面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法技术

一种面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法：对于选定的配电系统，获取配电网络的拓扑连接关系及电气参数，获取同步相量量测装置、相量数据集中器以及通信链路的成本；分别构造邻接矩阵A和节点间通信路径向量Er,t；针对分布式状态估计所采用的通讯和计算架构，根据面向配电网分布式状态估计的同步相量量测配置分区方法将配电系统划分为若干个区域；建立面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0‑1整数线性规划模型；求解规划模型，得到同步相量量测装置、相量数据集中器及通信链路的配置方案。本发明专利技术更加符合当前配电网愈发明专利技术显的分布式特征，通信负担明显减小，为配电系统的实时分析控制提供了保障。

Distribution Network Synchronization Measurement and Communication Link Configuration for Distributed State Estimation

【技术实现步骤摘要】
面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法
本专利技术涉及一种配网同步量测及通信链路配置方法。特别是涉及一种面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法。
技术介绍
传统的集中式状态估计，需要将分布广泛的量测信息逐级上传到控制中心后再进行估计计算，随着配电系统规模的扩大，分布式电源大量接入以及用户侧的参与，其通信负担重且状态变量维数高，整体耗时较长，难以满足配电网实时分析控制的需求。为了应对配电网愈专利技术显的分布式特性，减小通信负担，加快计算速度，分布式状态估计逐渐成为解决问题的有效手段。但状态估计使用的量测大多来自数据采集与监视控制系统和高级量测体系，不仅数据本身存在精度低、同步性差和采集周期长的问题，而且量测与状态变量为非线性关系，需要通过加权最小二乘法等算法迭代求解，即使采用分布式状态估计，也难以保证系统状态求解的精确性与实时性。此外，状态估计收敛的前提是系统可观，而目前配电网由于数据采集点多，分布广泛，监测点覆盖不全面，造成其整体可观性不强。同步相量量测装置的引入，使得配电网的运行监测水平大幅提高。相较于传统量测装置，同步相量量测装置不仅能够获取节点电压和支路电流的幅值量测信息，而且能够对电压和电流的相角，以及系统频率进行量测，提高了模型参数校验、状态估计、系统保护和运行控制等应用的计算速度与准确度，是智能配电网技术发展的重要一环。尤其是，在状态估计应用中，通过同步相量量测装置采集的电压与电流相量量测，与系统的状态变量为线性关系，可以采用线性状态估计等算法求解系统状态，大大减少了计算时间，并且同步相量量测装置的应用可以有效解决传统配电系统量测数据质量差、同步性低和采集周期长的问题，提高了状态估计的准确度，为配电系统的实时分析控制提供了保障。若分布式状态估计中采用的量测数据全部来源于同步相量量测装置，则既能保证状态变量求解的快速性，也能减小通信负担，并且因数据质量高和上送频率快，还能保证估计结果的准确性和实时性。但受经济成本制约，需要考虑如何合理地配置同步相量量测装置及其相关通信设备，而分布式状态估计要求每个子区域完全可观。因此，首先需要对每个子区域配置同步相量量测装置使其满足可观性要求，然后选定一点进行量测数据的集中与区内状态估计计算，并考虑相邻区域间的信息交互。这其中就涉及到如何配置同步相量量测装置、数据集中器和通信链路，使得配置方案成本最低的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，包括如下步骤：1)对于选定的配电系统，获取配电网络的拓扑连接关系及电气参数，获取同步相量量测装置、相量数据集中器以及通信链路的成本；2)根据步骤1)中获取的配电网络的拓扑连接关系，分别构造邻接矩阵A和节点间通信路径向量Er，t；3)针对分布式状态估计所采用的通讯和计算架构，根据面向配电网分布式状态估计的同步相量量测配置分区方法将所述的配电系统划分为若干个区域；4)对于步骤3)中已完成分区的配电系统，建立面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0-1整数线性规划模型，包括：以配电系统同步相量量测装置、相量数据集中器和通信链路配置方案总成本最低为目标函数，考虑子区域网络可观性约束，同步相量量测装置的数据传送约束，相邻子区域重叠节点决策变量约束，相量数据集中器间的信息交互约束，通信链路的带宽约束，通信链路的配置约束；5)求解步骤4)中的面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0-1整数线性规划模型，得到同步相量量测装置、相量数据集中器及通信链路的配置方案。步骤1)中所述的通信链路的成本为：其中，CCL表示配电系统配置通信链路的总成本；k表示支路编号；ΛB表示配电系统所有支路构成的集合；Lk为决策变量，若支路k配置通信链路则Lk为1，否则Lk为0；CL与CB分别表示通信链路长度和带宽的单位成本；Sk表示支路k配置通信链路的长度；Bk表示支路k配置通信链路的带宽。步骤2)中所述的节点间通信路径向量Er，t的第k个元素为：其中，Er，t，k表示节点间通信路径向量Er，t的第k个元素；r与t均表示节点编号；k表示支路编号。步骤3)中所述的分布式状态估计所采用的通讯和计算架构为：配电网不存在集中的控制中心，各个子区域分别进行区内状态估计，每个子区域只与相邻子区域交互边界节点的状态信息。步骤4)中所述的：(1)以配电系统同步相量量测装置、相量数据集中器和通信链路配置方案总成本最低为目标函数，数学表达式为：min(CPMU+CPDC+CCL)其中，CPMU为同步相量量测装置成本；CPDC为相量数据集中器的成本；CCL为通信链路成本；CP1表示同步相量量测装置的单位成本；m表示子区域的编号；ΓZ表示配电系统分区完成后所有子区域构成的集合；i表示子区域m中节点的编号；Ωm表示由子区域m中所有节点构成的集合；xi为决策变量，若节点i配置同步相量量测装置则xi为1，否则xi为0；NOL表示因相邻区域节点重叠造成同步相量量测装置重复计算的数目；CP2表示相量数据集中器的单位成本；yi为决策变量，若节点i配置相量数据集中器则yi为1，否则yi为0；k表示支路编号；ΛB表示配电系统所有支路构成的集合；Lk为决策变量，若支路k配置通信链路则Lk为1，否则Lk为0；CL与CB分别表示通信链路长度与带宽的单位成本；Sk表示支路k配置通信链路的长度；Bk表示支路k配置通信链路的带宽；(2)子区域网络可观性约束为：Amxm≥1，m∈ΓZ其中，Am表示子区域m的邻接矩阵；xm是由子区域m中同步相量量测配置的决策变量组成的列向量；1为元素均为1的Nm维列向量，Nm表示子区域m中节点的数目；(3)同步相量量测装置的数据传送约束为：其中，第一个约束保证发送信息的节点安装有同步相量量测装置，i与j均为子区域m中节点的编号，zi，j为数据发送决策变量，若节点i的同步相量量测装置与节点j的相量数据集中器通信则zi，j为1，否则zi，j为0；第二个约束保证接收量测信息的节点安装有相量数据集中器，zi为子区域m中与节点i相关的所有数据发送决策变量组成的行向量，ym为子区域m中所有相量数据集中器配置的决策变量组成的列向量；第三个约束保证每个子区域有且仅有一个数据集中器；(4)相邻子区域重叠节点决策变量约束为：xi＝1，i∈Ωm∩Ωn，m∈ΓZ，n∈ΓZ其中，m与n均为子区域编号；i为子区域m与子区域n重叠节点的编号；Ωm与Ωn分别表示子区域m与子区域n包含节点的集合；(5)相量数据集中器间的信息交互约束为：其中，第一个约束保证子区域m中与子区域n通信的节点配置相量数据集中器，i为子区域m中节点的编号，l为子区域n中节点的编号，wi，l为信息交互决策变量，若节点i的相量数据集中器与节点l的相量数据集中器通信，则wi，l为1，否则wi，l为0；第二个约束保证子区域n中与子区域m通信的节点配置相量数据集中器，wi为子区域m中与节点i相关的所有信息交互决策变量组成的行向量，yn为子区域n中相量数据集中器配置的决策变量组成的列向量；(6)通信链路的带宽约束为：其中，i与j均为子区域m中的节点编号；g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对于选定的配电系统，获取配电网络的拓扑连接关系及电气参数，获取同步相量量测装置、相量数据集中器以及通信链路的成本；2)根据步骤1)中获取的配电网络的拓扑连接关系，分别构造邻接矩阵A和节点间通信路径向量Er，t；3)针对分布式状态估计所采用的通讯和计算架构，根据面向配电网分布式状态估计的同步相量量测配置分区方法将所述的配电系统划分为若干个区域；4)对于步骤3)中已完成分区的配电系统，建立面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0‑1整数线性规划模型，包括：以配电系统同步相量量测装置、相量数据集中器和通信链路配置方案总成本最低为目标函数，考虑子区域网络可观性约束，同步相量量测装置的数据传送约束，相邻子区域重叠节点决策变量约束，相量数据集中器间的信息交互约束，通信链路的带宽约束，通信链路的配置约束；5)求解步骤4)中的面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0‑1整数线性规划模型，得到同步相量量测装置、相量数据集中器及通信链路的配置方案。

【技术特征摘要】
1.一种面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对于选定的配电系统，获取配电网络的拓扑连接关系及电气参数，获取同步相量量测装置、相量数据集中器以及通信链路的成本；2)根据步骤1)中获取的配电网络的拓扑连接关系，分别构造邻接矩阵A和节点间通信路径向量Er，t；3)针对分布式状态估计所采用的通讯和计算架构，根据面向配电网分布式状态估计的同步相量量测配置分区方法将所述的配电系统划分为若干个区域；4)对于步骤3)中已完成分区的配电系统，建立面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0-1整数线性规划模型，包括：以配电系统同步相量量测装置、相量数据集中器和通信链路配置方案总成本最低为目标函数，考虑子区域网络可观性约束，同步相量量测装置的数据传送约束，相邻子区域重叠节点决策变量约束，相量数据集中器间的信息交互约束，通信链路的带宽约束，通信链路的配置约束；5)求解步骤4)中的面向分布式状态估计的配电网同步量测及通信链路配置的0-1整数线性规划模型，得到同步相量量测装置、相量数据集中器及通信链路的配置方案。2.根据权利要求1所述的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，其特征在于，步骤1)中所述的通信链路的成本为：其中，CCL表示配电系统配置通信链路的总成本；k表示支路编号；ΛB表示配电系统所有支路构成的集合；Lk为决策变量，若支路k配置通信链路则Lk为1，否则Lk为0；CL与CB分别表示通信链路长度和带宽的单位成本；Sk表示支路k配置通信链路的长度；Bk表示支路k配置通信链路的带宽。3.根据权利要求1所述的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，其特征在于，步骤2)中所述的节点间通信路径向量Er，t的第k个元素为：其中，Er，t，k表示节点间通信路径向量Er，t的第k个元素；r与t均表示节点编号；k表示支路编号。4.根据权利要求1所述的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，其特征在于，步骤3)中所述的分布式状态估计所采用的通讯和计算架构为：配电网不存在集中的控制中心，各个子区域分别进行区内状态估计，每个子区域只与相邻子区域交互边界节点的状态信息。5.根据权利要求1所述的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信链路配置方法，其特征在于，步骤4)中所述的：(1)以配电系统同步相量量测装置、相量数据集中器和通信链路配置方案总成本最低为目标函数，数学表达式为：min(CPMU+CPDC+CCL)其中，CPMU为同步相量量测装置成本；CPDC为相量数据集中器的成本；CCL为通信链路成本；CP1表示同步相量量测装置的单位成本；m表示子区域的编号；ΓZ表示配电系统分区完成后所有子区域构成的集合；i表示子区域m中节点的编号；Ωm表示由子区域m中所有节点构成的集合；xi为决策变量，若节点i配置同步相量量测装置则xi为1，否则xi为0；NOL表示因相邻区域节点重叠造成同步相量量测装置重复计算的数目；CP2表示相量数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成山，赵志达，李鹏，宿洪智，孔祥玉，于浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12