考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法技术

本发明专利技术涉及电力系统监测、PMU优化配置领域，为实现在保障全局可观测性前提下，降低过高的观测冗余，本发明专利技术，考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法，获取配电网络的拓扑结构，构建配电网络系统模型；根据配电网络的拓扑结构和零注入节点矩阵，构建配电网络的关联矩阵；构建配电网络的多目标同步相量测量单元PMU优化配置模型；采用大规模多目标优化算法求解所述配电网络的多目标PMU优化配置模型，得到配电网络的PMU最优部署方案集；采用主观和客观相结合的模糊决策方法，从最优部署方案集中选择出一个灵活的多阶段PMU部署方案。本发明专利技术主要应用于电力系统监测场合。本发明专利技术主要应用于电力系统监测场合。本发明专利技术主要应用于电力系统监测场合。

【技术实现步骤摘要】
考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法


[0001]本专利技术涉及电力系统监测、PMU优化配置领域，具体涉及考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法。

技术介绍

[0002]为应对能源危机和环境保护压力，越来越多的以可再生能源为主导的分布式电源接入电力系统，但其间歇性、不确定性特征使得电力系统的运行面临着严峻的挑战。发展智能电网是解决这一问题的有效途径。
[0003]以GPS为时间基准的同步相量测量单元(PMU)不仅满足电力系统数据采集与监测要求的空间广域性和时间同一性而且能采集电压、电流的幅值信息和相角信息。可以实现对地域广阔的电力系统运行状态进行实时监测和分析，为电力系统的实时控制和运行服务。近年来，随着5G通信技术的商业化，其稳定性高、传输速度快的优点为PMU在电力系统中的广泛使用打下了坚实基础。
[0004]想要对整个配电网络进行实时的监测与控制，该系统必须是全局可观测的。如果配电网络的所有节点都部署了PMU，则所有的节点电压和分支电流都是可观测的。但是，由于PMU的部署成本较高，且其可以测量安装节点的电压相量和相连支路的电流相量，因此在网络的所有节点上部署PMU是不现实且不必要的。
[0005]配电网络的最优PMU部署主要考虑以下四个问题：(1)在保证系统全局可观测的前提下减少PMU的部署数量；(2)使配电网络具有更高的可观测冗余度；(3)在PMU发生单线故障时，保证系统不失去全局可观测性；(4)在考虑PMU通道数量限制以及通信设施限制的情况下进行PMU最优部署。<br/>
技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术旨在实现在保障全局可观测性前提下，降低过高的观测冗余，实现高效的PMU优化配置，为此，本专利技术采取的技术方案是，考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法，获取配电网络的拓扑结构，构建配电网络系统模型，包括配电网络中的节点、支路信息；获取配电网络的零注入节点位置，构建零注入节点矩阵；
[0007]根据配电网络的拓扑结构和零注入节点矩阵，构建配电网络的关联矩阵；
[0008]构建配电网络的多目标同步相量测量单元PMU优化配置模型，包括：
[0009]在保证配电系统全局可观测性的约束条件下，以PMU部署费用最少、配电系统观测冗余最大、PMU单线故障时配电系统失去全局可观测性的概率最小、PMU单线故障损失最小、配电系统节点被观测数标准差最小为优化目标分别构建对应的目标函数；
[0010]采用大规模多目标优化算法求解所述配电网络的多目标PMU优化配置模型，得到配电网络的PMU最优部署方案集；
[0011]采用主观和客观相结合的模糊决策方法，从最优部署方案集中选择出一个灵活的多阶段PMU部署方案。
[0012]所述根据配电网络的拓扑结构和零注入节点矩阵，构建配电网络的关联矩阵，包括：
[0013]A＝merge(A
′
,Z)
[0014]其中，A
′
表示系统的原关联矩阵，Z表示系统的零注入节点矩阵，函数merge表示一种合并规则：考虑到IEEE9节点系统中，4、7、9节点均为零注入节点,如果已知节点1、5、6中的两个节点的电压，则可以在节点4处应用KCL定律估计第三个节点的电压,基于这一结论，零注入节点能够与任何连接到它的节点合并，则将节点4向节点1、节点7向节点2、节点9向节点3合并；
[0015]所述配电系统的原关联矩阵A
′
的元素a
′
ij
取值：若节点i与节点j相连则取值为1，否则为0，对角线元素规定为1；所述零注入节点矩阵Z的元素z
i
取值：若节点是零注入节点，则取值为1，否则为0；所述函数merge的功能：将零注入节点与连接到它的节点之一合并；
[0016]所述关联矩阵A由A
′
将所有零注入节点合并后得到，其元素a
ij
取值与a
′
ij
规则相同。
[0017]以配电网络PMU部署费用最少构建目标函数，具体为：
[0018][0019]s.t.AX≥b
[0020]其中，N表示配电系统中的节点总数；w
i
表示在节点i上部署PMU的成本；x
i
表示第i个节点配置PMU的状态变量，其值为0时，表示第i个节点处没有配置PMU，其值为1时，表示第i个节点处有配置PMU；b表示长度为N且所有元素都为1的列向量。
[0021]以配电系统观测冗余最大构建目标函数，具体为：
[0022][0023]其中，S表示部署PMU的节点集；d
i
表示连接到节点i的支路数。
[0024]以PMU单线故障时配电系统失去全局可观测性的概率最小构建目标函数，具体为：
[0025][0026]其中，l表示配电系统部署PMU的数量；c
i
表示部署在第i个节点的PMU发生故障时系统的状态变量，其值为1时，表示系统仍然全局可观测，其值为0时，表示系统不全局可观测。
[0027]以PMU单线故障损失最小构建目标函数，具体为：
[0028][0029]其中，D
ij
表示当部署在第i个节点的PMU发生故障时，第j个节点的状态变量，其值为1时，表示第j个节点仍然可观测，其值为0时，表示第j个节点不可观测。
[0030]以配电系统节点被观测数标准差最小构建目标函数，具体为：
[0031][0032]其中，o
i
表示第i个节点被观测的次数，如下式所示：
[0033][0034]所述采用大规模多目标优化算法求解所述配电网络的多目标PMU优化部署模型，得到配电网络的PMU最优部署方案集，包括：
[0035]根据配电网络的拓扑结构和零注入节点矩阵，构建配电网络的关联矩阵后，生成n个部署方案作为初始种群，其中每个部署方案的PMU部署数量和位置都是随机的，判断n个部署方案是否都满足使系统处于全局可观测状态并将不满足条件的方案更新为满足条件的部署方案；
[0036]将更新后的n个部署方案以及各节点部署PMU的成本导入到所述的目标函数中，求解出这些部署方案的各目标函数值并按照大规模多目标优化算法的筛选条件选出优势个体；
[0037]将优势个体作为父代进行模拟二进制交叉或变异产生子代并将子代更新为满足约束条件的部署方案；将父代和子代合并为一个种群并按照大规模多目标优化算法的筛选条件选出优势个体作为下一次迭代的父代；
[0038]经过gmax次迭代后，大规模多目标优化算法筛选出的优势个体将作为配电网络的PMU最优部署方案集。
[0039]所述采用一种主观和客观相结合的模糊决策方法，从最优部署方案集中选择出一个灵活的多阶段PMU部署方案，包括：先通过层次分析法确定每个目标函数的主观权重系数，然后通过熵权法确定每个目标函数的客观权重系数，最后将两者的权重系数叠加并应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法，其特征是，获取配电网络的拓扑结构，构建配电网络系统模型，包括配电网络中的节点、支路信息；获取配电网络的零注入节点位置，构建零注入节点矩阵；根据配电网络的拓扑结构和零注入节点矩阵，构建配电网络的关联矩阵；构建配电网络的多目标同步相量测量单元PMU优化配置模型，包括：在保证配电系统全局可观测性的约束条件下，以PMU部署费用最少、配电系统观测冗余最大、PMU单线故障时配电系统失去全局可观测性的概率最小、PMU单线故障损失最小、配电系统节点被观测数标准差最小为优化目标分别构建对应的目标函数；采用大规模多目标优化算法求解所述配电网络的多目标PMU优化配置模型，得到配电网络的PMU最优部署方案集；采用主观和客观相结合的模糊决策方法，从最优部署方案集中选择出一个灵活的多阶段PMU部署方案。2.如权利要求1所述的考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法，其特征是，所述根据配电网络的拓扑结构和零注入节点矩阵，构建配电网络的关联矩阵，包括：A＝merge(A
′
,Z)其中，A
′
表示系统的原关联矩阵，Z表示系统的零注入节点矩阵，函数merge表示一种合并规则：考虑到IEEE9节点系统中，4、7、9节点均为零注入节点,如果已知节点1、5、6中的两个节点的电压，则可以在节点4处应用KCL定律估计第三个节点的电压,基于这一结论，零注入节点能够与任何连接到它的节点合并，则将节点4向节点1、节点7向节点2、节点9向节点3合并；所述配电系统的原关联矩阵A
′
的元素a
′
ij
取值：若节点i与节点j相连则取值为1，否则为0，对角线元素规定为1；所述零注入节点矩阵Z的元素z
i
取值：若节点是零注入节点，则取值为1，否则为0；所述函数merge的功能：将零注入节点与连接到它的节点之一合并；所述关联矩阵A由A
′
将所有零注入节点合并后得到，其元素a
ij
取值与a
′
ij
规则相同。3.如权利要求1所述的考虑单线故障多阶段大规模多目标PMU优化配置方法，其特征是，以配电网络PMU部署费用最少构建目标函数，具体为：s.t.AX≥b其中，N表示配电系统中的节点总数；w
i
表示在节点i上部署PMU的成本；x
i
表示第i个节点配置PMU的状态变量，其值为0时，表示第i个节点处没有配置PMU，其值为1时，表示第i个节点处有配置PMU；b表示长度为N且所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹斌，闫彦龙，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：