專利名稱：一種考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的pmu配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全防御技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力系統(tǒng)PMU配置方法。
背景技術(shù)：
近年來，全世界范圍內(nèi)發(fā)生了多起大規(guī)模停電事故，引起了人們對大型電力系統(tǒng)大規(guī)模災(zāi)變的預(yù)防與控制的關(guān)注?；谌蚨ㄎ幌到y(tǒng)(global positioningsystem，GPS)的廣域測量系統(tǒng)(wide-area measurement system，WAMS)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，該系統(tǒng)通過使用同步相量測量單元(Phasor MeasurementUnit，PMU)高精度地測量網(wǎng)絡(luò)中的母線電壓發(fā)電機(jī)功角對全網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
Phadke博士在其先驅(qū)性的工作中探討了在測量全部節(jié)點(diǎn)電壓相量并測量全部或部分支路電流相量條件下的狀態(tài)估計(jì)問題，并建立了線形狀態(tài)估計(jì)模型。如果電力網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)母線都配置了PMU，則全網(wǎng)就是完全可觀測的，無須任何計(jì)算。但限于PMU的造價(jià)尤其是通訊網(wǎng)絡(luò)的成本，目前不可能全網(wǎng)布置PMU，因此需要對PMU的配置數(shù)量和位置進(jìn)行優(yōu)化。目前對PMU配置優(yōu)化的工作主要集中于全網(wǎng)可觀測的條件下減少PMU的數(shù)量，如采用禁忌搜索法，圖論法，對開搜索法(Bisecting Search Method)，模擬退火算法，最小生成樹法，遺傳算法等進(jìn)行最優(yōu)配置。但是這些方法都沒有考慮在電力網(wǎng)絡(luò)因?yàn)檫B鎖故障等原因?qū)е峦負(fù)渥兓那闆r下，全網(wǎng)可觀性喪失的問題?？紤]N-1情況的最小生成樹法等方法雖然能夠提高PMU系統(tǒng)在面對N-1故障時(shí)的魯棒性，但是在這些配置方案中PMU數(shù)量會(huì)達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的50％，且仍然無法應(yīng)對多級連鎖故障的影響。
相關(guān)文獻(xiàn)(1)Phadke AG.State Estimation with Phasor Measurements [J].IEEE Trans on Power Systems，1986，1(1)233-241.彭疆南，孫元章，王海風(fēng).考慮系統(tǒng)完全可觀測性的PMU最優(yōu)配置方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27(4)10-16.(2)BaldwinT.L.，Mili L.Power system observability with minimal phasormeasurement placement[J].IEEE Trans on Power Systems，1993，8(2)707-715.(3)蔡田田，艾芡.電力系統(tǒng)中PMU最優(yōu)配置的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(13)32-37.(4)Marin F.J.，Garcia Lagos，et al.Genetic algorithms for optimalplacement of phasor measurement units in electrical networks[J].Electronics Letters，2003，39(19)1403-1405.(5)盧志剛，郝玉山等.啟發(fā)式遺傳算法在優(yōu)化電力系統(tǒng)相角測量裝置安裝地點(diǎn)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，1998，22(8)14-17.(6)Denegri，G B.，Invernizzi，M.and Milano，F(xiàn).(7)A Security Oriented Approach toPMU Positioning for Advanced Monitoring of a Transmission Grid，Proceeding ofPowerCon 2002，Kunming，China.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的PMU配置方法。
它包括如下步驟(1)使用隱性故障模型進(jìn)行連鎖故障模擬；(2)使用風(fēng)險(xiǎn)理論找出高風(fēng)險(xiǎn)的連鎖故障路徑；(3)從網(wǎng)絡(luò)中剔除高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑，形成強(qiáng)壯子圖；(4)對強(qiáng)壯子圖使用模擬退火算法進(jìn)行PMU配置；(5)對孤立節(jié)點(diǎn)上的PMU進(jìn)行單獨(dú)分析，決定是否保留；所述的使用隱性故障模型進(jìn)行連鎖故障模擬的步驟如下(1)輸入電力網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納陣B和各母線有功注入向量P。
(2)解算初始直流潮流，使用公式(1)獲得各條線路的容量上限。
(3)隨機(jī)選取一條或多條支路斷開。
(4)修改導(dǎo)納陣B，重新計(jì)算直流潮流。
(5)使用公式(2)計(jì)算各支路潮流的過載系數(shù)。
然后根據(jù)如附圖1所示的關(guān)系得到各越限支路的斷線概率。如果有單一線路達(dá)到斷線概率直接切除；如果同時(shí)有多條線路達(dá)到斷線概率，使用俄羅斯輪賭方法隨機(jī)選取一條切除。
(6)在仿真過程中若出現(xiàn)孤島現(xiàn)象，則切除相應(yīng)的發(fā)電機(jī)量或負(fù)荷量達(dá)到功率平衡。切機(jī)或切負(fù)荷以靠近故障點(diǎn)優(yōu)先為原則。
(7)若沒有線路繼續(xù)斷開，記錄連鎖故障路徑及負(fù)荷損失，結(jié)束仿真；若仍有線路斷開，返回步驟3。
所述的高風(fēng)險(xiǎn)的連鎖故障路徑的尋找步驟如下(1)將第i次仿真過程中的前T條斷開線路序號集合定義為連鎖故障路徑PathTi=LTi={Lj|j=1,2,...,T}.]]>將所有包含連鎖崩潰路徑PathTi的連鎖故障定義為PathTi型連鎖故障。則可以使用公式(3)PathTi型連鎖故障的發(fā)生概率。
(2)將PathTi型連鎖故障的后果定義為包含連鎖崩潰路徑PathTi的連鎖故障損失的期望值。其可以由公式(4)計(jì)算得。
(3)連鎖故障路徑PathTi給電力系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)可以使用公式(5)計(jì)算得(4)對所有連鎖故障的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行排序，篩選出那些風(fēng)險(xiǎn)值特別高的連鎖故障路徑。
所述的對強(qiáng)壯子圖使用模擬退火算法進(jìn)行PMU配置的步驟如下(1)使用圖論法進(jìn)行PMU的初始配置，保證系統(tǒng)完全可觀。
(2)根據(jù)前兩次PMU配置的數(shù)量估算所需PMU的數(shù)量，如果是前兩次迭代則更具母線總數(shù)估算。
(3)從初始配置中隨機(jī)選取估算所需數(shù)量的PMU，作為PMU的預(yù)選配置。
(4)設(shè)置模擬退火算法的搜索空間S=40*min(5000,0.002*Cnv),]]>其中v為估算所需的PMU數(shù)量。
(5)任意選擇一臺(tái)PMU，保存其原有母線的位置，再任意選擇一條沒有安裝PMU的母線，將PMU移動(dòng)至此母線，計(jì)算PMU配置變化后的目標(biāo)函數(shù)O′。
(6)如果O′＝0，則此時(shí)系統(tǒng)完全可觀，保留此時(shí)的PMU配置方案。
(7)如果O′＞0，則以e-O′/T的概率產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，用來決定是否接受該配置方案，如果拒絕，則將選擇的PMU放回原有的母線，否則選擇該方案作為初始方案。
(8)如果沒有搜索完搜索空間，改變當(dāng)前溫度T＝0.879T，回到步驟3；如果已有完全可觀的PMU配置方案，結(jié)束搜索，返回“系統(tǒng)完全可觀測”的結(jié)果；如果搜索完搜索空間也沒有找到完全可觀的PMU配置方案，結(jié)束搜索，返回“系統(tǒng)不完全可觀測的結(jié)果?！?9)計(jì)算本次PMU配置方案所需PMU數(shù)量是否小于前次配置的數(shù)量，如果小于返回步驟2；否則結(jié)束PMU配置計(jì)算。
所述的對孤立節(jié)點(diǎn)上的PMU進(jìn)行單獨(dú)分析的原則如下如果移除該節(jié)點(diǎn)上的PMU裝置，對于任意一條經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的發(fā)生，都能保證系統(tǒng)的完全可觀，則去除這個(gè)PMU；否則予以保留。
相對于傳統(tǒng)的單純考慮單一電網(wǎng)運(yùn)行模式下PMU配置法方法，本發(fā)明能夠提高廣域監(jiān)測系統(tǒng)在電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變的情況下的魯棒性；而相對于考慮N-1情況的最小生成樹法等方法，本方面能夠在廣域監(jiān)測系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與魯棒性之間獲得一個(gè)較好的平衡能夠在使用較少數(shù)量的PMU的同時(shí)，保證系統(tǒng)中部分高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域在故障情況下的可觀測性。


圖1是隱性故障發(fā)生概率與過載系數(shù)的關(guān)系曲線；
圖2是IEEE39系統(tǒng)的等值圖；圖3是IEEE39系統(tǒng)中2級連鎖故障路徑的風(fēng)險(xiǎn)分布；圖4是IEEE39系統(tǒng)中3級連鎖故障路徑的風(fēng)險(xiǎn)分布。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明從風(fēng)險(xiǎn)理論的角度，提出了一種考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的最優(yōu)PMU配置方法。
首先使用隱性故障模型對目標(biāo)電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連鎖崩潰仿真，初步獲得電力網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)行為的描述。隱性故障模型描述的是當(dāng)系統(tǒng)某條線路出現(xiàn)故障，在故障點(diǎn)附近的線路因繼電保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作和不適當(dāng)?shù)膭?dòng)作導(dǎo)致故障擴(kuò)大，最終形成大范圍的停電事故。每條線路的動(dòng)作遵循一定的概率。如附圖2所示，當(dāng)某條線路過載倍數(shù)超過1后，斷開的概率線形增加，當(dāng)過載倍數(shù)為1.1倍時(shí)，斷開的概率為1；如果線路并沒有過載，但仍有一定概率PH被切除，這一概率就定義為線路發(fā)生隱性故障的概率。在本文中PH＝0.002。
連鎖故障仿真的具體實(shí)施步驟如下(1)輸入電力網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納陣B和各母線有功注入向量P。
(2)解算初始直流潮流，使用公式(1)獲得各條線路的容量上限。
(3)隨機(jī)選取一條或多條支路斷開。
(4)修改導(dǎo)納陣B，重新計(jì)算直流潮流。
(5)使用公式(2)計(jì)算各支路潮流的過載系數(shù)。
然后根據(jù)如附圖1所示的關(guān)系得到各越限支路的斷線概率。如果有單一線路達(dá)到斷線概率直接切除；如果同時(shí)有多條線路達(dá)到斷線概率，使用俄羅斯輪賭方法隨機(jī)選取一條切除。
(6)在仿真過程中若出現(xiàn)孤島現(xiàn)象，則切除相應(yīng)的發(fā)電機(jī)量或負(fù)荷量達(dá)到功率平衡。切機(jī)或切負(fù)荷以靠近故障點(diǎn)優(yōu)先為原則。
(7)若沒有線路繼續(xù)斷開，記錄連鎖故障路徑及負(fù)荷損失，結(jié)束仿真；若仍有線路斷開，返回步驟3。
然后使用風(fēng)險(xiǎn)理論尋找系統(tǒng)中的高風(fēng)險(xiǎn)連鎖崩潰路徑。風(fēng)險(xiǎn)是指能導(dǎo)致傷害的災(zāi)害的可能性和這種傷害的嚴(yán)重程度。風(fēng)險(xiǎn)評估是指采用一系列的邏輯步驟，使設(shè)計(jì)人員和安全工程師能夠以一種系統(tǒng)的方式檢查由于設(shè)備的使用而產(chǎn)生的災(zāi)害，從而可以選擇合適的安全措施。由于風(fēng)險(xiǎn)具有可以組合、可以累計(jì)的性質(zhì)，因此使用風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)即可以對個(gè)體進(jìn)行評估，也可以對整體進(jìn)行評估。并且使用風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)能夠定量地抓住決定風(fēng)險(xiǎn)等級的因素事故的可能性和嚴(yán)重性，從而比較全面地反映事故對整個(gè)系統(tǒng)的影響。一般風(fēng)險(xiǎn)的可以使用公式(6)計(jì)算。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生連鎖故障時(shí)，由于線路的連鎖跳閘，線路的斷開可能會(huì)造成負(fù)荷被切除。在連鎖故障模擬中，記第i次仿真過程中的斷開線路序列集合為L′＝{Li|j＝1，2，...ni}，其中ni為第i次仿真線路斷開總條數(shù)。如果只分析前T級故障，則將第i次仿真過程中的前T條斷開線路序號集合定義為連鎖故障路徑Pathji=Lji={Lj|j=1,2,...,T}.]]>將所有包含連鎖崩潰路徑PathTi的連鎖故障定義為PathTi型連鎖故障。如果一共進(jìn)行了N次連鎖故障仿真，其中出現(xiàn)了NTi次PathTi型連鎖故障，則PathTi型連鎖故障的發(fā)生概率可以使用公式(3)計(jì)算。
將PathTi型連鎖故障的后果定義為包含連鎖崩潰路徑PathTi的連鎖故障損失的期望值。其可以由公式(4)計(jì)算得。
則連鎖故障路徑PathTi給電力系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)可以定義為發(fā)生概率和后果的乘積，使用公式(5)計(jì)算得。
其次我們對電力網(wǎng)絡(luò)所有連鎖故障路徑的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序和分析，尋找出那些風(fēng)險(xiǎn)特別高的作為高風(fēng)險(xiǎn)連鎖崩潰路徑。盡管這些高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑對系統(tǒng)的可觀性影響較大，但是通常這些路徑數(shù)量不多。因此可以采取先將這些高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑從整體網(wǎng)絡(luò)中剔除，形成一個(gè)子圖(該子圖不需要是連通圖但必須包含所有節(jié)點(diǎn))，本文中將這種子圖定義為強(qiáng)壯子圖。
接著使用模擬退火算法對剔除了高風(fēng)險(xiǎn)連鎖崩潰路徑的強(qiáng)壯子圖進(jìn)行最優(yōu)PMU配置。模擬退火算法通過模擬物理學(xué)中晶體退火過程來求解組合優(yōu)化問題。優(yōu)化PMU布點(diǎn)問題的目標(biāo)函數(shù)為O＝min(n-n′)，其中n為系統(tǒng)的母線總數(shù)，n′為可觀測區(qū)域內(nèi)的母線總數(shù)。單調(diào)遞減函數(shù)T，用來模擬不斷下降的溫度，本文中T的初始值為15。使用模擬退火算法進(jìn)行PMU配置的步驟如下(1)使用圖論法進(jìn)行PMU的初始配置，保證系統(tǒng)完全可觀。
(2)根據(jù)前兩次PMU配置的數(shù)量估算所需PMU的數(shù)量，如果是前兩次迭代則更具母線總數(shù)估算。
(3)從初始配置中隨機(jī)選取估算所需數(shù)量的PMU，作為PMU的預(yù)選配置。
(4)設(shè)置模擬退火算法的搜索空間S=40*min(5000,0.002*Cnv),]]>其中v為估算所需的PMU數(shù)量。
(5)任意選擇一臺(tái)PMU，保存其原有母線的位置，再任意選擇一條沒有安裝PMU的母線，將PMU移動(dòng)至此母線，計(jì)算PMU配置變化后的目標(biāo)函數(shù)O′。
(6)如果O′＝0，則此時(shí)系統(tǒng)完全可觀，保留此時(shí)的PMU配置方案。
(7)如果O′＞0，則以e-O′/T的概率產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，用來決定是否接受該配置方案，如果拒絕，則將選擇的PMU放回原有的母線，否則選擇該方案作為初始方案。
(8)如果沒有搜索完搜索空間，改變當(dāng)前溫度T＝0.879T，回到步驟3；如果已有完全可觀的PMU配置方案，結(jié)束搜索，返回“系統(tǒng)完全可觀測”的結(jié)果；如果搜索完搜索空間也沒有找到完全可觀的PMU配置方案，結(jié)束搜索，返回“系統(tǒng)不完全可觀測的結(jié)果?！?9)計(jì)算本次PMU配置方案所需PMU數(shù)量是否小于前次配置的數(shù)量，如果小于返回步驟2；否則結(jié)束PMU配置計(jì)算。
由于在剔除多條高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑時(shí)，很有可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)解列的情況，如果出現(xiàn)孤島，則需要對這些孤島分別進(jìn)行單獨(dú)的PMU布點(diǎn)。因此在使用模擬退火算法完成PMU配置后，還要對那些孤立節(jié)點(diǎn)上的PMU裝置進(jìn)行分析如果移除該節(jié)點(diǎn)上的PMU裝置，對于任意一條經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的發(fā)生，都能保證系統(tǒng)的完全可觀，則去除這個(gè)PMU；否則予以保留。
下面通過實(shí)施實(shí)例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的有效性及其特點(diǎn)。
實(shí)施例1對IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行連鎖故障仿真實(shí)驗(yàn)，如附圖3所示。共進(jìn)行了280*46＝12880次仿真實(shí)驗(yàn)，即分別以系統(tǒng)中的每條線路作為初始故障進(jìn)行280次仿真實(shí)驗(yàn)。每次將所選擇的線路并斷開作為連鎖故障的觸發(fā)，然后使用隱性故障模型模擬連鎖故障的發(fā)生過程，連鎖故障結(jié)束后記錄下連鎖故障發(fā)生的路徑及最后的負(fù)荷損失。
對2級連鎖故障進(jìn)行分析。將所有連鎖故障路徑按照出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)值從小到大的順序，從左往右依次排列，其結(jié)果如附圖4所示。從圖中可以看到有少量2級連鎖故障路徑的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)高于其它路徑。選取2級連鎖故障路徑中風(fēng)險(xiǎn)值排名前8的路徑分列與表1。分析2級連鎖故障對系統(tǒng)可觀性的影響，可知2級連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)值最高的前8條路徑中有5條會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不完全可觀。
表12級連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)值最高的8條路徑

選擇風(fēng)險(xiǎn)值排名前8的連鎖故障路徑為PMU布點(diǎn)中需要考慮的線路。如表3所示，將這些故障路徑中的線路從電力網(wǎng)絡(luò)中剔除，然后使用模擬退火算法對強(qiáng)壯子圖進(jìn)行PMU的最優(yōu)配置。結(jié)果顯示共需要13個(gè)PMU。通過對孤立節(jié)點(diǎn)上配置的PMU的分析，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)7上的PMU可以移除，所以最終只需要12個(gè)PMU。
表2考慮2級連鎖故障的最優(yōu)PMU配置

實(shí)施例2下面對IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的3級連鎖故障路徑進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1。
對3級連鎖故障進(jìn)行分析。將所有連鎖故障路徑按照出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)值從小到大的順序，從左往右依次排列，其結(jié)果如附圖5所示。從圖中可以看到有少量3級連鎖故障路徑的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)高于其它路徑。選取3級連鎖故障路徑中風(fēng)險(xiǎn)值排名前8的路徑分列與表3。分析3級連鎖故障對系統(tǒng)可觀性的影響，可知3級連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)值最高的前8條路徑中也有6條會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不完全可觀，且大部分路徑會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)2個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的不可觀測。
表33級連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)值最高的8條路徑

選擇風(fēng)險(xiǎn)值排名前8的連鎖故障路徑為PMU布點(diǎn)中需要考慮的線路。如表4所示，將這些故障路徑中的線路從電力網(wǎng)絡(luò)中剔除，使用模擬退火算法對強(qiáng)壯子圖的配置結(jié)果表明需要15個(gè)PMU。對孤立節(jié)點(diǎn)上配置的PMU的分析發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)7上的PMU可以移除，所以最終也只需要13個(gè)PMU。
表4考慮3級連鎖故障的最優(yōu)PMU配置

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明考慮2級連鎖故障和考慮3級連鎖故障的最優(yōu)PMU布點(diǎn)方式，分別只需要12個(gè)和13個(gè)PMU。只比標(biāo)準(zhǔn)模擬退火算法的配置結(jié)果多4個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于考慮N-1情況的最小生成樹法的18個(gè)。本文中提出的考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的PMU最優(yōu)布點(diǎn)方法，能夠使用較少的PMU保證在高風(fēng)連鎖崩潰路徑失去情況下電力系統(tǒng)的完全可觀測。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的PMU最優(yōu)配置的方法，其特征在于，它包括如下步驟(1)使用隱性故障模型進(jìn)行連鎖故障模擬；(2)使用風(fēng)險(xiǎn)理論找出高風(fēng)險(xiǎn)的連鎖故障路徑；(3)從網(wǎng)絡(luò)中剔除高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑，形成強(qiáng)壯子圖；(4)對強(qiáng)壯子圖使用模擬退火算法進(jìn)行PMU配置；(5)對孤立節(jié)點(diǎn)上的PMU進(jìn)行單獨(dú)分析，決定是否保留。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的PMU最優(yōu)配置的方法，其特征在于所述的使用隱性故障模型進(jìn)行連鎖故障模擬的步驟如下(1)輸入電力網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納陣B和各母線有功注入向量P；(2)解算初始直流潮流，獲得各條線路的容量上限；Cij＝α×Fij(0) (1)其中α為線路傳輸容量冗余系數(shù)，F(xiàn)ij(0)為初始運(yùn)行狀態(tài)下線路(i，j)上的有功功率。(3)隨機(jī)選取一條或多條支路斷開；(4)修改導(dǎo)納陣B，重新計(jì)算直流潮流；(5)計(jì)算各支路潮流的過載系數(shù)，Kij＝Fij/Cij(2)其中Fij本當(dāng)前線路(i，j)上的有功功率，Cij為線路(i，j)的傳輸極限。然后根據(jù)關(guān)系Pij=1,0≤Kij<12.5×(Kij-1),1≤Kij<1.4PH,1.4<Kij]]>得到各過載支路的斷線概率，其中PH為隱性故障的發(fā)生概率。如果有單一線路達(dá)到斷線概率直接切除；如果同時(shí)有多條線路達(dá)到斷線概率，使用俄羅斯輪賭方法隨機(jī)選取一條切除；(6)在仿真過程中若出現(xiàn)孤島現(xiàn)象，則切除相應(yīng)的發(fā)電機(jī)量或負(fù)荷量達(dá)到功率平衡。切機(jī)或切負(fù)荷以靠近故障點(diǎn)優(yōu)先為原則；(7)若沒有線路繼續(xù)斷開，記錄連鎖故障路徑及負(fù)荷損失，結(jié)束仿真；若仍有線路斷開，返回步驟3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的PMU最優(yōu)配置的方法，其特征在于使用風(fēng)險(xiǎn)理論找出高風(fēng)險(xiǎn)的連鎖故障路徑的步驟如下(1)將第i次仿真過程中的前T條斷開線路序號集合定義為連鎖故障路徑PathTi=LTi={Lj|j=1,2,...,T}]]>，將所有包含連鎖崩潰路徑PathTi的連鎖故障定義為PathTi型連鎖故障。則PathTi型連鎖故障的發(fā)生概率的計(jì)算公式為P(PathTi)=NTiN---(3)]]>其中N表示連鎖故障的總仿真次數(shù)，NTi表示在N次連鎖故障仿真中PathTi型連鎖故障出現(xiàn)的次數(shù)；(2)將PathTi型連鎖故障的后果定義為包含連鎖崩潰路徑PathTi的連鎖故障損失的期望值。其可以由如下公式計(jì)算得I(PathTi)=Σj=1NTiC(j)NTi---(4)]]>其中C(j)表示NTi次PathTi型連鎖故障中第j次連鎖故障的負(fù)荷損失；(3)連鎖故障路徑PathTi給電力系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)可以使用如下公式計(jì)算R(PathTi)=P(PathTi)×I(PathTi)---(5);]]>(4)對所有連鎖故障的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行排序，篩選出那些風(fēng)險(xiǎn)值特別高的連鎖故障路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的PMU最優(yōu)配置的方法，其特征在于對強(qiáng)壯子圖使用模擬退火算法進(jìn)行PMU配置的步驟如下(1)使用圖論法進(jìn)行PMU的初始配置，保證系統(tǒng)完全可觀；(2)根據(jù)前兩次PMU配置的數(shù)量估算所需PMU的數(shù)量，如果是前兩次迭代則更具母線總數(shù)估算；(3)從初始配置中隨機(jī)選取估算所需數(shù)量的PMU，作為PMU的預(yù)選配置；(4)設(shè)置模擬退火算法的搜索空間S=40*min(5000,0.002*Cnv)]]>，其中v為估算所需的PMU數(shù)量；(5)任意選擇一臺(tái)PMU，保存其原有母線的位置，再任意選擇一條沒有安裝PMU的母線，將PMU移動(dòng)至此母線，計(jì)算PMU配置變化后的目標(biāo)函數(shù)O′；(6)如果O′＝0，則此時(shí)系統(tǒng)完全可觀，保留此時(shí)的PMU配置方案；(7)如果O′＞0，則以e-O′/T的概率產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，用來決定是否接受該配置方案，如果拒絕，則將選擇的PMU放回原有的母線，否則選擇該方案作為初始方案；(8)如果沒有搜索完搜索空間，改變當(dāng)前溫度T＝0.879T，回到步驟3；如果已有完全可觀的PMU配置方案，結(jié)束搜索，返回“系統(tǒng)完全可觀測”的結(jié)果；如果搜索完搜索空間也沒有找到完全可觀的PMU配置方案，結(jié)束搜索，返回“系統(tǒng)不完全可觀測的結(jié)果”；(9)計(jì)算本次PMU配置方案所需PMU數(shù)量是否小于前次配置的數(shù)量，如果小于返回步驟2；否則結(jié)束PMU配置計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的PMU最優(yōu)配置的方法，其特征在于對孤立節(jié)點(diǎn)上的PMU取舍原則為如果移除該節(jié)點(diǎn)上的PMU裝置，對于任意一條經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障路徑的發(fā)生，系統(tǒng)不喪失完全可觀測性，則去除這個(gè)PMU；否則予以保留。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)中PMU裝置最優(yōu)配置的方法。目前對PMU配置優(yōu)化的工作主要集中于用最少數(shù)量的PMU實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)可觀測。但是這些方法都沒有考慮在電力網(wǎng)絡(luò)因?yàn)檫B鎖故障等原因?qū)е峦負(fù)渥兓那闆r下，全網(wǎng)可觀性喪失的問題?？紤]N－1情況的最小生成樹法等方法雖然能夠提高PMU系統(tǒng)在面對N－1故障時(shí)的魯棒性，但是仍然無法應(yīng)對多級連鎖故障的影響。針對上述問題，本發(fā)明提出了結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)理論和隱性故障模型對電力系統(tǒng)的連鎖故障進(jìn)行模擬和統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)而尋找出高風(fēng)險(xiǎn)線路，然后使用模擬退火算法對剔除了高風(fēng)險(xiǎn)線路后的電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行最優(yōu)PMU配置的方法。該方法能夠保證電力網(wǎng)絡(luò)在那些高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障發(fā)生的情況下廣域測量系統(tǒng)的全局可觀測性。
文檔編號H02H7/26GK101013812SQ200710067199
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者曹一家, 陳曉剛, 王紹部 申請人:浙江大學(xué)