一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法技术

本发明专利技术公开了一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，包括预估配电网的运行状态，确定量测量与状态量的关系；根据配电网实际的运行状态，在量测配置时构建多种不同状态下的网络结构；分析配电网系统在不同网络结构下的饱和量测特性，基于启发式算法确定饱和量测数量；在饱和量测数量为量测数量的安装数量上限的约束条件下，以多种网络结构估计误差的加权和最小为目标，构建量测配置模型；利用层次分析法求解量测配置模型的权重系数，遍历所有可选方案，求解最优解，输出最优量测配置方案。本发明专利技术以权重系数的方式分析了不同网络结构对量测配置的影响差异，量测配置结果更切实际。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法。
技术介绍
智能配电网高级应用软件技术及其自愈控制技术的发展，大大提高了配电网的自动化水平，在线网络重构成为可能，网络重构将作为主动配电网中降低网络损耗、提高电压水平、以及对故障后负荷恢复供电的常见措施。因此，网络重构对量测配置的影响将不容忽视，基于一种网络结构的量测配置，已不能达到配电网状态估计精度的要求。因而设计一种兼顾多种网络结构的鲁棒性量测系统是有必要的。合理的量测配置是保证系统可观测的重要条件，系统可观测是状态估计的前提。目前可观性分析的方法主要是针对输电网，输电网因其量测冗余度高，一般能满足可观性要求。而配电网规模较大、网络结构变化较快，量测冗余度不足，从经济角度考虑，大范围地进行量测配置达到传统意义下的可观性是不切实际的。为实现系统的可观性，配电网中一般需添加误差较大的伪量测数据，这影响了状态估计的精度，而状态估计结果的准确性对其他应用有很大的影响。因此，在保证系统可观性及经济性基础上，量测配置应尽可能提高状态估计的精度及鲁棒性。近年来，配电网的量测配置研究倍受关注，但大多是针对单一网络结构。虽然国外已有少数文献在量测配置过程中兼顾多种网络结构的估计精度，但各网络结构的影响权重相同，并未考虑不同网络结构对量测配置的影响差异。事实上，不同网络结构在配电网运行中所占的比重不同，比如优化重构后的网络结构运行的时间可能相对于故障重构后的网络结构要长一些。因此，在量测配置中，各网络结构应赋予不同的影响权重，以表征这种影响差异。除此之外，目前以量测数量为约束的量测配置方法并没有给出量测数量上限的依据，大都只是根据已有经验确定。目前的量测配置方法存在以下问题：(1)针对单一网络结构，最终的量测配置方案仅仅保证单一网络结构的状态估计精度满足要求，若网络结构发生变化，其估计精度难以保证，量测配置的鲁棒性不足；(2)少数针对多种网络结构的量测配置方法，各网络结构的影响权重相同，未考虑不同
网络结构对量测配置的影响差异；(3)没有给出量测数量上限的依据。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，本方法首先提出了量测系统的饱和特性，并确定了系统的饱和量测数量，以此作为量测数量上限约束；然后基于启发式算法确定最终量测配置方案，能够兼顾多种网络结构的估计精度，鲁棒性提高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，包括以下步骤：(1)预估配电网的运行状态，确定量测量与状态量的关系；(2)根据配电网实际的运行状态，在量测配置时构建多种不同状态下的网络结构；(3)分析配电网系统在不同网络结构下的饱和量测特性，基于启发式算法确定饱和量测数量；(4)在饱和量测数量为量测数量的安装数量上限的约束条件下，以多种网络结构估计误差的加权和最小为目标，构建量测配置模型；(5)利用层次分析法求解量测配置模型的权重系数，遍历所有可选方案，求解最优解，输出最优量测配置方案。所述步骤(1)中，计及的状态矢量具体包括所有节点的电压幅值及除平衡节点外的电压相角，量测矢量类型包括实时电压幅值量测、实时功率量测、虚拟量测和伪量测。所述步骤(2)中，具体包括正常运行、弱环网、优化重构后的网络结构以及故障重构后的网络结构。所述步骤(2)中，弱环网网络结构为闭合某一联络开关后形成的网络。所述步骤(2)中，以网损最小、电压偏移及负荷均衡为目标，通过遗传算法求得优化重构后的网络结构。所述步骤(2)中，故障重构后的网络结构由选取某一支路故障，通过遗传算法求得。所述步骤(3)中，具体步骤包括：(3-1)初始化系统数据，计算在缺省的量测配置时系统状态估计总方差；(3-2)每次增加一个量测，遍历所有可选方案，使状态估计总方差最小的方案即为新增量测的位置和类型；(3-3)继续增加量测，直到量测数量使系统状态估计总方差变化量与系统状态估计总方差的比值小于设定值。所述步骤(4)中，各网络结构的估计误差的加权和为每个网络结构对量测配置的影响权重与相应网络结构的系统状态估计总误差乘积之和。所述步骤(4)中，采用Mc次蒙特卡洛法计算的均值作为各状态变量的估计值以表征量测系统的不确定性。所述步骤(5)中，确定各网络结构对量测配置的影响权重的具体步骤包括：(5-1)分析各因素之间的关系，建立递阶层次结构；(5-2)将各因素对同一准则或目标的重要性进行两两比较，依据判断矩阵标度表，对各准则进行评分，形成判断矩阵；(5-3)由判断矩阵计算被比较元素对上一层准则的相对权重，并进行一致性检验。进一步的，已知判断矩阵，用特征值法求得各权重的值，对判断矩阵进行一致性检验，检测判断矩阵是否可接受，否则需对判断该矩阵做适当调整。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术分析了配电网中量测系统的饱和特性，确定了饱和量测数量；(2)本专利技术以饱和量测数量作为量测设备的安装数量上限，对配电系统量测配置的建设投资给出指导性方案，避免了盲目安装大量量测装置而估计精度又没有明显提高所造成的经济浪费，具有实际意义；(3)本专利技术的量测配置模型考虑了多种网络结构，最终量测配置能够兼顾多种网络结构的估计精度，鲁棒性提高；(4)本专利技术以权重系数的方式分析了不同网络结构对量测配置的影响差异，量测配置结果更切实际。附图说明图1本专利技术提供的设计方案流程图；图2(a)和图2(b)分别为本专利技术提供的层次分析法的结构图及确定权重流程图；图3本专利技术提供的基于启发式算法确定最终量测配置方案；图4本专利技术提供的IEEE33节点系统接线图；图5本专利技术提供的不同网络结构下，基于启发式算法确定的IEEE33节点系统的饱和量测特性。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，计及多种网络结构的配电网量测配置方法，包括以下步骤：(1)状态估计方法选用加权最小二乘法；(2)根据配电网实际的运行状态，量测配置考虑的网络结构包括正常运行网络结构、弱环网、优化重构后的网络结构以及故障重构后的网络结构四类；(3)分析系统在不同网络结构下的饱和量测特性，基于启发式算法确定系统的饱和量测数量，并以此作为量测配置模型中量测数量的安装数量上限；(4)建立量测配置的数学模型，以多种网络结构估计误差的加权和作为衡量系统估计精度的标准，并以此为目标。约束条件为量测设备的安装数量上限约束。(5)前述步骤(4)的权重系数由层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)求得；(6)基于启发式算法确定最终的量测配置方案，即遍历所有可选方案，新增量测位置及类型的选取使所述步骤(4)的目标函数最小。重复该过程，直到达到量测设备的安装数量上限；(7)输出最优量测配置方案。前述步骤(1)状态估计中量测量与状态量之间的关系为：z＝f(x)+ε式中：x为状态矢量，包含所有节点的电压幅值及除平衡节点外的电压相角；z为量测矢量，量测类型包括实时电压幅值量测，实时功率量测、虚拟量测(零注入节点)和伪量测(节点负荷)；f(x)为量测方程；ε为量测误差矢量，ε～N(0，R)，为量测误差的协方差矩阵。另有： H ( x ) = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，其特征是：包括以下步骤：(1)预估配电网的运行状态，确定量测量与状态量的关系；(2)根据配电网实际的运行状态，在量测配置时构建多种不同状态下的网络结构；(3)分析配电网系统在不同网络结构下的饱和量测特性，基于启发式算法确定饱和量测数量；(4)在饱和量测数量为量测数量的安装数量上限的约束条件下，以多种网络结构估计误差的加权和最小为目标，构建量测配置模型；(5)利用层次分析法求解量测配置模型的权重系数，遍历所有可选方案，求解最优解，输出最优量测配置方案。

【技术特征摘要】
1.一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，其特征是：包括以下步骤：(1)预估配电网的运行状态，确定量测量与状态量的关系；(2)根据配电网实际的运行状态，在量测配置时构建多种不同状态下的网络结构；(3)分析配电网系统在不同网络结构下的饱和量测特性，基于启发式算法确定饱和量测数量；(4)在饱和量测数量为量测数量的安装数量上限的约束条件下，以多种网络结构估计误差的加权和最小为目标，构建量测配置模型；(5)利用层次分析法求解量测配置模型的权重系数，遍历所有可选方案，求解最优解，输出最优量测配置方案。2.如权利要求1所述的一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，其特征是：所述步骤(1)中，计及的状态矢量具体包括所有节点的电压幅值及除平衡节点外的电压相角，量测矢量类型包括实时电压幅值量测、实时功率量测、虚拟量测和伪量测。3.如权利要求1所述的一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，其特征是：所述步骤(2)中，具体包括正常运行、弱环网、优化重构后的网络结构以及故障重构后的网络结构。4.如权利要求3所述的一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，其特征是：所述步骤(2)中，弱环网网络结构为闭合某一联络开关后形成的网络。5.如权利要求1所述的一种计及多种网络结构的配电网量测配置方法，其特征是：所述步骤(2)中，以网损最小、电压偏移及负荷均衡为目标，通过遗传算法求得优化重构后的网络结构；所述步骤(2)中，故障重构后的网络结构由选取某一支路故障，通过遗传算法求得。6.如权利要求1所述的一种计及...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文，王红，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37