一种电力系统相量测量单元的配置方法技术方案

一种电力系统相量测量单元的配置方法，所述方法首先对电网内各节点的脆弱性指标进行排序，并按照脆弱性指标的大小对各节点进行分类，继而根据每次区域内PMU配置数量的规划，进行基于最大树原理的PMU配置，最后在PMU配置达到完全可观后，对脆弱性元件进行N-1故障时PMU检查和加装设计。本发明专利技术采用最大树理论对PMU进行优化配置，该方法可以快速获取全局最优解，解决了不可观测条件下分阶段配置PMU和N-1故障下同时保证配置可观性和经济性的难题。该方法不但在经济性、安全性和时间效益方面取得了较好的平衡，而且充分考虑到现有电网中已装配PMU的部分区域情况，灵活性好，可实施性高。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统相量测量单元的配置方法
本专利技术涉及一种基于最大树理论的分阶段相量测量单元(PhasorMeasurementUnit，PMU)最优配置方法，属测量

技术介绍
相量测量单元PMU利用GPS信号同步采集次秒级的模拟电压、电流信号，得到电压和电流信号的幅值和相角，并将其传送到调度中心的数据集中器，使调度中心可以得到整个电网的同步相量，以供实时监测、保护和控制等使用，因此PMU被认为是电力系统未来最重要的测量设备。PMU作为实现相量测量技术的基本装置，可以安装在电力系统中选定的不同地点，但是在现有的技术条件和有限经济投入下，还不能实现在所有测量点安装相量测量装置。并且，现有的PMU配置方案的研究表明：只要在部分特定的母线上安装PMU，即可通过这些PMU所得到的测量信息和电路理论相关的推导得到电力系统中所有相量信息的完全可观。现有的实现可观性的PMU配置的方法，包括模拟退火法(SA)、遗传算法、禁忌搜索法(TS)、粒子群优化法(PSO)等，这些方法存在的最大不足在于收敛速度慢，需要很长的执行时间，并且难以获取全局最优解，限制了它们在实际大型电力系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种可以快速获取全局最优解的电力系统相量测量单元的配置方法。本专利技术所述问题是以下述技术方案实现的：一种电力系统相量测量单元的配置方法，所述方法首先对电网内各节点的脆弱性指标进行排序，并按照脆弱性指标的大小对各节点进行分类，继而根据每次区域内PMU配置数量的规划，进行基于最大树原理的PMU配置，最后在PMU配置达到完全可观后，对脆弱性元件进行N-1故障时PMU检查和加装设计。上述电力系统相量测量单元的配置方法，它包括以下步骤：a.采用熵理论对电网内各节点的脆弱性指标进行排序，并按照脆弱性指标的大小将各节点依次划分到重度脆弱节点、中度脆弱节点和强壮节点三类，；b.根据每次区域内PMU配置数量的规划，进行基于最大树原理的PMU配置，具体步骤如下：①在脆弱性指标最大的节点上配置PMU，并建立最大树；对于一个已配置PMU的节点，其建立最大树时需满足以下三点：1)将PMU配置节点周边与其连通的所有节点转化为已知节点；2)若一个无注入节点与PMU配置节点相连通，可扩展一个与该无注入节点相连通的节点作为已知节点；3)若一个无注入节点与一PMU配置节点相邻一个节点，可扩展该无注入节点作为已知节点；所有相互连通的已知节点构成一棵最大树，节点间的连通支路为树枝，一棵最大树上的所有节点和支路信息均可知；②按照最大树配置规则，寻找下一个PMU配置节点在对下一节点进行PMU配置时，应满足以下4点最大树配置规则：1)一棵最大树上的所有节点均无需配置PMU；2)优先对脆弱性指标高的节点进行PMU配置；3)若区域内两个满足PMU配置条件的节点的脆弱性排名相同，优先配置连通支路多的节点；4)若区域内两节点的脆弱性排名相同且连通支路数量相等，优先配置距离原PMU配置区域最近的节点；③判断PMU配置是否满足全网可观，若满足，进入步骤c，若不满足，进入步骤④；④判断PMU配置是否满足阶段性配置数量，若满足，进入步骤⑤；若不满足，返回步骤②⑤记录本阶段所有PMU配置节点的信息，为下一阶段PMU配置做准备；c.在PMU配置达到完全可观后，对脆弱性元件进行N-1故障时PMU检查和加装设计。上述电力系统相量测量单元的配置方法，采用熵理论对电网内各节点的脆弱性指标进行排序并分类的方法是：①求节点a受到扰动后导致线路k引起的潮流增量，构成潮流增量矩阵：ΔEka＝Pka-Pk0其中，Pk0为系统在正常工况下支路k的潮流；Pka为当节点a负荷增加一个单位即系统受到单位扰动冲击时，支路k的潮流；②求节点a对系统的冲击，即各节点扰动引起的潮流增量的总和，构成系统冲击向量：式中，S为系统支路数；③定义节点a的潮流熵：其中，ηka＝ΔEka/ΔEa为支路k的潮流冲击率，表示支路k承担的节点a对系统冲击的比例；④求出各节点的脆弱性指标Va，并按照指标从大到小进行排序：⑤根据脆弱性指标Va将所有节点分为3类：重度脆弱节点(节点脆弱性指标Va≥0.5)、中度脆弱节点(节点脆弱性指标0.5＞Va≥0.1)和强壮节点(节点脆弱性指标Va＜0.1)。上述电力系统相量测量单元的配置方法，对脆弱性元件进行N-1故障时PMU检查和加装设计的方法是：①进行N-1条件下的可观性校验，避免PMU的重复冗余安装；以Pi1表示与节点i只有1条线路相连的节点集，以Pi2表示与节点i至少有2条线路相连的节点集。于是，根据单个节点可观的定义，要满足N-1条件下的节点可观性，必须至少满足以下3种情况之一：1)点i配置了PMU；2)Pi1中有1个节点配置了PMU；3)Pi2中有2个节点配置了PMU。对于满足上述3种情况的节点，即刻保证在N-1条件下仍不失可观性，无需进行PMU的重复安装。②若脆弱性区域内的节点i不满足上述可观性校验，对其进行PMU加装。上述电力系统相量测量单元的配置方法，为合理利用正常运行状态下的PMU配置，对PMU的加装提出了以下三个要求：1)若要求在节点i加装PMU，使得i∈P0；2)若对于任两节点m∈Pi2,n∈Pi2均有要求在节点i加装PMU，使得i∈P0；3)若对于m∈Pi2有m∈P0，且对于任一有则在与节点i连通的一条节点上加装PMU，即要求满足对于某一使得k∈P0。本专利技术采用最大树理论对PMU进行优化配置，该方法可以快速获取全局最优解，解决了不可观测条件下分阶段配置PMU和N-1故障下同时保证配置可观性和经济性的难题。该方法不但在经济性、安全性和时间效益方面取得了较好的平衡，而且充分考虑到现有电网中已装配PMU的部分区域情况，灵活性好，可实施性高。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详述。图1为PMU配置节点周边最大树建立图(图中，配置了PMU的节点；●：电压已知的节点；未配置PMU的无注入节点；普通节点；潮流已知的线路；潮流未知的线路)；图2为本专利技术的程序流程图。文中各符号清单为：Dka为节点a在支路k上的潮流分布因子；xcd为支路k的电抗；Xda,Xca为正常情况下电网的节点阻抗矩阵内的对应元素；N为系统节点数；S为系统支路数；ΔEka为节点a对支路k的潮流冲击；ΔEa为节点a对系统的冲击；HD(a)为节点a的潮流熵；ηka为支路k的潮流冲击率；Va为节点的脆弱性指标；P0为装配了PMU的节点集；P1为自身未装配PMU并仅有一条连通支路的节点集；P2为自身未装配PMU并有两条以上连通支路的节点集；Pi1为与节点i只有1条线路相连的节点集；Pi2为与节点i至少有2条线路相连的节点集。具体实施方式本专利技术包括下列步骤：(1)根据熵理论对电网内各节点的脆弱性指标进行排序，并按照指标大小将各节点依次划分到重度脆弱节点、中度脆弱节点和强壮节点三类，为步骤c中N-1故障时的PMU检查和加装做准备。本专利技术采用直流潮流法预测当某本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统相量测量单元的配置方法，其特征是，所述方法首先对电网内各节点的脆弱性指标进行排序，并按照脆弱性指标的大小对各节点进行分类，继而根据每次区域内PMU配置数量的规划，进行基于最大树原理的PMU配置，最后在PMU配置达到完全可观后，对脆弱性元件进行N-1故障时PMU检查和加装设计；配置按以下步骤进行：a.采用熵理论对电网内各节点的脆弱性指标进行排序，并按照脆弱性指标的大小将各节点依次划分到重度脆弱节点、中度脆弱节点和强壮节点三类；采用直流潮流法预测当某个节点受到扰动后对系统能量分布变化产生的影响，即节点的脆弱性指标，步骤如下：①、定义节点a在支路k上的潮流分布因子Dka为：其中，xcd——支路k的电抗；Xda,Xca——正常情况下电网的节点阻抗矩阵内的对应元素；Dka构成N×S阶节点潮流分布因子转移矩阵D，N为系统节点数，S为系统支路数；矩阵D中为0或为负的元素表示某一节点扰动对该条支路的不施加冲击或有利于该支路稳定运行，因此不会对系统安全运行造成影响，为避免在下述计算中出现无穷大的影响，这些元素可用一极小的正数代替；②、求出节点受到单位扰动时对系统的潮流冲击向量；假设系统在正常工况下处于平衡基态，此时支路k的潮流为Pk0；当节点a受到单位负荷扰动时，即ΔPa＝1，支路k的潮流为Pka，节点a受到扰动后引起的潮流增量为ΔEka＝Pka-Pk0＝ΔPaDka＝Dka(2)将ΔEka定义为节点a对支路k的潮流冲击，则节点a对系统的冲击为：ΔEa构成N维潮流冲击向量，表明各节点受到单位扰动时对系统负荷扰动的大小，式中，S为系统支路数；③、定义节点a的潮流熵为：其中，ηka＝ΔEka/ΔEa表示支路k的潮流冲击率；④、求出各节点的脆弱性指标，并按照其从大到小进行排序；其中，节点的脆弱性指标为：⑤、将所有节点分为3类：重度脆弱节点，其节点脆弱性指标Va≥0.5、中度脆弱节点，其节点脆弱性指标0.5＞Va≥0.1和强壮节点，其节点脆弱性指标Va＜0.1；b.根据每次区域内PMU配置数量的规划，进行基于最大树原理的PMU配置，具体步骤如下：①在脆弱性指标最大的节点上配置PMU，并建立最大树对于一个已配置PMU的节点，其建立最大树时需满足以下三点：1)将PMU配置节点周边与其连通的所有节点转化为已知节点；2)若一个无注入节...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岩，应璐曼，刘泽锴，钱新凤，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：