一种环状多源配电网的电能质量监测器优化配置方法技术

适用于环状多源电网结构拓扑分析的新概念定义，包括正方向、双向等效线路和端点；环状多源电网结构表征矩阵的构建，包括修正邻接矩阵、系统结构矩阵、潮流方向矩阵、监测可观矩阵；权重因子的定义，包括电能质量监测器布置一般性准则归纳、不同端点属性分类及对应权重系数定义；模糊度指标定义，包括系统整体模糊度、部分最大模糊度和监测系统模糊度；电能质量监测器优化配置模型的建立；优化模型的求解，确定系统电能质量监测器最优配置方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环状多源配电网的电能质量监测器优化配置方法，属电气工程和电能质量领域。
技术介绍
未来智能配电网中，构建能够同时实现多点连续、在线测量以及信息融合的网络化电能质量监测系统(networked power quality monitoring system,NPQMS)已成为发展趋势。然而由于资金、技术的限制以及大范围配置电能质量监测器(power quality monitor,PQM)带来的数据冗余和通信任务繁重等问题，如何对NPQMS中PQM的数量和安装位置做出最优选择，即实现PQM的优化配置具有重要意义。目前，与PQM优化配置相关的研究成果较少。少量文献提出了基于图论分析法、节点分析法等实现PQM优化布置的方法，但普遍仅适用于单电源的辐射状配电网络，且仅考虑电能质量指标的可观性，而未能综合考虑电能质量扰动源(power quality disturbance source,PQDS)定位等高级智能诊断的需求。实际上，一方面，为提高供电的安全可靠性，越来越多的重要区域负荷采用环形接线形式，同时随着越来越多分布式电源的高渗透率接入，配电网将普遍变成多源的复杂拓扑结构；另一方面，未来智能电网中NPQMS将更多地要求实现PQDS自动准确定位等电能质量高级智能诊断功能。专利成果方面，尽管与电能质量相关的成果很多，但绝大部分集中于电能质量装置，如2015107407598，2014105143834；电能质量监测系统，如2013100476831，2015109143522；电能质量扰动信号分析，如2015108224005，2014107853645；电能质量评估，如2011102114770，2014106381100；电能质量扰动识别，如2007100517107，2009102167982；电能质量控制，如2011103534079，2012105091794；等等。而与PQM优化配置相关的很少，仅申请号为201610017639X的专利技术专利提出了一种基于改进粒子群优化算法、计及分布式电源的配电网电能质量监测点配置方法，但其所提算法也仅适用于单电源辐射状拓扑结构的配电网络。本专利技术专利针对PQM优化配置问题 进行研究，提出一种能够适用于环状多源拓扑结构配网系统，并兼顾PQDS定位等高级智能诊断功能需求的PQM优化配置方法。
技术实现思路
本专利技术要克服现有PQM优化配置方法不能有效适用于含多电源环状电网的问题，基于正方向、双向等效线路和端点的定义，以及修正邻接矩阵、潮流方向矩阵的构建实现系统结构信息的有效表征，定义不同权重因子量化表征各属性端点的重要性程度，建立系统监测点优化配置模型并通过监测可观矩阵检验系统模糊度，筛选出环状多源网络的PQM最优配置方案。本专利技术为实现上述目的，提出了一种能够适用于环状多源配电网络的PQM优化配置方法，如附图1所示，其过程包括如下步骤：1、定义适用于环状多源电网结构拓扑分析的新概念：与辐射状电网结构特点不同，环状多源电网运行方式和状态具有可变性，部分线路电流流向存在多种可能，从而影响各节点配置PQM的监测范围，要求将各种可能情况均纳入考虑；步骤101，正方向的规定：为匹配PQDS方向判定方法，需要建立一个固定坐标系，设定由母线指向线路方向为正方向；步骤102，双向等效线路的定义：将除电源、负载引出线外的每条线路等效成两条并行双向的具有固定电流流向的线路；步骤103，端点的定义：将线路电流流入端设置为可配置PQM的端点来表示该线路，即每条线路可等效表示为两个端点；2、环状多源系统结构表征矩阵的构建：基于步骤1环网拓扑分析，分别构建修正邻接矩阵、系统结构矩阵、潮流方向矩阵、监测可观矩阵描述网络结构，为PQM优化配置提供数据支撑；步骤201，修正邻接矩阵的构建：邻接矩阵Aorg常用于电力网络拓扑分析，其形式为i1,i2＝1,2,...,NB为母线节点编号，NB为系统母线节点数量；矩阵元素的赋值原则如式(1)所示；因为网络化电能质量监测系统中负载和电源都是重要的监测对象，需要对邻接矩阵进行适当修正：用母线与等效为母线0的大地间的连接线表示负载，用母线与其自身的连接线表示电源；修 正邻接矩阵的形式为为增加了表示大地的母线0后的系统节点编号；元素表示环状多源网络中每个端点的结构编号，其取值表示该端点是否存在，赋值原则如式(2)所示；步骤202，系统结构矩阵构建：将矩阵中所有有效端点，即的端点，按行顺序提取出，并将其依次按序标记为新的系统端点符号tj，其中j＝1,2,...T为依次按序标记后tj的编号，T为有效端点总数量；利用其与母线可共同构成描述各端点与母线间固定位置关系的系统结构矩阵SSM；SSM是一个T×NB的矩阵，其元素赋值原则如式(3)所示；步骤203，潮流方向矩阵构建：尽管环状多源系统运行方式和状态存在多种可能，但其绝大多数时间处于正常运行状态，PQM配置需优先保证系统正常运行状态下拓扑结构的全网可观；通过比较电流方向和设定正方向，可对SSM矩阵进行修正，得到包含系统潮流信息的潮流方向矩阵CDM；CDM矩阵元素cji的赋值原则如式(4)所示，其中j为tj的编号，i为系统中母线编号；步骤204，系统单距区块划分：考虑系统拓扑结构中，线路密集度对监测点配置的影响；首先基于系统正常运行状态下反映潮流方向的拓扑结构，对系统线路进行等效间距处理，选取拓扑结构中相邻母线间最短的线路作为单元距离的标 尺，各母线间线路的等效间距为整数倍单元距离，并以单元间距划分区块，命名为单距区块；单距区块内单元线路数量指不包含电源和负荷引出线的线路数量；步骤205，监测可观矩阵构建：目标电网完成监测器配置，根据正常运行状态下的潮流拓扑结构，可构建监测可观矩阵MCM，用于描述各PQM与各线路间的位置关系，表征各监测器的可观范围；MCM矩阵是一个T×M的矩阵，M是监测器数量，其元素mjr赋值原则如式(5)所示，其中r为系统中PQM编号；3、权重因子的定义：基于PQM布置一般性准则，系统中不同端点具有不同性质，存在不同的重要程度；合理定义权重因子量化描述各个端点的重要程度，使各端点的性质能在优化配置算法中得到体现；步骤301，PQM优化布置原则归纳：根据环状多源网络结构特点并结合考虑PQDS定位需求，归纳出6条PQM布置一般性准则；A1)准则1：(N-1)准则，N为同一母线上连接的线路总数；A2)准则2：负载支路上具有更高的权重；A3)准则3：电源引出线具有最高的权重；A4)准则4：同一条线路上优先只装一个PQM；A5)准则5：除负载引出线外与该母线相连的端点小于等于两个，此类端点权重较低；相应地，与该类端点属于同一线路的端点权重较高；A6)准则6：优先满足正常运行状态下全网可观；步骤302，有效端点进行运算编号和属性分类：为提高算法效率，对所有筛选出的有效端点进行运算编号和属性分类；端点的属性分为电源端点、负荷端点、对向端点和普通端点；对向端点指除去负荷外与母线相连的端点数量小于等于2的端点，负荷端点包括负荷引出端点和与对向端点属于同一线路的端点，普通端点即不归属于其余3种类型的端点；运算编号即端点按考虑母线编号和SSM矩阵中有效端点排序进行编号；若某一端点同时包含两种属性，则对其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环状多源配电网的电能质量监测器优化配置方法，包括如下步骤：步骤1、定义适用于环状多源电网结构拓扑分析的新概念：与辐射状电网结构特点不同，环状多源电网运行方式和状态具有可变性，部分线路电流流向存在多种可能，从而影响各节点配置电能质量监测器的监测范围，要求将各种可能情况均纳入考虑；电能质量监测装置简称PQM；步骤101，正方向的规定：为匹配电能质量扰动源方向判定方法，需要建立一个固定坐标系，设定由母线指向线路方向为正方向；电能质量扰动源简称PQDS；步骤102，双向等效线路的定义：将除电源、负载引出线外的每条线路等效成两条并行双向的具有固定电流流向的线路；步骤103，端点的定义：将线路电流流入端设置为可配置PQM的端点来表示该线路，即每条线路可等效表示为两个端点；步骤2、环状多源系统结构表征矩阵的构建：基于步骤1环网拓扑分析，分别构建修正邻接矩阵、系统结构矩阵、潮流方向矩阵、监测可观矩阵描述网络结构，为PQM优化配置提供数据支撑；步骤201，修正邻接矩阵的构建：邻接矩阵Aorg常用于电力网络拓扑分析，其形式为为母线节点编号，NB为系统母线节点数量；矩阵元素的赋值原则如式(1)所示；因为网络化电能质量监测系统中负载和电源都是重要的监测对象，需要对邻接矩阵进行适当修正：用母线与等效为母线0的大地间的连接线表示负载，用母线与其自身的连接线表示电源；修正邻接矩阵的形式为为增加了表示大地的母线0后的系统节点编号；元素表示环状多源网络中每个端点的结构编号，其取值表示该端点是否存在，赋值原则如式(2)所示；步骤202，系统结构矩阵构建：将矩阵中所有有效端点，即的端点，按行顺序提取出，并将其依次按序标记为新的系统端点符号tj，其中j＝1,2,...T为依次按序标记后tj的编号，T为有效端点总数量；利用其与母线可共同构成描述各端点与母线间固定位置关系的系统结构矩阵SSM；SSM是一个T×NB的矩阵，其元素赋值原则如式(3)所示；步骤203，潮流方向矩阵构建：尽管环状多源系统运行方式和状态存在多种可能，但其绝大多数时间处于正常运行状态，PQM配置需优先保证系统正常运行状态下拓扑结构的全网可观；通过比较电流方向和设定正方向，可对SSM矩阵进行修正，得到包含系统潮流信息的潮流方向矩阵CDM；CDM矩阵元素cji的赋值原则如式(4)所示，其中j为tj的编号，i为系统中母线编号；步骤204，系统单距区块划分：考虑系统拓扑结构中，线路密集度对监测点配置的影响；首先基于系统正常运行状态下反映潮流方向的拓扑结构，对系统线路进行等效间距处理，选取拓扑结构中相邻母线间最短的线路作为单元距离的标尺，各母线间线路的等效间距为整数倍单元距离，并以单元间距划分区块，命名为单距区块；单距区块内单元线路数量指不包含电源和负荷引出线的线路数量；步骤205，监测可观矩阵构建：目标电网完成监测器配置，根据正常运行状态下的潮流拓扑结构，可构建监测可观矩阵MCM，用于描述各PQM与各线路间的位置关系，表征各监测器的可观范围；MCM矩阵是一个T×M的矩阵，M是监测器数量，其元素mjr赋值原则如式(5)所示，其中r为系统中PQM编号；步骤3、权重因子的定义：基于PQM布置一般性准则，系统中不同端点具有不同性质，存在不同的重要程度；合理定义权重因子量化描述各个端点的重要程度，使各端点的性质能在优化配置算法中得到体现；步骤301，PQM优化布置原则归纳：根据环状多源网络结构特点并结合考虑PQDS定位需求，归纳出6条PQM布置一般性准则；A1)准则1：(N‑1)准则，N为同一母线上连接的线路总数；A2)准则2：负载支路上具有更高的权重；A3)准则3：电源引出线具有最高的权重；A4)准则4：同一条线路上优先只装一个PQM；A5)准则5：除负载引出线外与该母线相连的端点小于等于两个，此类端点权重较低；相应地，与该类端点属于同一线路的端点权重较高；A6)准则6：优先满足正常运行状态下全网可观；步骤302，有效端点进行运算编号和属性分类：为提高算法效率，对所有筛选出的有效端点进行运算编号和属性分类；端点的属性分为电源端点、负荷端点、对向端点和普通端点；对向端点指除去负荷外与母线相连的端点数量小于等于2的端点，负荷端点包括负荷引出端点和与对向端点属于同一线路的端点，普通端点即不归属于其余3种类型的端点；运算编号即端点按考虑母线编号和SSM矩阵中有效端点排序进行编号；若某一端点同时包含两种属性，则对其属性值进行均一化处理；步骤303，定义权重因子：基于步骤301的一般性准则的说明，系统中不同端点具有不同性质，存在不同的重要程度；合理定义权重因子量化描述各个端点的重要程度，使各端点性质能在优化配置算法中得到体现；结合端点属性和编号，定义αij，βij，γij三个权重系数量化表征PQM配置一般性准则：βij表征...

【技术特征摘要】
1.一种环状多源配电网的电能质量监测器优化配置方法，包括如下步骤：步骤1、定义适用于环状多源电网结构拓扑分析的新概念：与辐射状电网结构特点不同，环状多源电网运行方式和状态具有可变性，部分线路电流流向存在多种可能，从而影响各节点配置电能质量监测器的监测范围，要求将各种可能情况均纳入考虑；电能质量监测装置简称PQM；步骤101，正方向的规定：为匹配电能质量扰动源方向判定方法，需要建立一个固定坐标系，设定由母线指向线路方向为正方向；电能质量扰动源简称PQDS；步骤102，双向等效线路的定义：将除电源、负载引出线外的每条线路等效成两条并行双向的具有固定电流流向的线路；步骤103，端点的定义：将线路电流流入端设置为可配置PQM的端点来表示该线路，即每条线路可等效表示为两个端点；步骤2、环状多源系统结构表征矩阵的构建：基于步骤1环网拓扑分析，分别构建修正邻接矩阵、系统结构矩阵、潮流方向矩阵、监测可观矩阵描述网络结构，为PQM优化配置提供数据支撑；步骤201，修正邻接矩阵的构建：邻接矩阵Aorg常用于电力网络拓扑分析，其形式为为母线节点编号，NB为系统母线节点数量；矩阵元素的赋值原则如式(1)所示；因为网络化电能质量监测系统中负载和电源都是重要的监测对象，需要对邻接矩阵进行适当修正：用母线与等效为母线0的大地间的连接线表示负载，用母线与其自身的连接线表示电源；修正邻接矩阵的形式为为增加了表示大地的母线0后的系统节点编号；元素表示环状多源网络中每个端点的结构编号，其取值表示该端点是否存在，赋值原则如式(2)所示；步骤202，系统结构矩阵构建：将矩阵中所有有效端点，即的端点，按行顺序提取出，并将其依次按序标记为新的系统端点符号tj，其中j＝1,2,...T为依次按序标记后tj的编号，T为有效端点总数量；利用其与母线可共同构成描述各端点与母线间固定位置关系的系统结构矩阵SSM；SSM是一个T×NB的矩阵，其元素赋值原则如式(3)所示；步骤203，潮流方向矩阵构建：尽管环状多源系统运行方式和状态存在多种可能，但其绝大多数时间处于正常运行状态，PQM配置需优先保证系统正常运行状态下拓扑结构的全网可观；通过比较电流方向和设定正方向，可对SSM矩阵进行修正，得到包含系统潮流信息的潮流方向矩阵CDM；CDM矩阵元素cji的赋值原则如式(4)所示，其中j为tj的编号，i为系统中母线编号；步骤204，系统单距区块划分：考虑系统拓扑结构中，线路密集度对监测点配置的影响；首先基于系统正常运行状态下反映潮流方向的拓扑结构，对系统线路进行等效间距处理，选取拓扑结构中相邻母线间最短的线路作为单元距离的标尺，各母线间线路的等效间距为整数倍单元距离，并以单元间距划分区块，命名为单距区块；单距区块内单元线路数量指不包含电源和负荷引出线的线路数量；步骤205，监测可观矩阵构建：目标电网完成监测器配置，根据正常运行状态下的潮流拓扑结构，可构建监测可观矩阵MCM，用于描述各PQM与各线路间的位置关系，表征各监测器的可观范围；MCM矩阵是一个T×M的矩阵，M是监测器数量，其元素mjr赋值原则如式(5)所示，其中r为系统中PQM编号；步骤3、权重因子的定义：基于PQM布置一般性准则，系统中不同端点具有不同性质，存在不同的重要程度；合理定义权重因子量化描述各个端点的重要程度，使各端点的性质能在优化配置算法中得到体现；步骤301，PQM优化布置原则归纳：根据环状多源网络结构特点并结合考虑PQDS定位需求，归纳出6条PQM布置一般性准则；A1)准则1：(N-1)准则，N为同一母线上连接的线路总数；A2)准则2：负载支路上具有更高的权重；A3)准则3：电源引出线具有最高的权重；A4)准则4：同一条线路上优先只装一个PQM；A5)准则5：除负载引出线外与该母线相连的端点小于等于两个，此类端点权重较低；相应地，与该类端点属于同一线路的端点权重较高；A6)准则6：优先满足正常运行状态下全网可观；步骤302，有效端点进行运算编号和属性分类：为提高算法效率，对所有筛选出的有效端点进行运算编号和属性分类；端点的属性分为电源端点、负荷端点、对向端点和普通端点；对向端点指除去负荷外与母线相连的端点数量小于等于2的端点，负荷端点包括负荷引出端点和与对向端点属于同一线路的端点，普通端点即不归属于其余3种类型的端点；运算编号即端点按考虑母线编号和SSM矩阵中有效端点排序进行编号；若某一端点同时包含两种属性，则对其属性值进行均一化处理；步骤303，定义权重因子：基于步骤301的一般性准则的说明，系统中不同端点具有不同性质，存在不同的重要程度；合理定义权重因子量化描述各个端点的重要程度，使各端点性质能在优化配置算法中得到体现；结合端点属性和编号，定义αij，βij，γij三个权重系数量化表征PQM配置一般性准则：βij表征准则1；αij表征准则2，3，5；γij表征准则4，6；αij，γij，βij的数学表达式分别如式(6)～(12)所示； α i j = T i j C i - - - ( 6 ) ]]>其中， A i j = Σ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁国庆，黄飞腾，朱双双，林雨丰，方敏佳，王妍彦，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33