CN117559456B - 一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法，包括以下步骤：（1）对配电网测量单元进行最优布置；（2）通过放置的配电网测量单元，采集K个节点在M个时刻的电压和电流，并通过巴特沃兹滤波器进行滤波,进行离散傅里叶变换，收集基频分量，得到K个节点在M个时刻的电压和电流相量；（3）计算第m时刻第k节点所连接所有线路的有功功率向量；（4）根据测量电压、配电网负载、元件参数和每种配电网配置，分别进行状态估计和潮流计算，并合并计算结果得到线路功率估计值矩阵；（5）通过比较线路功率估计值与测量值的差值，确定配电网配置；本发明能够大幅降低测量成本，避免因配电网线路电阻导致的相位角偏差，使监测更为精确。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体涉及一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法。
背景技术
随着分布式能源、可控负载、插电式电动汽车、储能设备的安装不断增加，配电网工作状态识别对于配电网安全可靠的运行以及防止非法操作变得至关重要。
对于配电网的工作状态识别，大致分为以下两类。一是通过人工进行现场巡检调查，来确定配电网工作状态及拓扑结构。二是通过配电自动化建设，提高配电网的可观性，即在配电网中部署大量智能电表，通过量测数据估计配电网的拓扑等。在具体的方法层面上，一些方法通过两个连续电压样本之间的波动完成对配电网拓扑监测，另一些则通过电压与电流相位角对电网拓扑结构进行更为精确地监测。
但是上述两类方法分别有以下缺点：基于人工的方法，获得的数据在时间上存在严重滞后性，无法对配电网运行状态进行实时监测，因而也无法支撑实时应用，并且在数据采集与录入配电系统的过程中可能会因为人工操作而引入一些错误。此外，需要耗费的人力成本也是巨大的。基于配电自动化系统的方法，需要部署大量智能电表。如果采用完全配置方案，会导致测量设备成本巨大而不具备经济可行性，所以通常牺牲一定的可观性而采用精简配置方案。在具体方法上，通过电压样本之间的波动进行监测的方法，会受限于配电网的配置，单套智能电表精简配置方案，通常难以在多个配置下均满足可观测的条件；通过电压与电流相位角进行监测的方法，会因为配电网线路的电阻不可忽略，导致相位角和测量结果产生偏差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法通过配电网测量单元进行实时测量电压与电流以解决基于人工方法的不足；通过对配电网测量单元进行最优精简布置，能够满足多种电网配置下的可观性要求，并且能够大幅降低测量成本，避免因配电网线路电阻导致的相位角偏差，使监测更为精确。
技术方案：本发明所述的一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法，包括以下步骤：
（1）对配电网测量单元进行最优布置；
（2）通过放置的配电网测量单元，采集K个节点在M个时刻的电压和电流，并通过巴特沃兹滤波器进行滤波,进行离散傅里叶变换，收集基频分量，得到K个节点在M个时刻的电压和电流相量；
（3）计算第m时刻第k节点所连接所有线路的有功功率向量；
（4）根据测量电压、配电网负载、元件参数和每种配电网配置，分别进行状态估计和潮流计算，并合并计算结果得到线路功率估计值矩阵；
（5）通过比较线路功率估计值与测量值的差值，确定配电网配置。
进一步的，所述步骤（1）具体如下：是在满足对配电网进行完全观测情况下考虑测量单元成本最低的优化配置，优化模型如下：
；
其中，为在节点k上部署装置的成本，包括：跟测量线路数量相关的成本/>和固定成本/>；/>为每条线路测量板卡的单位成本；/>为第k个节点所连接的线路数量；/>为指示是否在节点k安装测量装置的布尔型变量，若安装则取值为1，否则为0。
进一步的，所述步骤（1）中，约束条件如下：若需要在种配置下均满足可观测的条件，则每种配置/>均需满足约束/>拓扑连接；矩阵T与安装矩阵/>的乘积始终大于或等于可视化矩阵B即/>；其中，对于T若第a条母线与第b条母线相连，则/>，否则/>；可视化矩阵B为/>的全1向量，保证在每个节点都至少能被一个配电网测量单元所监测情况下的最小冗余；通过整数线性规划，对优化模型进行求解，得到测量单元最佳放置位置/>。
进一步的，所述步骤（2）具体如下：
；
其中，表示m时刻第k母线节点所连接的第i条线路的测量电流相量；表示m时刻第k母线节点的测量电压相量；/>，/>是测量的与第k母线节点相连的线路条数；L是可测量线路的集合。
进一步的，所述步骤（3）公式如下：
；
其中，表示m时刻第k母线节点所连接的线路的测量功率矩阵，具体表示为：
；/>表示m时刻第k母线节点所连接的第/>线路的测量功率；/>表示m时刻第k母线节点所连接的线路的测量电流矩阵，具体表示为：
；/>表示m时刻第k母线节点所连接的第/>线路的测量电流；/>表示m时刻第k母线节点的测量电压，合并上述计算结果并对线路重新从1到/>排列得到线路功率总测量值矩阵；/>表示L集合中元素的个数，/>表示m时刻经过合并后的第i条线路的测量功率。
进一步的，步骤（4）中，线路功率估计值矩阵包括获得C种配置下的线路功率估计集合，每个集合包含总计/>条线路的功率；线路功率估计值矩阵/>具体表示如下：
；
其中，表示第j配置中第i条线路的估计有功功率；/>,/>是可检测线路的集合，/>表示集合L中元素的个数；/>；当配电网的总负载发生变化时，则按每条线路负载数值的比例，将总负载变化量分配至所有负载节点，并重新进行潮流计算以更新线路功率估计值矩阵。
进一步的，步骤（5）包括如下步骤：
（51）按时刻m,针对每个配置j计算线路功率估计值与测量值的差值，并进行差值归一化处理，得到标准的功率偏差,其中,i表示第i条线路；j表示第j种配置；；L是可检测线路的集合；/>；
（52）按时刻m，针对每个配置，计算所有线路功率偏差的平均值，得到配置j对应的检测指标；
（53）所有中最小值对应的j即为估计的m时刻配电网的配置序号。
进一步的，步骤（51）差值归一化处理包括如下步骤：
（511）判断与/>是否均小于/>，若均小于/>，则/>，否则，继续执行步骤（512）的判断；
（512）判断与/>是否满足其中一个大于/>，另一个小于/>，若满足上述条件，则/>，继续执行步骤（513）的判断；
（513）判断与/>差的绝对值是否小于/>，若满足上述条件，则，否则/>；其中，/>确保0和1之间的功率偏差的可伸缩性；/> 为表示归一化功率偏差指标，取/>；/>表示m时刻经过合并后的第i条线路的测量功率的绝对值；/>表示第j配置中第i条线路的估计有功功率的绝对值；/>表示归一化功率偏差。
本发明所述的一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现任一项所述的一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法。
本发明所述的一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过测量单元精简布置方法能够满足多种电网配置下的可观性要求，并且能够大幅降低测量成本；避免因配电网线路电阻导致的相位角偏差，使监测更为精确等优点。
附图说明
图1为本发明利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的流程图；
图2为本发明差值归一化处理的流程图。
实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法，假设配电网有n个开关，共有种电路配置，实际应用中配电网只有/>种常用配置， 在/>种配置中识别出当前的配置，包括以下步骤：
（1）对配电网测量单元进行最优布置；具体如下：是在满足对配电网进行完全观测情况下考虑测量单元成本最低的优化配置，优化模型如下：
；
其中，为在节点k上部署装置的成本，包括：跟测量线路数量相关的成本/>和固定成本/>；/>为每条线路测量板卡的单位成本；/>为第k个节点所连接的线路数量；/>为指示是否在节点k安装测量装置的布尔型变量，若安装则取值为1，否则为0。
约束条件如下：若需要在种配置下均满足可观测的条件，则每种配置/>均需满足约束/>拓扑连接；矩阵T与安装矩阵/>的乘积始终大于或等于可视化矩阵B即；其中，对于T若第a条母线与第b条母线相连，则/>，否则/>；可视化矩阵B为/>的全1向量，保证在每个节点都至少能被一个配电网测量单元所监测情况下的最小冗余；通过整数线性规划，对优化模型进行求解，得到测量单元最佳放置位置。
（2）通过放置的配电网测量单元，采集K个节点在M个时刻的电压和电流，并通过巴特沃兹滤波器进行滤波,进行离散傅里叶变换，收集基频分量，得到K个节点在M个时刻的电压和电流相量；具体如下：
；
其中，表示m时刻第k母线节点所连接的第i条线路的测量电流相量；表示m时刻第k母线节点的测量电压相量；/>，/>是测量的与第k母线节点相连的线路条数；L是可测量线路的集合。
（3）计算第m时刻第k节点所连接所有线路的有功功率向量；公式如下：
；
其中，表示m时刻第k母线节点所连接的线路的测量功率矩阵，具体表示为：
；/>表示m时刻第k母线节点所连接的第/>线路的测量功率；/>表示m时刻第k母线节点所连接的线路的测量电流矩阵，具体表示为：
；/>表示m时刻第k母线节点所连接的第/>线路的测量电流；/>表示m时刻第k母线节点的测量电压，合并上述计算结果并对线路重新从1到/>排列得到线路功率总测量值矩阵；/>表示L集合中元素的个数，/>表示m时刻经过合并后的第i条线路的测量功率。
（4）根据测量电压、配电网负载、元件参数和每种配电网配置，分别进行状态估计和潮流计算，并合并计算结果得到线路功率估计值矩阵；线路功率估计值矩阵包括获得C种配置下的线路功率估计集合，每个集合包含总计/>条线路的功率；线路功率估计值矩阵/>具体表示如下：
；
其中，表示第j配置中第i条线路的估计有功功率；/>,/>是可检测线路的集合，/>表示集合L中元素的个数；/>；当配电网的总负载发生变化时，则按每条线路负载数值的比例，将总负载变化量分配至所有负载节点，并重新进行潮流计算以更新线路功率估计值矩阵。
（5）通过比较线路功率估计值与测量值的差值，确定配电网配置。包括如下步骤：
（51）按时刻m,针对每个配置j计算线路功率估计值与测量值的差值，并进行差值归一化处理，得到标准的功率偏差,其中,i表示第i条线路；j表示第j种配置；；L是可检测线路的集合；/>；如图2所示，差值归一化处理包括如下步骤：
（511）判断与/>是否均小于/>，若均小于/>，则/>，否则，继续执行步骤（512）的判断；
（512）判断与/>是否满足其中一个大于/>，另一个小于/>，若满足上述条件，则/>，继续执行步骤（513）的判断；
（513）判断与/>差的绝对值是否小于/>，若满足上述条件，则，否则/>；其中，/>确保0和1之间的功率偏差的可伸缩性；/> 为表示归一化功率偏差指标，取/>；/>表示m时刻经过合并后的第i条线路的测量功率的绝对值；/>表示第j配置中第i条线路的估计有功功率的绝对值；/>表示归一化功率偏差。
（52）按时刻m，针对每个配置，计算所有线路功率偏差的平均值，得到配置j对应的检测指标；
（53）所有中最小值对应的j即为估计的m时刻配电网的配置序号。
本发明实施例还提供一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现任一项所述的一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法。
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法。
Claims (1)
1.一种利用配电网测量单元进行配电网工作状态识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对配电网测量单元进行最优布置；具体如下：是在满足对配电网进行完全观测情况下考虑测量单元成本最低的优化配置，优化模型如下：
；
其中，为在节点k上部署装置的成本，包括：跟测量线路数量相关的成本/>和固定成本/>；/>为每条线路测量板卡的单位成本；/>为第k个节点所连接的线路数量；为指示是否在节点k安装测量装置的布尔型变量，若安装则取值为1，否则为0；
约束条件如下：若需要在种配置下均满足可观测的条件，则每种配置/>均需满足约束/>拓扑连接；矩阵T与安装矩阵/>的乘积始终大于或等于可视化矩阵B即/>；其中，对于T若第a条母线与第b条母线相连，则/>，否则/>；可视化矩阵B为/>的全1向量，保证在每个节点都至少能被一个配电网测量单元所监测情况下的最小冗余；通过整数线性规划，对优化模型进行求解，得到测量单元最佳放置位置/>；
（2）通过放置的配电网测量单元，采集K个节点在M个时刻的电压和电流，并通过巴特沃兹滤波器进行滤波,进行离散傅里叶变换，收集基频分量，得到K个节点在M个时刻的电压和电流相量；具体如下：
；
其中，表示m时刻第k母线节点所连接的第i条线路的测量电流相量；/>表示m时刻第k母线节点的测量电压相量；/>，/>是测量的与第k母线节点相连的线路条数；L是可测量线路的集合；
（3）计算第m时刻第k节点所连接所有线路的有功功率向量；公式如下：
；
其中，表示m时刻第k母线节点所连接的线路的测量功率矩阵，具体表示为：
；/>表示m时刻第k母线节点所连接的第/>线路的测量功率；/>表示m时刻第k母线节点所连接的线路的测量电流矩阵，具体表示为：
；/>表示m时刻第k母线节点所连接的第/>线路的测量电流；/>表示m时刻第k母线节点的测量电压，合并上述计算结果并对线路重新从1到/>排列得到线路功率总测量值矩阵；/>表示L集合中元素的个数，/>表示m时刻经过合并后的第i条线路的测量功率；
（4）根据测量电压、配电网负载、元件参数和每种配电网配置，分别进行状态估计和潮流计算，并合并计算结果得到线路功率估计值矩阵；线路功率估计值矩阵包括获得C种配置下的线路功率估计集合，每个集合包含总计/>条线路的功率；线路功率估计值矩阵具体表示如下：
；
其中，表示第j配置中第i条线路的估计有功功率；/>,/>是可检测线路的集合，/>表示集合L中元素的个数；/>；当配电网的总负载发生变化时，则按每条线路负载数值的比例，将总负载变化量分配至所有负载节点，并重新进行潮流计算以更新线路功率估计值矩阵；
（5）通过比较线路功率估计值与测量值的差值，确定配电网配置；包括如下步骤：
（51）按时刻m,针对每个配置j计算线路功率估计值与测量值的差值，并进行差值归一化处理，得到标准的功率偏差,其中,i表示第i条线路；j表示第j种配置；；L是可检测线路的集合；/>；差值归一化处理包括如下步骤：
（511）判断与/>是否均小于/>，若均小于/>，则/>，否则，继续执行步骤（512）的判断；
（512）判断与/>是否满足其中一个大于/>，另一个小于/>，若满足上述条件，则/>，继续执行步骤（513）的判断；
（513）判断与/>差的绝对值是否小于/>，若满足上述条件，则/>，否则/>；其中，/>确保0和1之间的功率偏差的可伸缩性；/> 为表示归一化功率偏差指标，取/>；/>表示m时刻经过合并后的第i条线路的测量功率的绝对值；/>表示第j配置中第i条线路的估计有功功率的绝对值；/>表示归一化功率偏差；
（52）按时刻m，针对每个配置，计算所有线路功率偏差的平均值，得到配置j对应的检测指标；
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| GR01 | Patent grant | ||
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