微型同步相量测量单元在智能配电网运行状态估计中的应用

由于能源和环境的双重约束,我国将在分布式电源、电动汽车充换电设施和需求响应资源方面大力发展.首先,阐述智能配电网将呈现新的形态:间歇性和不确定性的分布式发电不断增多;配电网的运行方式多变,电力电子化明显;负荷呈现出多元化和互动性,常规的配电网量测装置与状态估计方法难以对动态特性进行准确刻画.其次,论述同步相量测量单元(PMU)功能及其在配电网状态估计中应用的必要性,并系统梳理微型同步相量测量单元和配电网状态估计技术的国内外研究现状.最后,对PMU量测特性对智能配电网状态估计性能的提升进行全面评述,针对具体关键技术提出了未来研究方向.

基于微型同步相量测量单元的配电网单相接地故障定位

准确定位配电网的故障对于提高供电的可靠性和减少连续停电所造成的损失有着重要的意义,微型同步相量测量单元(micro-phasor measurement units,μPMU)的应用,为配电网故障准确定位提供更多的信息。为此,提出了一种基于μPMU信息的极限梯度提升和基于遗传算法的支持向量机的配电网单相接地故障定位方法。首先,通过μPMU提供的零序电流方向判断故障区段;然后,依据端电压电流正序向量和实际故障距离的特征集训练组合算法测距模型;最后,用组合算法故障定位器对验证集的故障定位。通过Matlab/Simulink仿真,证明该方法能够有效定位故障,承受过渡电阻、故障类型和噪声的影响,与传统的机器学习方法比较,组合模型定位方法的定位精度更高。

智能配电网运行状态估计中微型同步相量测量单元的运用

现阶段,经常会受到节约能源和绿色环境的影响,我国在智能配电网运行方面有着一定的改变,主要是将微型同步相量测量单元应当到其中,呈现一个新的运行状态。本文对微型同步相量测量单元在智能配电网运行状态估计中的具体应用,展开分析和阐述。

基于μPMU量测的配电网自适应拓扑识别方法

针对现有拓扑识别方法存在的耗时长、量测冗余多、难以捕捉到网络变化等问题,提出了一种基于自适应退火算法的配电网拓扑识别方法。基于优化配置的微型同步相量量测单元(μPMU),通过增添校验装置,自动修正拓扑识别过程中不良数据、干扰噪声的影响;通过自适应控温、变异的退火方法,实现闭环反馈,并比较拓扑相异度以准确进行拓扑识别。算例分析结果表明,所提方法在不同的干扰、量测误差下均具有较高的识别准确率,实时性强且鲁棒性好。

基于有限个μPMU和压缩感知理论的主动配电网复故障定位方法

主动配电网(Active distribution network,ADN)动态行为相较传统电网更为复杂,亟需解决其故障检测和定位问题。针对配电网系统中微型同步相量测量装置(Micro phasor measurement unit,μPMU)的运用,提出基于有限个μPMU的复故障定位策略。首先,根据任意线路故障下全网可观的μPMU优化配置方案建立短路、断线故障线路等效模型,通过分析模型将电流故障分量等效至相邻两端节点形成虚拟注入电流向量。其次,利用压缩感知理论求解故障网络节点电压方程,根据重构电流向量中非零元素的位置得到可疑故障节点,并基于可疑故障节点及μPMU配置位置划分动态候选故障域。最后,先分别构建短路、断线区域判据,确定故障区间,再进一步根据区域两端推算电压构造线路判据,精确判断故障线路及类型。基于改进的IEEE 33节点配电网系统进行仿真分析,仿真结果表明,基于有限个μPMU的复故障定位策略是可行的,该策略能够有效判断故障的精确位置。

含微型同步相量测量的智能配电网信息集成方法

随着分布式电源、柔性负荷、电动汽车的大量接入,配电网呈现出潮流双向化、源荷智能化、网络电力电子化等新特征,为提高智能配电网的可观测性,微型同步相量测量装置等新技术产品得到逐步推广和使用,为智能配电网状态监测和运行控制提供了新方法和新手段。针对大规模分布式电源、柔性负荷、电动汽车接入智能配电网实际情况以及微型同步相量测量信息与已有SCADA数据集成应用需求,提出了多源端系统数据信息集成思路和方法,构建了基于海量数据总线和高速数据总线的硬件架构和软件架构方案,通过采用主动分布式内存库、高速数据总线等技术将微型同步相量量测高密度实时数据与已有自动化、信息化系统实现信息集成和融合共享,为智能配电网高频运行状态估计、小电流故障诊断与定位、动态特性优化协调控制等高级应用提供数据信息支撑。

基于锥规划的配电网故障区段定位

针对配电网量测装置不足、故障区段定位不准等问题,提出基于锥规划的配电网故障区段定位算法。首先,对微型同步相量量测单元进行合理配置,建立克拉克电流-量测关联矩阵;其次,构建上下级区段克拉克电流均方值最小的锥规划模型,提出锥规划的近似求解算法;最后,通过Simulink进行仿真验证。结果表明,在不同故障类型情况下均可对故障区段进行准确定位。

基于混合量测状态估计的配电网故障定位方法

微型相量测量单元(micro-phasor measurement unit,μPMU)为配电自动化的进一步升级提供了良好的量测基础,但现阶段电网中μPMU数量有限,难以满足传统配电网故障定位的需求。针对该问题,结合电网中μPMU与智能电表等量测设备,并基于虚拟节点的多重状态估计方法,提出了一种基于混合量测状态估计的故障定位方法。首先,通过等效变换将μPMU和智能电表的测量信息输入到故障状态估计器当中。然后,利用μPMU将网络划分为不同的区域。根据状态估计结果计算故障电流,缩小故障搜索区域以减少计算复杂度。为了识别区域内的故障位置,通过设置附加虚拟故障节点形成多种特定的故障拓扑结构并执行多重状态估计,计算出用于识别故障位置的加权测量残差指标,以确定故障位置。最后,在实时仿真系统(real-timedigitalsimulation, RTDS)中进行仿真测试,结果表明所提方法在不同故障场景下均能准确有效地定位故障,且对量测误差具有较好的鲁棒性。

基于微型同步相量测量装置的配电网扰动定位方法研究

现代配电网运行稳定性易受到多种因素的扰动,如高阻接地故障,分布式电源的投切给配电网电压分布以及网络损耗带来的影响,无功补偿装置与储能装置投切、电动汽车接入等,在本文中均将此类事件定义为扰动配电网正常运行的异常事件,文中首先介绍了配电网在国内的发展状况和微型同步相量测量的优点,对新能源利用形式下可能扰动配电网正常运行状态的常见事件进行分析,并提出了以电路定理中的补偿原理为依据,利用扰动事件发生时的等效电路和微型同步相量测量装置的实时相量信息配合进行配电网内异常事件的定位方法。

智能配电网广域同步相量测量体系设计方案研究

[目的]随着配电网大规模分布式电源和柔性负荷的接入,传统终端测量的准确性和速度难以满足实际需要,而采用新一代配电网微型同步相量测量装置(Distribution Micro Synchronous Phasor Measurement Unit, D-PMU)是解决上述问题的一个重要途径。[方法]首先,分析了D-PMU的工作原理和应用;其次,提出了配电网同步相量测量系统及安装部署方案;然后,根据示范区域的业务需求,提出配电网广域测量控制系统的体系架构及部署方案;最后,对D-PMU在智能配电网的应用进行了总结。[结果]示范建设成效验证了项目所研制的关键技术及设计方案的可行性和经济性。[结论]为D-PMU进一步与配网其他传统领域融合推广提供了丰富的工程经验。

面向高精度状态感知的配电系统微型同步相量测量单元优化配置

可再生能源、电动汽车等大量无序接入使得配电系统运行在越来越复杂和不确定的工况中,迫切需要高精度实时状态感知以实现弹性提升,然而现有的配电量测系统远不能满足新一代配电系统对网络状态进行实时感知的要求。为此,提出了一种面向高精度状态感知的配电系统微型同步相量测量单元(micro-phasor measurement units,μPMU)优化配置方法。首先,在高级量测体系(advancedmeasurement infrastructure,AMI)满足网络可观测的基础上,以状态估计均方误差最小为目标,以任意一致的系统运行状态作为参数代入状态估计误差协方差矩阵,建立了μPMU优化配置模型;其次,通过对增益矩阵进行Cholesky分解,将目标函数采用决策变量显式表达出来,从而可采用成熟的商业求解器快速获得高质量的可行解;最后,采用IEEE33节点和69节点配电系统进行测试,验证了所提方法的有效性。

面向主动配电网的同步相量传输规约扩展方法

随着主动配电网建设的推进,微型多功能相量测量单元(micro multifunction phasor measurement unit,μMPMU)将逐步应用于配电网中,现有同步相量传输规约需要面向主动配电网的通信需求进行扩展。首先分析主动配电网通信的需求,比较了GB/T 26865.2—2011《电力系统实时动态监测系统数据传输协议》与IEC 60870-5-101/104规约,以扩展μMPMU遥控功能、降低网络通信和存储数据量为目标,提出了一种通信规约的扩展方法。该方法以现有GB/T 26865.2—2011规约为基础,参考IEC60870-5-101/104的应用服务数据单元(application service data unit,ASDU)新增一种应用扩展帧,应用扩展帧用以传输二遥数据和部分命令。相量和要求时间断面同步的模拟量通过数据管道进行高速传输,开关量和不要求时间断面同步的模拟量通过命令管道进行变化传输,并且增加了总召唤和遥控过程。最后通过通信分析和测试验证,验证了该扩展方法的有效性和可行性。该方法有效地扩展了μMPMU遥控功能,降低了网络通信和存储的数据量,对μMPMU在配电网中的推广具有一定实用价值。

基于零序分量的阻抗法配电网故障定位技术

精准故障定位对提高配电网的安全性、可靠性有着重要意义。提出了一种基于零序分量的阻抗法定位技术。依据线电压对称性及零序电压幅值判断是否发生单相接地故障,再利用安装在母线处及线路末端的同步相量测量单元获取线路发生单相接地故障后的稳态零序信号。在此基础上,根据线路两端零序电压、母线侧零序电流及线路零序参数建立各区段发生单相接地故障时的测距方程,以区段线路长度为限制排除伪根、确定真实根,通过遍历系统各区段可同时实现区段定位及故障测距。在EMTP/ATP仿真软件中搭建10 kV配电网。结果表明,所提方法在混合线路、多分支线路等多种配电网结构下都能保持较高精度,且测距精度不受接地电阻和故障相角的影响。

基于子系统划分和注入电流比的配电网故障定位方法

针对配电网因结构复杂、分支众多而难以实现准确故障定位的问题,提出了一种基于子系统划分和注入电流比的配电网故障定位方法。首先,根据末端节点数将配电网划分成若干相互独立的子系统,并在任意子系统内计算首末端节点的等效虚拟注入电流,继而可得故障点的注入电流。然后,假设将该电流在各子系统的不同节点分别注入,根据末端节点电压计算值与实测值的误差大小确定故障子系统。最后,在故障子系统内,利用首末端节点注入电流比与真实故障点的位置关系进行故障定位。所提方法仅需在首末端节点配置微型同步相量测量单元,具有较好的经济性。经Matlab/Simulink仿真测试,所提方法不仅受故障类型、过渡电阻、故障位置、初相角的影响较小,而且对负荷变化和噪声不敏感。

基于μPMU和二分搜索法的辐射状配电网电压暂降源定位

快速准确地定位电压暂降源,对提高供电可靠性和明确供需双方责任具有重要意义。文中提出一种基于微型同步相量测量装置(micro-phasor measurement unit,μPMU)和二分搜索法的辐射状配电网电压暂降源精确定位方法,首先利用装设μPMU的分层电路求解暂降源电流,在各分层电路分别假设暂降源电流注入各母线节点,进而计算末端母线虚拟电压变化量,并与实测的末端母线电压变化量求误差,根据误差大小确定暂降源邻近母线。然后在暂降源邻近母线相邻区段的中点设置虚拟母线,利用二分搜索法快速缩小定位区间,实现暂降源的精确定位。最后在MATLAB中利用IEEE 33节点模型对文中方法进行验证,结果表明该方法对辐射状配电网中不同位置、不同类型的电压暂降源定位精度高,且具有一定的抗干扰能力。

基于μPMU测量数据的配电网线路阻抗参数估计

为解决长期以来低压配电网线路阻抗参数缺失的问题,基于微型同步相量测量单元(micro phasor measurement unit,μPMU)提供的测量数据,首先,以线路阻抗参数为变量,根据测量数据推算台区首端状态值,以推算值与实测值的差值作为目标函数,将阻抗参数的求解转化为多目标最优化问题;然后,通过实验确定合适的目标函数权重系数取值和数据集大小,以减少误差对求解结果的影响,使模型求解精度达到较高水准;最后,搭建了包含26个负荷节点、34条线路支路的低压配电网台区算例,在考虑实际测量误差的情况下,线路阻抗参数计算平均误差为3.87%。算例结果表明,所提方法实现了阻抗参数的精确计算,验证了所提模型的有效性。

考虑有功协调优化的配电网动态电压控制

配电网电压动态变化特征日益凸显,对配电网动态优化控制提出了新的要求。除此之外,配电网有功与无功的耦合特性也使得仅基于无功/电压的控制方法效果降低。因此,提出了一种考虑有功/无功快速协调优化的配电网动态电压控制方法,实现在秒级时间尺度内关键节点的电压恢复。首先建立配电网有功/无功控制设备动态模型,并基于模型预测控制理论建立了动态电压控制系统预测模型。设计了面向配电网电压协调控制的多目标自适应优化策略,基于配电网同步相量测量单元动态测量数据实现有功/无功控制设备出力的动态协调。仿真结果表明,该方法能够实现配电网电压波动的秒级抑制,并将目标节点电压快速无差地恢复至扰动前水平。

基于μPMU的智能配电网预想故障集组合筛选方法

智能配电网预想故障集筛选是系统安全态势评估的重要基础。为了全面精准感知智能配电网的安全风险,引入具有实时性、同步性、准确性和量测数据全面性的微型同步相量测量单元(μPMU),提出一种基于其高密集采样数据的融合类内与类间距离的加权K-means聚类方法(KICIC)和云理论的预想故障集组合筛选排序方法。首先遍历智能配电网各节点发生各故障类型的场景构建故障数据集;然后采用KICIC算法进行故障数据集聚类分析,进而基于云模型的云数字特征客观量化评估故障类严重度不确定性的危害并输出预想故障集;最后算例结果表明:融合KICIC聚类和云模型的预想故障集组合筛选排序方法从数据挖掘层面实现高风险预想故障集的可靠筛选。

基于D-PMU量测信息的有源配电网故障诊断方法

社会经济的发展对快速找出故障源并采取相应措施提出了更高的要求。首先提出了一种基于D-PMU信息和Petri网的有源配电网故障诊断方法,基于多点D-PMU的高频全采样和配合故障信息数据,提取所分析时刻的故障特征向量,并通过可疑故障元件库和故障诊断模型,采用Petri网技术进行故障诊断,获得故障状态。然后考虑实际电网中保护动作具体形式和整定配合原则,给出了基于有源配电网的故障特征获取元件故障模型以及拒动、误动的判定规则的方法,所提方法能够应用于有源配电网,同时简化了网络分析过程,实现了故障诊断速度的提高。最后对某高压配电网进行算例分析,检验了所述方法的可行性。

适用于主动配电网PMU的数据传输协议与通信性能分析

随着分布式新能源渗透率不断提高,智能配电网电力电子化趋势明显,电气参数更加复杂,亟需研究适用于配电网的同步相量测量装置(Synchrophasor measurement unit for distribution network,D-PMU)。然而,现有通信协议与条件无法满足D-PMU的接入需求。针对该问题,该文设计一种适用于D-PMU的基频相量、谐波/间谐波同步测量、异步传输的结构框架,提出一种谐波/间谐波的数据传输协议,减少了通信负担。在上述框架的条件下,分析网络通信延时与丢包率的影响因素,搭建通信性能测试平台,进行通信性能实际测试,验证所提通信方法的可行性,并根据测试结果提出一种D-PMU通信接入参数的设置方法。