交直流互联电网的pmu布点优化方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种交直流互联电网的PMU布点优化 方法和系统。
【背景技术】
[0002] 电网实时运行状态的获取是电力系统在线监测与控制的基础。传统电力系统中， 电网实时运行数据由数据采集与监控系统采集并通过状态估计器估计出电力系统当前的 运行状态，主要为系统各节点电压值。若输入的量测信息使得所有节点电压均有唯一解，则 可认为此时的电力系统是可观测的。由于在测量精度、频率、同步性等方面优于传统的数据 采集与监控系统，近年来，同步相量测量单元（PhasorMeasurementUnit，PMU)在电力系统 中得到了广泛的应用。安装在电网中某个节点的PMU可以测量该节点电压值以及该节点所 有出线上的电流值。理想情况下，假设电网中每个节点都安装有PMU，则系统所有的节点电 压相量均可直接测量而不需要进行任何状态估计。但是，PMU量测单元及其附属的通信设备 造价十分昂贵；另一方面，与PMU安装节点有交流线路相连的其他节点电压可以根据交流 线路参数和线路电流等计算出来。所以在电网所有节点都安装PMU既不经济也没有必要。 因此，研究满足电网可观性前提下的PMU最优配置方法具有重要意义。
[0003] -般而言，PMU布点优化被认为是一个以最小化PMU安装个数为目标、以电网可观 性为约束的组合优化问题，并得到大量研究。然而，现有PMU布点优化方法通常仅针对纯交 流电网，而无法适用于交直流互联网架结构；与此同时，现有方法由于仅将最小化PMU个数 作为优化目标，从而存在最优解不唯一的情况。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对现有技术不适用于交直流互联网架结构以及最优解不唯一的 问题，提供一种交直流互联电网的PMU布点优化方法和系统。
[0005] -种交直流互联电网的PMU布点优化方法，包括以下步骤：
[0006] 获取交直流互联电网的拓扑信息；其中，所述拓扑信息包括节点个数、节点连接关 系及连接线路类型以及零功率注入节点个数及编号，所述零功率注入节点为无发电机、负 荷以及直流线路相连的节点；
[0007] 根据所述拓扑信息，确定用于表示所述节点连接关系的节点连接关系变量；
[0008] 根据所述节点连接关系变量计算节点的最大可观测次数；其中，所述可观测次数 指的是节点的电压可以通过PMU直接或间接测量确定的次数；
[0009] 根据所述节点连接关系变量和最大可观测次数建立优化PMU布点的布点模型；其 中，所述优化PMU布点的布点模型为保证电网中PMU安装个数最少的前提下、使得电网的测 量冗余度为最大的布点模型；
[0010] 求解所述布点模型，得到PMU布点方案。
[0011] -种交直流互联电网的PMU布点优化系统，包括：
[0012] 获取装置，用于获取交直流互联电网的拓扑信息；其中，所述拓扑信息包括节点个 数、节点连接关系及连接线路类型以及零功率注入节点个数及编号，所述零功率注入节点 为无发电机、负荷以及直流线路相连的节点；
[0013] 确定装置，用于根据所述拓扑信息，确定用于表示所述节点连接关系的节点连接 关系变量；
[0014] 计算装置，用于根据所述节点连接关系变量计算节点的最大可观测次数；其中，所 述可观测次数指的是节点的电压可以通过PMU直接或间接测量确定的次数；
[0015] 建立装置，用于根据所述节点连接关系变量和最大可观测次数建立优化PMU布点 的布点模型；其中，所述优化PMU布点的布点模型为保证电网中PMU安装个数最少的前提 下、使得电网的测量冗余度为最大的布点模型；
[0016] 求解装置，用于求解所述布点模型，得到PMU布点方案。
[0017] 上述交直流互联电网的PMU布点优化方法和系统，通过获取交直流互联电网的拓 扑信息，根据所述拓扑信息确定节点连接关系变量，根据所述节点连接关系变量计算节点 的最大可观测次数，根据所述节点连接关系变量和最大可观测次数建立优化PMU布点的布 点模型，并通过求解所述布点模型，得到PMU布点方案，能够进行交直流互联电网的PMU优 化布点方案计算，弥补了现有方法仅适用于纯交流电网的不足；且引入了与测量冗余度有 关的附加目标，可得到拥有最小PMU个数及最大测量冗余度的全局最优解，避免了传统方 法产生多个最优解的情况。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的交直流互联电网的PMU布点优化方法流程图；
[0019] 图2为本发明的交直流互联电网的PMU布点优化系统的结构示意图；
[0020] 图3为修改的IEEE14节点系统拓扑结构图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明的交直流互联电网的PMU布点优化方法的实施例做进一 步描述。
[0022] 图1为本发明的交直流互联电网的PMU布点优化方法流程图。如图1所示，本发 明的交直流互联电网的PMU布点优化方法可包括以下步骤：
[0023]S1，获取交直流互联电网的拓扑信息；其中，所述拓扑信息包括节点个数、节点连 接关系及连接线路类型以及零功率注入节点个数及编号，所述零功率注入节点为无发电 机、负荷以及直流线路相连的节点；
[0024]S2,根据所述拓扑信息，确定用于表示所述节点连接关系的节点连接关系变量；
[0025]S3,根据所述节点连接关系变量计算节点的最大可观测次数；其中，所述可观测次 数指的是节点的电压可以通过PMU直接或间接测量确定的次数；
[0026]S4,根据所述节点连接关系变量和最大可观测次数建立优化PMU布点的布点模 型；其中，所述优化PMU布点的布点模型为保证电网中PMU安装个数最少的前提下、使得电 网的测量冗余度为最大的布点模型；
[0027]S5,求解所述布点模型，得到PMU布点方案。
[0028] 在步骤S2中，设节点i与节点j之间的节点连接关系变量为a^，若节点i与节点 j之间有交流线路相连或i=j，则将节点连接关系变量设为1 ;其中，i和j为节点编 号；若节点i与节点j之间没有线路相连或仅有直流线路相连，则将节点连接关系变量 设为0。
[0029] 在步骤S3中，设节点i的最大可观测次数为％，则：
[0030]
(1.):
[0031] 式中，η为节点总数。
[0032] 在步骤S4中，所述布点模型包括布点模型的目标函数和布点模型的可观测性约 束条件。对于节点i，可引入0-1决策变量化。=1，···，η)来建立所述目标函数，所述0-1 决策变量用于表征电网中PMU安装情况。本步骤中所述的建立PMU优化布点模型的目标函 数，其优化目标为首先保证电网中PMU安装个数最少、进而使得电网的测量冗余度为最大， 可通过以下方法获得：
[0033] 由于0-1决策变量化表征了节点i处是否需要配置PMU，因此，对于一个含η节点 的交直流电网，最小化PMU安装个数的优化目标可表示如下：
[0034]
(2)
[0035] 式中，FiS最小化PMU安装个数的优化目标，ui为节点i的0-1决策变量，η是电 网中节点总数。
[0036] 为了避免同时出现多个最优解的情况，考虑最大化测量冗余度作为PMU优化布点 模型的附加目标。通常，测量冗余度被定义为量测量总数（包括直接量测量和间接量测量） 和被量测系统状态量总数的比值。考虑到节点电压是电力系统状态估计中最重要的状态变 量，因此本发明中的测量冗余度特指电网中电压量测量总数和电网节点数的比值。注意到 式（2)表示的是一个最小化问题，与其保持一致，可将最大化测量冗余度这一目标转化为 如下的最小化函数：
[0037]
C3)
[0038] 式中，F2为最大化测量冗余度目标，η是电网中节点总数，uj为节点j的0-1决策 变量，常数％为节点i的最大可观测次数，au为节点i与节点j之间的节点连接关系变量， η 变量Σ(/?/为节点i被PMU布点方案测量到的实际次数。因此，F2表示了电网实际测量 Μ 冗余度与最大可能测量冗余度之间的差值，F2越小表示通过PMU布点方案获得的测量冗余 度越大。
[0039] 综合式⑵和式（3)，得到最终的PMU优化布点目标如下：
[0040] Min(F^ωF2) (4)
[0041] 式（4)中，ω为权重系数，Fi表征了PMU布点方案求解过程中对最小化PMU数量 的需求，匕则表征了对最大化测量冗余度的需求。这两个目标函数的主次关系由权重系数 ω决定。在本发明中，考虑经济性，即最小化PMU个数，为占主导地位的目标。注意到％表 示了节点i的最大可观测次数，因此可以令：
[0042]
C5)