基于故障可观性指标的配电网FTU最优配置模型研究

在配电网中,自动化馈线终端设备安装分散、数量较多,对其位置与数量进行优化配置有利于缩短配电网故障时的故障定位、隔离与修复时间,从而提高配电网的供电可靠性。提出一种基于配电网故障可观测性的FTU混合配置方法。该方法在未经自动化改造的配电网结构基础上,对在开关处配置"二遥"FTU、"三遥"FTU或不进行FTU配置进行了优化分析。首先给出了配电网故障可观测率的定义,在此基础上提出一种以供电可靠性与经济性为约束条件,以故障可观测率最大为目标的配电网FTU优化配置模型。针对模型的特点,采用遗传算法进行求解,得到了配电网FTU混合配置的最优方案。通过在RBTS-BUS4配电网算例上进行测试,验证了所提方法的合理性与有效性。     

计及故障可观率与经济性的FTU配置模型研究

在合适的位置配置馈线终端单元(FTU)可提高配电网故障定位效率,缩短故障隔离时间和供电恢复时间。首先提出了衡量FTU配置对故障可观性贡献的量化计算方法;然后给出了在不同预想故障条件下,用户停电时间的计算方法,并引入一系列布尔变量,将停电时间构建为关于FTU位置和类型的非线性函数;进而提出FTU优化配置的混合整数非线性模型。算例分析表明所提出的模型能够在兼顾经济性和故障可观率的同时,给出FTU数量、位置和类型的优化配置方案,从而在满足供电可靠性指标的前提下,充分提高资金的使用效率。     

有源配电网FTU优化布置研究

为了加强对有源配电网的运行监测和管理,提出了一种分布式电源接入情形下的有源配电网馈线终端单元(FTU)的优化布置算法。首先,结合有源配电网的特征,从状态估计方法的角度分析了有源配电网的可观测性原理。将节点负荷功率作为伪量测值,通过优化FTU布置可以提高网络的可观测性,达到有源配电网完全可观测性要求,并且在优化布置时考虑了FTU分布对有源配电网停电损失的影响。建立了有源配电网的FTU优化布置数学模型,并且采用遗传算法求解所建立的0-1整数规划模型。最后通过33节点和60节点有源配电网仿真算例表明所提优化布置算法可以保证网络的完全可观和供电可靠要求,并且布置方案在网络结构变化时仍然适用。     

计及FTU漏报和误报的配电网故障定位分层解析模型

为了提高配电网故障定位在大面积通信故障下的容错性,以现有的配电网故障定位模型为基础,通过系统地计及馈线终端设备(FTU)漏报和误报,建立了配电网故障定位解析模型。为了提高模型的可行性,以故障矛盾假说为约束条件,将目标函数变量维度减小到3倍的节点数量;在分析配电网拓扑结构和工程设备配置的基础上,通过构建分层故障定位模型,进一步减小变量维度。此外,分层解析模型能够利用第2层的定位结果对第1层的定位结果进行校验,使故障定位更加精确。算例分析结果表明,计及FTU漏报和误报的分层解析模型不仅能够大幅地提高配电网故障定位的准确率和容错性,还能同步获取FTU漏报和误报的告警信息。     

基于全网故障可观测的配电网行波定位装置优化配置方法

配电网结构复杂、分支线路众多,利用较少的行波定位装置实现全网故障定位具有显著经济效益。基于此,提出了一种基于全网故障可观测的行波定位装置优化配置方法。首先,引入树形结构图,定义配电网线路各节点间的层级关系。并根据行波传输特性,提出了装置配置基本条件：在目标配电网树形结构图中,邻接节点与其父节点至少有一个节点配置装置。将该基本条件作为约束,建立以装置数量最少化为目标函数的数学模型。模型中引入权重系数,量化线路长度、历史故障率对装置配置需求程度的影响。最后,使用改进灰狼算法求解模型最优解,形成最优配置方案。仿真算例结果表明,基于所提优化配置方法,在满足定位精度的前提下可显著减少行波定位装置数量、降低投资成本,故障定位误差小于100 m。且在线路N1情况下具有一定的适应性,满足实际工程需求。     

一种故障信息不足情况下配电网故障定位的算法

利用配电网量测量相关性提出了配电网故障定位的新算法,即以配电网量测电流间的相关性得出缺失的故障信息,并用故障判定矩阵进行故障定位,对某些节点处没有配置FTU或因FTU故障而不能得到该节点信息的配电网络进行了故障定位研究,算例分析表明该方法是可行的。该方法有效地解决了由于FTU(现场终端设备)故障、FTU数量不足等原因所导致的故障信息不足的问题。     

配电网故障区段定位的改进矩阵算法

针对馈线终端单元(FTU)与配电网自动化主站通信中断影响故障区段定位的问题,提出一种配电网故障区段定位改进矩阵算法。该算法根据FTU通信状态与配电网拓扑构建FTU属性矩阵,动态建立网络描述矩阵,最后结合FTU故障信息,提出了配电网故障定位的改进矩阵算法。该算法可根据FTU的通信状态实时更新网络描述矩阵,判据结构简单、形式统一、计算量小,能够实现配电网故障区段的准确定位。     

一种基于故障定位的配电网简化模型

针对农村配电网T接节点多而馈线终端单元(FTU)配置相对城网少的特点,对刘健教授提出的变结构耗散网络模型进行了反变换,消去大量没有安装FTU的T接节点,采用邻接表存储结构,结合算例进行了分析验证,可以更方便地进行故障定位,隔离故障区域。     

一种配电网拓扑可观测性理论及其应用

对于辐射状的配电网络,考虑手动开关和FTU通信故障等数据不全的情况,提出配电网拓扑可观测性的概念,统一描述配电网拓扑分析的准确程度,以树的形式描述动态电气岛模型,并在此基础上实现拓扑着色、故障隔离、非故障区恢复等配电自动化功能,对于不可观测的节点,从此节点的上游节点开始向下游方向搜索,形成可观测的组合区段,然后实施故障处理。分析和实际运行表明,这种方法的适应能力更强,更加准确直观。     

基于可达性分析的配电网故障指示器优化配置

针对配电网复杂的拓扑结构及潜在故障的未知性导致最优的故障指示器配置模型过于复杂且灵活性不高的问题,本文提出一种基于可达性分析的配电网故障指示器优化配置方法。首先,根据故障指示器的故障指示特性及已知的原始网络拓扑,利用可达性分析结合预想事故集对故障区段进行辨识,计算故障中断损失;其次,考虑配电网所需容错能力,建立优化筛选模型,以此获得配电网故障指示器优化配置最优解;最后,在实际10 kV中压配电网进行测试,验证在复杂拓扑及潜在故障未知情况下所提方法的有效性和实用性,结果表明,所提方法可以满足故障中断损失和投资运维成本之间的最优权衡。     

基于改进自适应遗传算法的PMU优化配置

为了利用最少数目的相量测量单元(PMU)保证电力系统在正常运行时和线路N?-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-1故障时系统仍完全可观。修改IAGA中交叉概率和变异概率的计算公式,克服了当群体最大适应度值与平均适应度值相等时进化停滞的缺点,优化了进化过程,同时方便了数学计算;对每一代个体进行防早熟操作,消除了由交叉运算和变异运算的偶然性及随机性导致的进化早熟。算例分析结果表明,该方法在PMU配置数目、配置方案种类、收敛性及实用性上有显著优势,证明了该方法的正确性和优越性。     

基于随机矩阵理论的配网故障可观的PMU优化配置方法

定义故障在全网最不灵敏节点发生时可检测为随机矩阵理论下的全网可观。相同故障发生在不同节点时对配网影响程度不同,对应的随机矩阵理论指标MSR的跌落程度不同。提出了配网故障时全网可观的PMU优化配置方法。分别在所有节点设置单相和两相接地故障,得到2种情况下全网的电压数据并计算相应的MSR;对2种MSR进行加权,计算出各节点灵敏系数;以灵敏度最低的节点发生故障时全网可观为目标,按灵敏程度逐次减去不灵敏节点的PMU并计算相应的MSR,直到故障不可检测,得到的PMU配置即为最后配置。以IEEE36节点和IEEE39节点模型进行仿真,验证了在该PMU优化配置方案下,可用随机矩阵理论对配网进实时监测,在故障发生时能准确检测到故障并确定故障发生的时刻。     

不同网络结构及可靠性要求环境下FTU的最优配置

为了解决配电网馈线自动化中不同网络结构、不同供电可靠性需求下配电终端的优化配置问题,对配网供电可靠性与馈线自动化终端配置的敏感性进行了分析。采用故障模式与后果分析法,提出了基于配网可靠性发展目标的配电终端优化配置方法。在综合考虑技术性、经济性、可拓展性的基础上,分析了无配电终端、全"二遥"终端配置和"二遥"、"三遥"终端混合配置三种模式下,配电网典型结构的线路故障停电时间和配电网平均供电可用率;得到了配电网平均供电可用率和配电终端优化配置的通用计算方法。算例验证了研究方法的合理性和实用性。     

ILP-based multistage placement of PMUs with dynamic monitoring constraints

This paper addresses two aspects of the optimal Phasor Measurement Unit (PMU) placement problem. Firstly, an ILP (Integer Linear Programing) model for the optimal multistage placement of PMUs is proposed. The approach finds the number of PMUs and its placement in separate stages, while maximizing the system observability at each period of time. The model takes into account: the available budget per stage, the power system expansion along with the multistage PMU placement, redundancy in the PMU placement against the failure of a PMU or its communication links, user defined time constraints for PMU allocation, and the zero-injection effect. Secondly, it is proposed a methodology to identify buses to be observed for dynamic stability monitoring. Two criteria, which are inter-area observability and intra-area observability, have been considered. The methodology identifies coherent groups in large power systems by using a new technique based on graph theory. The technique requires neither full stability studies nor a predefined number of groups. Also, a centrality criterion is used to select a bus for monitoring each coherent area and supervise inter-area oscillations. Then, PMUs are located to ensure complete observability inside each area (intra-area monitoring). Methodology is applied on the 14-bus test system, the 57-bus test system with expansion plans, and the 16-machine 68 bus test system. Results indicate that the optimization model finds the optimal number of PMUs when the PMU placement by stages is required, while the observability at each stage is maximized. Additionally, it is shown that expansion plans and particular requirements of observability can be considered in the model without increasing the number of required PMUs, and the zero-injection effect, which reduces the number of PMUs, can be considered in the model.     

Development approach of a programmableand open software package for powersystem frequency response calculation

This paper presents a day-ahead optimal energy management strategy for economic operation of industrial microgrids with high-penetration renewables under both isolated and grid-connected operation modes. The approach is based on a regrouping particle swarm optimization (RegPSO) formulated over a day-ahead scheduling horizon with one hour time step, taking into account forecasted renewable energy generations and electrical load demands. Besides satisfying its local energy demands, the microgrid considered in this paper (a real industrial microgrid, “Goldwind Smart Microgrid System” in Beijing, China), participates in energy trading with the main grid; it can either sell power to the main grid or buy from the main grid. Performance objectives include minimization of fuel cost, operation and maintenance costs and energy purchasing expenses from the main grid, and maximization of financial profit from energy selling revenues to the main grid. Simulation results demonstrate the effectiveness of various aspects of the proposed strategy in different scenarios. To validate the performance of the proposed strategy, obtained results are compared to a genetic algorithm (GA) based reference energy management approach and confirmed that the RegPSO based strategy was able to find a global optimal solution in considerably less computation time than the GA based reference approach.     

基于二次变异改进生物地理学优化算法的限流器配置方法

针对开关型限流器的优化配置问题,为准确评估限流器动作后的限制效果,建立了断路器的最大开断电流与限流器配置的数学关联模型,在此基础上以各支路两侧安装限流器的电抗值为优化变量,以区域电网配置限流器的单位成本限流效果最大化为优化目标,以母线短路电流、断路器最大开断电流以及单个限流器的限流电抗为约束条件,建立限流器优化配置模型。以余弦迁移模型和柯西变异的生物地理学优化(BBO)算法为基础,并针对优化变量中相邻维度对适应度函数影响相近的特点,在算法中引入相邻维度间的二次变异操作,提出了基于适用于限流器优化配置的二次变异改进BBO算法。以某500 kV区域电网为例,进行限流器优化配置;为了验证所提改进BBO算法的优化性能,运用多个不同优化算法对限流器优化配置模型进行求解,优化结果表明,改进BBO算法具有较好的收敛速度、稳定性以及寻优能力。     

Research on multi-terminal traveling wave fault location method in complicated networks based on cloud computing platform

Cloud computing technology is used in traveling wave fault location, which establishes a new technology platform for multi-terminal traveling wave fault location in complicated power systems. In this paper, multi-terminal traveling wave fault location network is developed, and massive data storage, management, and algorithm realization are implemented in the cloud computing platform. Based on network topology structure, the section connecting points for any lines and corresponding detection placement in the loop are determined first. The loop is divided into different sections, in which the shortest transmission path for any of the fault points is directly and uniquely obtained. In order to minimize the number of traveling wave acquisition unit (TWU), multi-objective optimal configuration model for TWU is then set up based on network full observability. Finally, according to the TWU distribution, fault section can be located by using temporal correlation, and the final fault location point can be precisely calculated by fusing all the times recorded in TWU. PSCAD/EMTDC simulation results show that the proposed method can quickly, accurately, and reliably locate the fault point under limited TWU with optimal placement.     

考虑高风险连锁故障的PMU配置方法

针对连锁故障会导致广域测量系统(WAMS)丧失对电力系统完全可观测能力的问题,提出了一种考虑高风险连锁故障的最优相量测量单元(PMU)配置方法.首先使用隐性故障模型和风险理论对电力系统的连锁故障进行模拟仿真和统计分析,从而对系统中的高风险连锁故障进行辨识;进而通过最优PMU配置保证在单一高风险连锁故障发生的情况下WAMS能够保持对电网的完全可观测.以IEEE 39节点系统为例进行了PMU配置和分析,实验结果表明该方法在经济性和鲁棒性之间能够取得较好的平衡.     

基于多目标进化算法的PMU的优化配置

研究了配置相量测量单元(PMU)后电力系统可观测性的判断方法,以保证电力系统完全可观测为约束条件,以配置PMU数目最小和保证测量量具有最大量测冗余度为目标,建立了PMU最优配置问题的数学模型。这是一个多目标优化问题,需要寻求一组Pareto最优解,应用多目标进化算法求解该问题可以得到多种满足条件的PMU配置可行方案。最后,以IEEE39节点系统为例验证了该方法的合理性。     

直流电抗器与电容型限流器多目标优化配置方法

直流电网中直流故障电流抑制是亟须解决的关键问题之一.为了抑制故障电流的上升速率与峰值,针对含有电容型限流器的直流断路器,综合考虑电感和电容的故障电流抑制效果,分析了投入电容型故障限流器前后的故障电流特性,提出了在满足直流断路器开断容量限制和换流器桥臂电力电子器件电流限制的约束条件下直流电抗器和电容型限流器的优化配置方案.在PSCAD/EMTDC中搭建了六端直流电网模型,以直流电抗器电感值、限流电容两端电压和直流断路器分断电流作为多目标函数,对直流电抗器和电容型限流器进行参数优化,并给出针对不同电气应用场景的直流电抗器和电容型限流器优化配置方案.