面向分布式状态估计的配网同步量测及通信设备配置方法技术

本发明专利技术的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信设备配置方法，利用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，将网络分区问题转化为子区域中心节点选取问题，避免了复杂的子区域连通性约束带来的模型难以求解或求解时间过长等难题，在削减网络规模的同时保证子区域间节点数相差最少；然后通过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，得到配电网同步量测及有线通信配置方案，以快速可靠的有线通信方式作为主要通信方式，保证数据传输的实时性；最后建立基于无线传感器网络的配电网同步量测无线通信配置模型并通过遗传算法求解，得到无线传感器节点配置方案，在保证经济性的基础上进一步提高通信系统可靠性。

【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设备配置方法
本专利技术涉及一种配网同步量测及通信设备的配置。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设备配置方法。
技术介绍
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广泛参与，传统集中式状态估计的计算规模与通信负担大大增加，难以满足配电网实时分析控制需求，分布式状态估计逐渐成为解决问题的有效手段。分布式状态估计收敛的前提是子区域可观，而当前配电网由于数据监测点分布广泛，实时量测装置数量有限、覆盖率低且量测类型相对简单等原因，造成其整体可观性难以满足要求。此外，目前配电网中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、采集周期长和量测精度差异大的问题，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。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。目前配电网中配置同步相量量测装置的数量较少，难以满足各子区域的完全可观性要求，无法保证分布式状态估计的收敛性。而同步相量量测装置在拥有优越性能的同时，装置本身的成本也更高，因此有必要对配电网进行有针对性的配置，在满足分布式状态估计需求的前提下保证配置方案的经济性。此外，量测设备只能完成数据的采集，通信系统作为配电网信息传输的重要载体，是电网正常运行不可或缺的一部分。通信方式主要分为有线通信与无线通信两种：有线通信以光纤通信为主，传输频带宽，通信容量大，中继距离长，抗电磁干扰能力强，可靠性高，保密性好，适合作为主要的通信方式，但成本相对较高；无线通信覆盖范围广，配置方式灵活，成本低，但可靠性相对较低，传输速度相比光纤较慢，目前适合作为有线通信方式的后备，在有线通信故障情况下保证数据的正常传输，提高通信系统可靠性。
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设备配置方法，旨在解决配电网同步相量量测装置配置的同时，建立由相量数据集中器和有线与无线通信设备组成的通信与储存系统，完成量测数据的传输和存储，为分布式状态估计提供实时可靠的数据支撑。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设备配置方法，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，获取配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u，构造邻接矩阵A，设置无线传感器节点传输半径R；2)针对分布式状态估计所采用的分布式计算架构，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；3)对于步骤2)中已完成分区的配电系统，通过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，得到配电网同步量测及有线通信配置方案；4)根据步骤1)中配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u以及无线传感器节点传输半径R，计算正方形网格边长d，横向网格数n1和纵向网格数n2，完成配电网所在地理区域的网格划分，得到nt＝n1×n2个网格，按由左到右、由下到上的顺序将网格从1开始升序编号；5)确定配电网中所有节点所在的网格，根据步骤3)中得到的配电网同步量测及有线通信配置方案，获取同步相量量测装置和相量数据集中器的配置节点，将获取的配置节点设为所在网格的中心，其他没有配置节点的网格以正方形几何中心为网格中心，计算网格距离矩阵L，网格距离矩阵L中的元素Lp，q表示网格p与网格q的网格中心间的距离；6)设同步相量量测装置和相量数据集中器的配置节点处配置电池供电式无线传感器，空间中其他位置配置能量收集式无线传感器，建立基于无线传感器网络的配电网同步量测无线通信配置模型，包括：以无线通信配置成本最低为目标函数，考虑同步相量量测装置和相量数据集中器的配置约束，考虑无线通信网络可观性约束；7)通过遗传算法求解步骤6)中所述的基于无线传感器网络的配电网同步量测无线通信配置模型，得到无线传感器节点配置方案；8)根据步骤3)中得到的配电网同步量测及有线通信配置方案与步骤7)中得到的无线传感器节点配置方案，以有线通信为主要通信方式，无线通信为后备通信方式，输出配电网同步量测及通信设备整体配置方案。本专利技术的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信设备配置方法，首先利用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，将网络分区问题转化为子区域中心节点选取问题，有效避免了复杂的子区域连通性约束带来的模型难以求解或求解时间过长等难题，在削减网络规模的同时保证子区域间节点数相差最少，为后续量测与通信设备的配置提供方案支撑；然后通过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，得到配电网同步量测及有线通信配置方案，以快速可靠的有线通信方式作为主要通信方式，保证数据传输的实时性；最后建立基于无线传感器网络的配电网同步量测无线通信配置模型并通过遗传算法求解，得到无线传感器节点配置方案，以成本低且配置灵活的无线通信方式为后备通信方式，在保证经济性的基础上进一步提高通信系统可靠性。附图说明图1是本专利技术面向分布式状态估计的配网同步量测及通信设备配置方法的流程图；图2是IEEE33节点算例图；图3是IEEE33节点算例分区方案；图4是IEEE33节点算例同步量测及有线通信配置方案；图5是IEEE33节点算例子区域1同步量测以及有线与无线通信配置方案；图6是IEEE33节点算例子区域2同步量测以及有线与无线通信配置方案；图7是IEEE33节点算例子区域3同步量测以及有线与无线通信配置方案。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信设备配置方法，做出详细说明。如图1所示，本专利技术的面向分布式状态估计的配网同步量测及通信设备配置方法，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，获取配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u，构造邻接矩阵A，设置无线传感器节点传输半径R；2)针对分布式状态估计所采用的分布式计算架构，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；其中，(1)所述的分布式状态估计所采用的分布式计算架构为：配本文档来自技高网...

【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设备配置方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)对于选定的配电系统，获取配电网络的拓扑连接关系，获取配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u，构造邻接矩阵A，设置无线传感器节点传输半径R；/n2)针对分布式状态估计所采用的分布式计算架构，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；/n3)对于步骤2)中已完成分区的配电系统，通过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，得到配电网同步量测及有线通信配置方案；/n4)根据步骤1)中配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u以及无线传感器节点传输半径R，计算正方形网格边长d，横向网格数n

【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设备配置方法，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，获取配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u，构造邻接矩阵A，设置无线传感器节点传输半径R；
2)针对分布式状态估计所采用的分布式计算架构，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；
3)对于步骤2)中已完成分区的配电系统，通过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，得到配电网同步量测及有线通信配置方案；
4)根据步骤1)中配电网络在地理上的横向长度e和纵向长度u以及无线传感器节点传输半径R，计算正方形网格边长d，横向网格数n1和纵向网格数n2，完成配电网所在地理区域的网格划分，得到nt＝n1×n2个网格，按由左到右、由下到上的顺序将网格从1开始升序编号；
5)确定配电网中所有节点所在的网格，根据步骤3)中得到的配电网同步量测及有线通信配置方案，获取同步相量量测装置和相量数据集中器的配置节点，将获取的配置节点设为所在网格的中心，其他没有配置节点的网格以正方形几何中心为网格中心，计算网格距离矩阵L，网格距离矩阵L中的元素Lp,q表示网格p与网格q的网格中心间的距离；
6)设同步相量量测装置和相量数据集中器的配置节点处配置电池供电式无线传感器，空间中其他位置配置能量收集式无线传感器，建立基于无线传感器网络的配电网同步量测无线通信配置模型，包括：以无线通信配置成本最低为目标函数，考虑同步相量量测装置和相量数据集中器的配置约束，考虑无线通信网络可观性约束；
7)通过遗传算法求解步骤6)中所述的基于无线传感器网络的配电网同步量测无线通信配置模型，得到无线传感器节点配置方案；
8)根据步骤3)中得到的配电网同步量测及有线通信配置方案与步骤7)中得到的无线传感器节点配置方案，以有线通信为主要通信方式，无线通信为后备通信方式，输出配电网同步量测及通信设备整体配置方案。


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设备配置方法，其特征在于，步骤4)中所述的：
正方形网格边长d，数学表达式为：



横向网格数n1，数学表达式为：



其中，表示数向下取整；
纵向网格数n2，数学表达式为：



...

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