保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配的规划策略制造技术

本发明专利技术公开了一种以保证电网可观测性为前提，同时考虑满足无线通信时延情况下电网量测设备PMU的位置部署和带宽分配策略。电网要求的可观测性是电网正常运行的前提，同时，电网对于相关量测数据的实时性极为关注。本发明专利技术以模拟退火算法和二分查找算法为基础，并通过有效容量理论引入通信时延，对数据实时性进行要求。最终给出以99.99％的电网可观测概率为限制，以最小化投入成本为目标的电网最优PMU放置位置和带宽分配的方案。放置位置和带宽分配的方案。

【技术实现步骤摘要】
保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配的规划策略


[0001]本专利技术涉及移动通信系统技术和电网控制系统领域，尤其是一种保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配的规划策略。

技术介绍

[0002]能源危机和可持续发展理念推动了可再生能源、电动汽车、储能系统等一系列新概念的发展。这些潜在的发电源正逐步并入电网。随之而来的，电网的网络拓扑变得比以往更为复杂。因此需要一个有效的能源管理系统来引导能源的流动。此外，可再生能源的波动性和易变性、电动汽车相关的不确定性、电价变化导致的负载随时间不断变化等等都给电力系统带来了新的挑战。为了实现电力系统的稳定运行，必须达到供需平衡。为了动态调控，需要保持电网的可观测性。这样的目标需要借助PMU才能达成。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种PMU放置位置和带宽的规划策略，能够保证电网在99.99％的概率下可观测的同时，使用最少的PMU数量和最小的带宽大小。减少投入的成本。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术结合了电网可观测性，有效容量理论，二分查找算法以及模拟退火算法。包括如下步骤：
[0005](1)定义目标函数；
[0006](2)产生PMU部署位置和带宽分配的初始方案；
[0007](3)保存当前方案为初始方案；
[0008](4)根据当前方案和相关参数计算目标函数，将结果保存为当前函数值f(
·
)；
[0009](5)保存全局最优函数值f
best
(
·
)为当前函数值f(
·
)；
[0010](6)保存全局最优方案为当前方案；
[0011](7)设定初始温度为T
max
，终止温度为T
min
；
[0012](8)设定当前温度T为初始温度；
[0013](9)随机产生新的PMU部署位置和带宽分配的方案；
[0014](10)根据新的方案和相关参数计算目标函数，将结果保存为新函数值f
′
(
·
)；
[0015](11)比较当前函数值f(
·
)与新函数值f
′
(
·
)，以一定概率将当前方案保存为新方案，将当前函数值保存为新函数值；
[0016](12)比较当前函数值f(
·
)和全局最优函数值f
best
(
·
)，若f(
·
)<f
best
(
·
)则更新全局最优方案和全局最优函数值；
[0017](13)重复M次步骤(9)到步骤(12)；
[0018](14)更新当前温度T，令T＝T
×
0.99；
[0019](15)重复步骤(9)到步骤(14)直到T≤T
min
；
[0020](16)输出全局最优方案。
[0021]优选的，步骤(1)的具体步骤包括：
[0022](11)将投入的电网建设成本定义为以下的形式：
[0023][0024]其中c是总成本，Price
pmu
定义PMU的价格，N是电网总线的数量；二元列向量x＝{x1,x2,
…
,x
N
}
T
表示哪些总线安装了PMU，若x
i
＝1，则表示总线i安装有PMU，否则表示没有安装；是安装的PMU的总数；参数Price
B
代表每单位带宽的成本，是需要的总带宽，B
i
是每个PMU进行无线通信所需的带宽；总成本定义为PMU成本和带宽成本之和；
[0025](12)使用惩罚函数法对电网可观测概率进行限制，并得到新的目标函数，如下：
[0026]f(B,x)＝c+g1(P
th
‑
p
ob
)
[0027]将新的目标函数定义为f(B,x)，其中B＝{B1,B2,
…
,B
N
}
T
，P
th
是电网可观测概率被要求达到的值，p
ob
是当前方案实际达到的电网可观测概率值；函数g1(x)为惩罚函数，满足当x>0时惩罚量为正值，x≤0时惩罚为零，如下所示，其中max(
·
)表示括号内元素最大值；
[0028]g1(x)＝max(0,x)2。
[0029]优选的，步骤(2)的具体步骤包括：
[0030](21)假设所有总线都安装了PMU，即令x＝{1,1,
…
,1}
T
；
[0031](22)令其中B
total
为允许的最大带宽，这里取500kHZ；
[0032](23)给所有PMU分配初始带宽，即B＝{B
avg
,B
avg
,
…
,B
avg
}
T
。
[0033]优选的，步骤(4)的具体步骤包括：
[0034](41)假设电网共设置了K个PMU，记为PMU
k
，并且有k＝1,2,
…
,K和以0≤p
k
≤1表示PMU
k
在D
max
时间内完成通信传输的概率，即
[0035]Pr{d
k
≤D
max
}＝p
k
[0036]其中，d
k
为实际情况下PMU
k
的通信时延，D
max
为允许的最大延迟，Pr{
·
}表示求取事件发生的概率；
[0037](42)对无线通信带来的可观测性不确定性进行建模：定义向量P＝{P1,P2,
…
,P
N
}表征每个PMU在D
max
时间内传输成功的概率，该向量的元素由如下方式给出：如果PMU
k
安装在总线i，则P
i
＝p
k
，否则，P
i
＝0；由此得到统计延迟保证下的电网可观测性向量表示为：
[0038][0039]其中H表示电网的连接矩阵，由电网的网络拓扑决定，该矩阵的元素H
m,n
定义为：如果总线m与总线n相连，则H
m,n
＝1；否则H
m,n
＝0，m,n＝1,2,
…
,N；Λ
Q
表示对角通信约束矩阵，定义为：
[0040]Λ
Q
＝diag{Q1,Q2,
…
,Q
N
}
[0041]Q...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配规划策略，其特征在于，包括如下步骤：(1)定义目标函数；(2)产生PMU部署位置和带宽分配的初始方案；(3)保存当前方案为初始方案；(4)根据当前方案和相关参数计算目标函数，将结果保存为当前函数值f(
·
)；(5)保存全局最优函数值f
best
(
·
)为当前函数值f(
·
)；(6)保存全局最优方案为当前方案；(7)设定初始温度为T
max
，终止温度为T
min
；(8)设定当前温度T为初始温度；(9)随机产生新的PMU部署位置和带宽分配的方案；(10)根据新的方案和相关参数计算目标函数，将结果保存为新函数值f
′
(
·
)；(11)比较当前函数值f(
·
)与新函数值f
′
(
·
)，以一定概率将当前方案保存为新方案，将当前函数值保存为新函数值；(12)比较当前函数值f(
·
)和全局最优函数值f
best
(
·
)，若f(
·
)<f
best
(
·
)则更新全局最优方案和全局最优函数值；(13)重复M次步骤(9)到步骤(12)；(14)更新当前温度T，令T＝T
×
0.99；(15)重复步骤(9)到步骤(14)直到T≤T
min
；(16)输出全局最优方案。2.根据权利要求1所述的保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配规划策略，其特征在于，步骤(1)的具体步骤包括：(11)将投入的电网建设成本定义为以下的形式：其中c是总成本，Price
pmu
定义PMU的价格，N是电网总线的数量；二元列向量x＝{x1,x2,
…
,x
N
}
T
表示哪些总线安装了PMU，若x
i
＝1，则表示总线i安装有PMU，否则表示没有安装；是安装的PMU的总数；参数Price
B
代表每单位带宽的成本，是需要的总带宽，B
i
是每个PMU进行无线通信所需的带宽；总成本定义为PMU成本和带宽成本之和；(12)使用惩罚函数法对电网可观测概率进行限制，并得到新的目标函数，如下：f(B,x)＝c+g1(P
th
‑
p
ob
)将新的目标函数定义为f(B,x)，其中B＝{B1,B2,
…
,B
N
}
T
，P
th
是电网可观测概率被要求达到的值，p
ob
是当前方案实际达到的电网可观测概率值；函数g1(x)为惩罚函数，满足当x>0时惩罚量为正值，x≤0时惩罚为零，如下所示，其中max(
·
)表示括号内元素最大值；g1(x)＝max(0,x)2。3.根据权利要求1所述的保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配规划策略，其特征在于，步骤(2)的具体步骤包括：(21)假设所有总线都安装了PMU，即令x＝{1,1,
…
,1}
T
；
(22)令其中B
total
为允许的最大带宽；(23)给所有PMU分配初始带宽，即B＝{B
avg
,B
avg
,
…
,B
avg
}
T
。4.根据权利要求1所述的保证电网可观测性的PMU位置和带宽分配规划策略，其特征在于，步骤(4)的具体步骤包括：(41)假设电网共设置了K个PMU，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，叶原兵，潘志文，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：