基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法技术

一种基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法，包括：1)获取配电网的节点数并编号，输入终止条件参数；2)获取同步相量量测装置的量测数据；3)构造传感矩阵，令潮流雅可比矩阵的行号m＝1；4)计算电压相关系数向量；5)迭代求解最小二乘估计问题，直到满足终止条件；6)判断是否完成雅可比矩阵所有行的估计，是则进入步骤7)，否则m＝m+1，返回步骤4)；7)构造拓扑辨识0、1整数规划模型；8)求解0、1整数规划模型，得到配电网网络拓扑。本发明专利技术实现了完全依赖量测信息精确辨识配电网络拓扑，避免了估计问题对线路参数的依赖，从而有效减少了由于线路参数不精确造成错误辨识结果的情况。

【技术实现步骤摘要】
基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法
本专利技术涉及一种配电网拓扑辨识方法。特别是涉及一种基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法。
技术介绍
随着分布式发电、需求响应、电动汽车、电力电子等技术的发展，电力工业在配电层面上面临重大变革，传统的配电网逐步发展为智能配电网。与传统的配电网相比，智能配电网在运行监视与控制、系统保护、能量管理等各方面都面临技术革新的挑战。为了提高新能源发电的消纳水平和抵御风险的能力、改善配电系统电能质量、提高能源利用效率，智能配电网的运行方式频繁变化。而由于系统故障和人工检修等原因，拓扑变化信息很难实时追踪与更新。因此，精确获得配电网的拓扑信息既是改进系统运行控制水平的关键，也是智能配电网背景下亟待解决的问题。同步相量量测技术的发展与应用，大大提高了电力系统的运行监控水平。与传统的量测相比，同步相量量测装置不仅提高了电压幅值、有功功率、无功功率等量测量的量测精度，也可以实现高精度的测量电压相角、系统频率等量测量。从而，同步相量量测技术的应用在大幅提高系统可观性的同时，也广泛应用于电力系统的参数辨识、故障定位、状态估计和系统保护等各个方面。进一步，微型同步相量量测装置的开发和利用，在满足配电网对量测精度的需求的同时，大大降低了装置开发与制造的成本，从而在配电网有着广泛的应用前景。传统的拓扑辨识方法，需要部分已知拓扑信息，通过已有的量测数据辨识出错误的拓扑连接关系，并进行修正。此类辨识方法，需要已知线路参数和可能的拓扑连接关系信息，以进行最优匹配，从而，该类辨识方法极容易受到线路参数不精确等问题的影响，造成辨识结果的较大偏差。通过同步相量量测装置多时间断面的量测数据，可以完全依赖量测信息实现潮流雅可比矩阵的估计。尤其是考虑雅可比矩阵的稀疏性，结合压缩感知技术，并对现有的稀疏恢复方法改进，可以实现以较少量测，恢复出稀疏的潮流雅可比矩阵。在雅可比矩阵中，各行的非零元素只出现在与其直接相关联的节点所对应的位置。因此，利用潮流雅可比矩阵的特点，结合同步相量量测的多时间断面数据，获取配电网的拓扑信息，实现完全依赖量测数据辨识拓扑连接关系，可以有效避免线路参数误差对辨识结果的影响，提高拓扑关系的辨识精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用潮流雅可比矩阵中蕴含的拓扑连接信息，通过同步相量量测数据，实现智能配电网的拓扑辨识的基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术所采用的技术方案是：一种基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法，包括如下步骤：1)获取配电网的节点数K，将源节点编号设为0，其他节点依次编号设为1,…,i,…,N，输入网络最大度的保守估计值dmax，设定残差阈值ε及最大迭代次数M、历史量测数据需求组数C；2)获取系统各节点安装的同步相量量测装置所采集的当前时刻有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测数据，以及各节点C个历史时刻的量测数据；3)将每个节点C个历史时刻的量测数据分别与当前量测值做差，每个节点得到C个有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的变化量，利用节点1～节点N电压和幅值的变化量构造传感矩阵，初始化潮流雅可比矩阵的行号m＝1；4)初始化残差向量，计算电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU，初始化迭代次数n＝1，初始化传感矩阵列号索引集合Λn为空集；5)分别选取电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU中最大的z个数值，其中z＝dmax+1，将z个数值对应的传感矩阵中的列号索引构成第n次迭代的中间集合Ωn；6)采用第n次迭代的中间集合Ωn更新传感矩阵列号索引集合Λn，求最小二乘解，更新残差向量；7)若更新后的残差向量的2范数R小于残差阈值ε，则进入步骤11)；否则：如果迭代次数n＝1，将迭代次数为n＝n+1，分别选取电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU中最大的2z个值，将2z个值对应的传感矩阵中的索引构成第n次迭代的中间集合Ωn，返回步骤6)；如果迭代次数n＝2，则迭代次数n＝n+1，进入步骤8)；8)采用传感矩阵和残差向量计算残差相关系数向量u，选取残差相关系数向量u中最大的2z列，将2z列对应的传感矩阵中的索引构成第n次迭代的中间集合Ωn，利用中间集合Ωn更新传感矩阵列号索引集合Λn，求最小二乘解，选取最小二乘解中绝对值最大的4z项，将4z项对应的传感矩阵中的索引更新第n次迭代的中间集合Ωn，重新构造传感矩阵列号索引集合，再次更新残差向量；9)若再次更新的残差向量的2范数R小于残差阈值ε，或者迭代次数超过设定的最大迭代次数M，则进入步骤10)；否则n＝n+1，返回步骤8)；10)输出最小二乘解结果，根据传感矩阵列号索引集合恢复出2N维向量作为雅可比矩阵第m行的估计结果，m＝m+1；若m大于2N，停止迭代，输出雅可比矩阵估计结果，进入步骤11)，否则，返回步骤4)；11)利用估计得到的雅可比矩阵，构造拓扑辨识0、1整数规划模型；12)求解0、1整数规划模型，得到配电网网络的邻接矩阵，进而得到配电网网络拓扑。步骤4)中所述的：(1)初始化残差向量计算方式为：若1≤m≤N：r0＝ΔPi若N<m≤2N：r0＝ΔQi式中，r0表示初始的残差向量，ΔPi＝[ΔPi[1],…,ΔPi[C]]T表示节点i的C组有功功率变化量组成的列向量；式中，ΔQi＝[ΔQi[1],…,ΔQi[C]]T表示节点i的C组无功功率变化量组成的列向量。(2)电压相角的相关系数向量uθ的计算方法为：若1≤m≤N：uθ＝abs(ATAq)若N<m≤2N：uθ＝abs(ATAq-N)式中，abs(·)表示取绝对值运算，A为传感矩阵，Aq和Aq-N分别表示传感矩阵A的第q列和第q-N列；(3)电压幅值的相关系数向量uU的计算方法为：若1≤m≤N：uU＝abs(ATAq+N)若N<m≤2N：uU＝abs(ATAq)。步骤6)中，(1)所述的更新传感矩阵列号索引集合表示为：Λn＝Λn-1∪Ωn式中，Λn为第n次迭代的传感矩阵列号索引集合，当n＝1时，Λn-1表示初始的传感矩阵列号索引集合，Ωn表示第n次迭代的中间集合；(2)最小二乘解表示为：式中，表示第n次迭代时的最小二乘解，r0为初始的残差向量，表示第n次迭代的传感矩阵列号索引集合Λn中元素对应的传感矩阵各列构成的矩阵；(3)更新后的残差向量表示为：式中，rn为第n次迭代的残差向量。步骤11)中所述的拓扑辨识0、1整数规划模型包括，(1)目标函数为：式中，Ml表示向量M的第l个元素，向量M为由雅可比矩阵的前N行和N列所组成子阵的上三角所有非零元素构成的向量，al为0、1决策变量；(2)约束条件为：式中，|M|表示向量M中元素的个数，K为配电网的节点总数。本专利技术的基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法，利用了同步相量量测的多时间断面的量测信息，首先实现了潮流雅可比矩阵的估计，进一步利用潮流雅可比矩阵中的拓扑连接关系信息，通过构造0、1整数规划问题，实现了完全依赖量测信息辨识配电网络拓扑。本专利技术的方法能够实现配电网网络拓扑的精确辨识，避免了估计问题对线路参数的依赖，从而有效减少了由于线路参数不精确造成错误辨识结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取配电网的节点数K，将源节点编号设为0，其他节点依次编号设为1，...，i，...，N，输入网络最大度的保守估计值dmax，设定残差阈值ε及最大迭代次数M、历史量测数据需求组数C；2)获取系统各节点安装的同步相量量测装置所采集的当前时刻有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测数据，以及各节点C个历史时刻的量测数据；3)将每个节点C个历史时刻的量测数据分别与当前量测值做差，每个节点得到C个有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的变化量，利用节点1～节点N电压和幅值的变化量构造传感矩阵，初始化潮流雅可比矩阵的行号m＝1；4)初始化残差向量，计算电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU，初始化迭代次数n＝1，初始化传感矩阵列号索引集合Λn为空集；5)分别选取电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU中最大的z个数值，其中z＝dmax+1，将z个数值对应的传感矩阵中的列号索引构成第n次迭代的中间集合Ωn；6)采用第n次迭代的中间集合Ωn更新传感矩阵列号索引集合Λn，求最小二乘解，更新残差向量；7)若更新后的残差向量的2范数R小于残差阈值ε，则进入步骤11)；否则：如果迭代次数n＝1，将迭代次数为n＝n+1，分别选取电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU中最大的2z个值，将2z个值对应的传感矩阵中的索引构成第n次迭代的中间集合Ωn，返回步骤6)；如果迭代次数n＝2，则迭代次数n＝n+1，进入步骤8)；8)采用传感矩阵和残差向量计算残差相关系数向量u，选取残差相关系数向量u中最大的2z列，将2z列对应的传感矩阵中的索引构成第n次迭代的中间集合Ωn，利用中间集合Ωn更新传感矩阵列号索引集合Λn，求最小二乘解，选取最小二乘解中绝对值最大的4z项，将4z项对应的传感矩阵中的索引更新第n次迭代的中间集合Ωn，重新构造传感矩阵列号索引集合，再次更新残差向量；9)若再次更新的残差向量的2范数R小于残差阈值ε，或者迭代次数超过设定的最大迭代次数M，则进入步骤10)；否则n＝n+1，返回步骤8)；10)输出最小二乘解结果，根据传感矩阵列号索引集合恢复出2N维向量作为雅可比矩阵第m行的估计结果，m＝m+1；若m大于2N，停止迭代，输出雅可比矩阵估计结果，进入步骤11)，否则，返回步骤4)；11)利用估计得到的雅可比矩阵，构造拓扑辨识0、1整数规划模型；12)求解0、1整数规划模型，得到配电网网络的邻接矩阵，进而得到配电网网络拓扑。...

【技术特征摘要】
1.一种基于同步相量量测的智能配电网拓扑辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取配电网的节点数K，将源节点编号设为0，其他节点依次编号设为1，...，i，...，N，输入网络最大度的保守估计值dmax，设定残差阈值ε及最大迭代次数M、历史量测数据需求组数C；2)获取系统各节点安装的同步相量量测装置所采集的当前时刻有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测数据，以及各节点C个历史时刻的量测数据；3)将每个节点C个历史时刻的量测数据分别与当前量测值做差，每个节点得到C个有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的变化量，利用节点1～节点N电压和幅值的变化量构造传感矩阵，初始化潮流雅可比矩阵的行号m＝1；4)初始化残差向量，计算电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU，初始化迭代次数n＝1，初始化传感矩阵列号索引集合Λn为空集；5)分别选取电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU中最大的z个数值，其中z＝dmax+1，将z个数值对应的传感矩阵中的列号索引构成第n次迭代的中间集合Ωn；6)采用第n次迭代的中间集合Ωn更新传感矩阵列号索引集合Λn，求最小二乘解，更新残差向量；7)若更新后的残差向量的2范数R小于残差阈值ε，则进入步骤11)；否则：如果迭代次数n＝1，将迭代次数为n＝n+1，分别选取电压相角的相关系数向量uθ和电压幅值的相关系数向量uU中最大的2z个值，将2z个值对应的传感矩阵中的索引构成第n次迭代的中间集合Ωn，返回步骤6)；如果迭代次数n＝2，则迭代次数n＝n+1，进入步骤8)；8)采用传感矩阵和残差向量计算残差相关系数向量u，选取残差相关系数向量u中最大的2z列，将2z列对应的传感矩阵中的索引构成第n次迭代的中间集合Ωn，利用中间集合Ωn更新传感矩阵列号索引集合Λn，求最小二乘解，选取最小二乘解中绝对值最大的4z项，将4z项对应的传感矩阵中的索引更新第n次迭代的中间集合Ωn，重新构造传感矩阵列号索引集合，再次更新残差向量；9)若再次更新的残差向量的2范数R小于残差阈值ε，或者迭代次数超过设定的最大迭代次数M，则进入步骤10)；否则n＝n+1，返回步骤8)；10)输出最小二乘解结果，根据传感矩阵列号索引集合恢复出2N...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，宿洪智，王成山，郭晓斌，于力，马溪原，徐全，白浩，
申请(专利权)人：天津大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津,12