考虑N-1故障的同步向量测量装置的优化配置方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于电力系统状态监测领域，涉及一种考虑N

【技术实现步骤摘要】
考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法


[0001]本专利技术属于电力系统状态监测领域，涉及一种考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法。

技术介绍

[0002]同步向量测量装置（Phasor Measurement Unit, PMU是电力系统状监测系统的重要组成元件，能够对节点电压、有限数量的分支电流进行测量，并基于全球定位系统（Global Positioning System, GPS）的参考时钟提供同步电压向量、电流向量、频率等数据。目前已广泛应用于电力系统状态估计、动态监测、潮流计算、区域稳定控制等专业领域。
[0003]由于在每个节点均安置PMU会带来高昂成本与大量冗余信息，因此PMU优化配置问题（Optimal PMU Placement, OPP，又称OPP问题）受到国内外广泛关注。当前OPP问题的求解方法主要可分为确定性算法与启发式算法。确定性算法将OPP问题转化为规划模型并利用成熟算法进行求解。常用的启发式算法有遗传算法、粒子群算法、模拟退火法等。
[0004]现有的同步向量测量装置（PMU）配置安装费用较高，大大增加了安装和维护成本。
[0005]文献[1]闫玲玲, 刘中印, 艾永乐, 等. 基于 0
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1 整数规划算法的 PMU 量测点优化配置新方法[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45(12): 101
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106. 文献[1]提出了基于 0
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1 整数规划算法的 PMU 量测点优化配置方法，根据节点的可观性建立数学模型，考虑节点间的相互关系构建邻接矩阵并进行分析，求解量测点模型获得量测配置优化位置。
[0006]文献[2]徐岩, 郅静. 基于改进自适应遗传算法的 PMU 优化配置[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(2): 55
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62. 文献[2]为了利用最少数目的PMU，保证电力系统在正常运行时和线路 N
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1 故障时都能完全可观，提出一种基于改进自适应遗传算法(IAGA)的 PMU 优化配置方法。将 PMU 配置分为两个阶段：第一阶段以 PMU 安装数目最少和正常运行时系统完全可观为目标配置 PMU；第二阶段在已有配置结果的基础上继续安装 PMU，以保证线路 N
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1 故障时系统仍完全可观。
[0007]文献[3]曹鹏，刘敏.基于改进的整数规划法结合零注入节点的PMU优化配置方法 [J].电力系统保护与控制，2021，49 （16）：143
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150。文献[3]为了提高同步相量测量装置的优化速度并利用最少数量的相量量测单元(PMU)，结合零注入节点的特性，提出了基于整数规划算法的 PMU 优化配置算法。根据电力系统全网的可观性建立其数学模型，并考虑了零注入节点的相关特点，求解系统模型获得 PMU 的优化位置。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对上述不足之处提供一种考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法，通过构建优化模型，以同步向量测量装置配置费用最低为目标，兼顾满足系统可观的要求，实现优化配置。
[0009]本专利技术是采取以下技术方案实现的：考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法包括构建优化模型，该优化模
型以同步向量测量装置配置费用最低为目标，同时满足系统可观的要求。
[0010]OPP问题旨在满足电力系统全网可观性的前提下求解所需PMU数量最少的配置方案。电力系统全网可观要求系统中全部节点均能够被观测，节点的观测方式可分为直接量测、间接量测与基于电路定理的计算，能够通过其中任意一种方式进行测量的节点为可观节点；具体包括如下情形：情况（1），直接量测节点，用于安装有PMU的节点；PMU可测量所在节点的电压向量及与该节点相连支路的电流向量。
[0011]情况（2），间接量测节点，用于与直接量测节点相邻的节点；在已知支路一端电压向量、支路电流向量、支路阻抗的条件下，支路另一端电压向量可通过欧姆定律求解。
[0012]情况（3），基于电路定理计算的节点，用于存在于含零注入节点（zero
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injection bus,ZIB）的系统中，应用基尔霍夫电流定律 （ Kirhhoff
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s Current Law, KCL）间接求解。
[0013]构建优化模型包括如下步骤：S1、通过基尔霍夫电压电流定律，归纳配置规则；S2、构建网络拓扑邻接矩阵；S3、构建系统可观性约束；S4、根据ZIB特性调整约束条件；S5、利用Big M方法线性化；S6、考虑多个ZIB的存在；S7、引入ZIB的完整PMU优化配置问题（Optimal PMU Placement, OPP）OPP模型；S8、考虑单个PMU故障损失，新增系统鲁棒性目标，构建综合的目标函数；形成考虑系统鲁棒性的PMU配置优化问题的最终模型。
[0014]进一步的，在S1中，假设同步向量测量装置的费用单价相同，则目标函数可写成如下，式（1）其中，n表示节点数；该目标函数表示同步向量测量装置的总费用最少，如同步向量测量装置的单价不一样简单修改即可。
[0015]如同步向量测量装置的费用单价不同，则目标函数可写成如下，
[0016]其中，表示节点i安装费用，目标函数仍然表示同步向量测量装置的总费用最少。
[0017]进一步的，步骤S2中，构建网络拓扑的邻接矩阵
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式（2）其中，； （i=1,2,3...n）表示节点i与其他节点的连接情况的向量。
[0018]进一步的，在S3中，为了满足系统每个节点的可观性，构建如下约束: 式（3）其中，表示节点安装PMU情况的向量，，是的向量，。
[0019]在矩阵不等式式（3）中，各个节点的可观性由以下不等式保证： 式（4）其中，（i=1,2,3...n）表示节点i与其他节点的连接情况的向量；式（4）要求在节点i或与节点i相邻的节点上至少安装一个同步向量测量装置（PMU），以便可以直接或间接测量节点i；各节点的可观性构成了整个网络的可观性。
[0020]进一步的，在步骤S4中，进一步优化PMU配置方案，利用零注入节点（ZIB）的特殊物理特性，对步骤S2的约束进行调整，进一步减少冗余PMU。
[0021]考虑一个零注入节点 , 与它相邻的节点构成如下集合：
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式（5）其中，；m表示与此零注入节点相邻的节点的个数，分别表示此零注入节点以及与它相邻的各个节点。
[0022]应用KCL（基尔霍夫电流定律），的各支路电流满足以下方程：
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式（6）其中，其中，代表连接节点和节点的支路电流。
[0023]给定支路一端的电压、支路电流和支路阻抗，则可以应用欧姆定律计算支路另一端的电压：式（7）式（7）中分别代表支路两端的电压，分别代表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法，其特征在于，包括：构建优化模型，该优化模型以同步向量测量装置配置费用最低为目标，同时满足系统可观的要求；或者以在配置费用一定的情况下，使得系统可观性与鲁棒性最优为目标；所述系统可观即要求系统中全部节点均能够被观测，节点的观测方式分为直接量测、间接量测与基于电路定理的计算，能够通过其中任意一种情况进行测量的节点为可观节点；具体包括如下情况：情况（1），直接量测节点，用于安装有PMU的节点；PMU可测量所在节点的电压向量及与该节点相连支路的电流向量；情况（2），间接量测节点，用于与直接量测节点相邻的节点；在已知支路一端电压向量、支路电流向量、支路阻抗的条件下，支路另一端电压向量可通过欧姆定律求解；情况（3），基于电路定理计算的节点，用于存在于含零注入节点的系统中，应用基尔霍夫电流定律间接求解；所述优化模型的构建包括如下步骤：S1、通过基尔霍夫电压电流定律，归纳配置规则；S2、构建网络拓扑邻接矩阵；S3、构建系统可观性约束；S4、根据ZIB特性调整约束条件；S5、利用Big M方法线性化；S6、考虑多个ZIB的存在；S7、引入ZIB的完整OPP模型；S8、基于单个PMU故障损失，新增系统鲁棒性目标，构建综合的目标函数；形成考虑系统鲁棒性的PMU配置优化问题的最终模型。2.根据权利要求1所述的考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法，其特征在于，步骤S1中假设同步向量测量装置的费用单价相同，则目标函数可写成如下，式（1）其中，，n表示节点数；该目标函数表示同步向量测量装置的总费用最少；如同步向量测量装置的费用单价不同，则目标函数可写成如下，，其中，表示节点i安装费用，目标函数仍然表示同步向量测量装置的总费用最少。3.根据权利要求1所述的考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法，其特征在于，步骤S2中邻接矩阵为
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式（2）其中，；表示节点i与其他节点的连接情况的列向量，i=1,2,3...n。4.根据权利要求3所述的考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法，其特征在于，步骤S3中，为了满足系统每个节点的可观性，构建如下约束:式（3）其中，A表示网络节点邻接矩阵；表示节点安装PMU情况的向量，，是的向量，；在矩阵不等式（3）中，各个节点的可观性由以下不等式保证：
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式（4）其中，表示节点i与其他节点的连接情况的向量，i=1,2,3...n；式（4）要求在节点i或与节点i相邻的节点上至少安装一个同步向量测量装置，以便可以直接或间接测量节点i；各节点的可观性构成了整个网络的可观性。5.根据权利要求4所述的考虑N
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1故障的同步向量测量装置的优化配置方法，其特征在于，步骤S4进一步优化PMU配置方案，利用零注入节点的特殊物理特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀茹，夏泰宝，张雪楠，徐建康，孙元，陈旭，毛王清，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，
类型：发明
国别省市：