的接口，如图2和图10所示，包括实时数据区7、状态估计区9和d5000实时ems能量管理系统10。原d5000调度主站系统中实时数据区7收到变电站采集设备等间隔上报的遥测数据后直接报给状态估计区9供状态估计计算用。本发明将scada遥测错数在线检测系统8串接在实时数据区7和状态估计区9之间，实时数据区7接收到的遥测数据首先发给scada遥测错数在线检测系统8，经错数检测及估值计算之后再发给状态估计区9，实现scada遥测错数在线检测系统与电力调度的自动化程序在线实时接口。

d5000调度主站系统的状态估计区内的状态估计模块包括ftp服务器接收模块和状态估计计算模块组成。

其中ftp服务器接收模块等间隔接收遥测错数在线检测系统输出的处理好的高精度稳态量测数据e文件，解析成状态估计区标准的输入格式数据给状态估计计算模块使用，状态估计计算程序属于d5000实时ems能量管理系统的一部分为d5000系统的标准程序。

本发明的创新点在于：

本发明的scada遥测错数在线检测系统，利用稳态数据处理技术将遥测数据实时稳态处理，利用同一时间断面的稳态数据，通过节点平衡和线路平衡检验技术，能够实现对遥测错数据和坏测点的准确检测。

(1)本发明基于稳态处理技术，节点平衡和线路平衡检验之前实现了对scada遥测数据进行稳态处理，剔除遥测坏数据，降低随机干扰、同步数据时钟，提高遥测数据的精度。

(2)本发明利用同一时间断面的稳态数据，通过节点平衡和线路平衡检验技术，能够实现对遥测错数据和坏测点的准确检测。

(3)本发明实现了scada遥测错数据检测系统在d5000电力调度自动化程序的在线应用。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。