一种考虑高风险连锁故障路径的PMU配置方法

摘要

本发明公开了一种电力系统广域测量系统中PMU装置最优配置的方法。目前对PMU配置优化的工作主要集中于用最少数量的PMU实现全网可观测。但是这些方法都没有考虑在电力网络因为连锁故障等原因导致拓扑变化的情况下，全网可观性丧失的问题。考虑N-1情况的最小生成树法等方法虽然能够提高PMU系统在面对N-1故障时的鲁棒性，但是仍然无法应对多级连锁故障的影响。针对上述问题，本发明提出了结合风险理论和隐性故障模型对电力系统的连锁故障进行模拟和统计分析进而寻找出高风险线路，然后使用模拟退火算法对剔除了高风险线路后的电力网络进行最优PMU配置的方法。该方法能够保证电力网络在那些高风险连锁故障发生的情况下广域测量系统的全局可观测性。

主权项

1.一种电力系统考虑高风险连锁故障的相量测量单元最优配置的方法，其特征在于，它包括如下步骤：(1)使用隐性故障模型进行连锁故障模拟；(2)使用风险理论找出高风险的连锁故障路径；(3)从网络中剔除高风险连锁故障路径，形成子图；(4)对子图使用模拟退火算法进行相量测量单元配置；(5)对孤立节点上的相量测量单元进行单独分析，决定是否保留；所述的使用隐性故障模型进行连锁故障模拟的步骤如下：步骤一，输入电力网络导纳阵B和各母线有功注入向量P；步骤二，解算初始直流潮流，获得各条线路的容量上限；C_ij＝α×F_ij(0)    (1)其中α为线路传输容量冗余系数，F_ij(0)为初始运行状态下线路(i，j)上的有功功率；步骤三，随机选取一条或多条支路断开；步骤四，修改导纳阵B，重新计算直流潮流；步骤五，计算各支路潮流的过载系数，K_ij＝F_ij/C_ij    (2)其中F_ij为当前线路(i，j)上的有功功率，C_ij为线路(i，j)的容量上限；然后根据关系得到各过载支路的断线概率，其中P_H为隐性故障的发生概率，如果有单一线路达到断线概率直接切除；如果同时有多条线路达到断线概率，随机选取一条切除；步骤六，在仿真过程中若出现孤岛现象，则切除相应的发电机量或负荷量达到功率平衡，切机或切负荷以靠近故障点优先为原则；步骤七，若没有线路继续断开，记录连锁故障路径及负荷损失，结束仿真；若仍有线路断开，返回步骤三；所述的使用风险理论找出高风险的连锁故障路径的步骤如下：步骤A，将第i次仿真过程中的前T条断开线路序号集合定义为连锁故障路径将所有包含连锁故障路径Path_Tⁱ的连锁故障定义为Path_Tⁱ型连锁故障，则Path_Tⁱ型连锁故障的发生概率的计算公式为：$P\left({\mathrm{Path}}_T^i\right)=\frac{N_T^i}{N}---\left(3\right)$其中N表示连锁故障的总仿真次数，N_Tⁱ表示在N次连锁故障仿真中Path_Tⁱ型连锁故障出现的次数；步骤B，将Path_Tⁱ型连锁故障的后果定义为包含连锁故障路径Path_Tⁱ的连锁故障损失的期望值，其可以由如下公式计算得：$I\left({\mathrm{Path}}_T^i\right)=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_T^i}{\Sigma }}C\left(j\right)}{N_T^i}---\left(4\right)$其中C(j)表示N_Tⁱ次Path_Tⁱ型连锁故障中第j次连锁故障的负荷损失；步骤C，连锁故障路径Path_Tⁱ给电力系统带来的风险可以使用如下公式计算：$R\left({\mathrm{Path}}_T^i\right)=P\left({\mathrm{Path}}_T^i\right)\times I\left({\mathrm{Path}}_T^i\right)---\left(5\right)$步骤D，对所有连锁故障的风险值进行排序，筛选出那些风险值特别高的连锁故障路径；所述的对子图使用模拟退火算法进行相量测量单元配置的步骤如下：步骤a，使用图论法进行相量测量单元的初始配置，保证系统可观；步骤b，根据前两次相量测量单元配置的数量估算所需相量测量单元的数量，如果是前两次迭代则根据母线总数估算；步骤c，从初始配置中随机选取估算所需数量的相量测量单元，作为相量测量单元的预选配置；步骤d，设置模拟退火算法的搜索空间S＝40*min(5000，0.002*C_n^v)，其中v为估算所需的相量测量单元数量，n为电网的总母线数，C_n^v表示从n中取v个的组合数；步骤e，任意选择一台相量测量单元，保存其原有母线的位置，再任意选择一条没有安装相量测量单元的母线，将相量测量单元移动至此母线，计算相量测量单元配置变化后的目标函数O′，目标函数为O′＝min(n-n′)，其中n为电网的总母线数，n′为可观测区域内的母线总数；步骤f，如果O′＝0，则此时系统可观，保留此时的相量测量单元配置方案；步骤g，如果O′＞0，则以e^-O′/T的概率产生一个随机数，其中T表示当前的温度，用来决定是否接受该配置方案，如果拒绝，则将选择的相量测量单元放回原有的母线，如果不拒绝，选择该方案作为初始方案；步骤h，如果没有搜索完搜索空间，改变当前温度T＝0.879T，回到步骤c；如果已有可观的相量测量单元配置方案，结束搜索，返回“系统可观”的结果；如果搜索完搜索空间也没有找到可观的相量测量单元配置方案，结束搜索，返回“系统不可观的结果”；步骤i，计算本次相量测量单元配置方案所需相量测量单元数量是否小于前次配置的数量，如果小于返回步骤b；否则结束相量测量单元配置计算。