计及节点故障率的微电网μPMU多目标优化配置策略.pdf
《计及节点故障率的微电网μPMU多目标优化配置策略.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计及节点故障率的微电网μPMU多目标优化配置策略.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、研究与分析电器与能效管理技术(2 0 2 3No.6)计及节点故障率的微电网多目标优化配置策略*PMU施泽慧,牟龙华施泽慧(1996 一),(同济大学电气工程系,上海摘要:微电网动态行为相较传统电网更为复杂,呕须解决其故障检测和定位问题。针对微电网系统中微型同步相量测量单元(PMU)的优化配置问题进行研究,提出了计及成本、节点故障率和余度的PMU多目标优化配置策略。以PMU装设成本最低、节点故障率总和最高、可观亢余度最高为多目标函数,在考虑零注人节点的基础上,根据系统正常状态和任意线路故障下的约束条件,建立了多目标优化配置模型。采用差分进化算子对非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行改进,并
2、用改进后的算法对模型进行求解,选择出最优折中解。基于改进的IEEE30节点微电网系统进行仿真分析,仿真结果表明,计及节点故障率的多目标优化配置策略是可行的。所提策略能够有效地对微电网系统进行全网可视化监测,并兼顾经济性和准确性。关键词:微电网;微型同步相量测量单元;优化配置策略;节点故障率;几余度中图分类号:TM744文献标志码:A文章编号:2 0 95-8 18 8(2 0 2 3)0 6-0 0 0 9-0 9D0I:10.16628/ki.2095-8188.2023.06.002PMU Multi-Objective Optimal Configuration Strategy for
3、 Microgrid(Department of Electrical Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)Abstract:The dynamic behavior of microgrid is more complex than that of traditional power grid,so it isurgent to solve the problem of fault detection and location.The optimization configuration of micro phasormea
4、surement unit(PMU)in microgrid system is studied.A multi-objective optimal PMU configuration strategyconsidering cost,node failure rate and redundancy is proposed.Based on the multi-objective function of the lowestinstallation cost,the highest sum of node failure rate and the highest observable redu
5、ndancy,a multi-objectiveoptimal configuration model is established according to the normal state of the system and the constraints of arbitraryline faults.The nondominated sorting genetic algorithm II(NSG A-II)i s i mp r o v e d b y d i f f e r e n t i a l e v o l u t i o noperator,and the improved
6、algorithm is used to solve the model and select the optimal compromise solution.Basedon the improved IEEE 30-node microgrid system simulation analysis,it is shown that the multi-objective optimalconfiguration strategy taking into account the node failure rate is feasible.The proposed strategy can ef
7、fectivelycarry out the whole network visualized monitoring of the microgrid system and give consideration to the economy andaccuracy.Key words:microgrid;micro phasor measurement unit(PMU);optimal configuration strategy;node failure rate;redundancy每2 0 18 0 4)Considering Node Failure RateSHI Zehui,MU
8、 Longhua女,硕士研究生,研究方向为微电网PMU优化配置与故障定位。牟龙华(196 3一),男,教授,博士生导师,研究方向为电力系统继电保护、分布式发电与微电网、电能质量。*基金项目:上海市科学技术委员会项目(2 1142 2 0 12 0 0)一9 一电器与能效管理技术(2 0 2 3No.6)研究与分析方法计算时间长,效率有待提高。文献 16 以最0引言大穴余度和最小区间状态估计平均期间宽度为目微电网是分布式能源接人电网的有效手段,标,采用非支配排序遗传算法(NSGA-I)求解模其控制方式和运行模式灵活,近年来在国内外已型,相对于传统启发式算法,无须将多目标转化为得到广泛应用示范 1
9、2 。微电网的动态行为相比单目标,而是选择并排序Pareto非支配解,保留了传统电网更为复杂,分布式能源和电力电子化装各目标函数的独立性,但局部搜索能力较弱。因置的增多使得故障电流多源并双向流动 3,加之此,上述运用在多目标PMU配置中的启发式算网络结构的频繁变化,都给微电网的监控和可靠法,还不能很好地达到集约化与多样化二者间的性带来巨大挑战。因此,呕待设计出新的监测系平衡。另外,尽管国内外针对uPMU优化配置做统以便解决动态控制策略、孤岛检测、故障定位等了大量研究,但大部分只针对大电网或配电网,鲜问题 4-6 。有研究关注微电网中PMU的优化配置。目前,微型同步相量测量单元(PMU)因其本文
10、以微电网为研究对象,在考虑零注入节能够基于全球定位系统(GPS)同步时钟实时测量点的基础上,分别讨论正常状态和发生任意线路电压、电流相量而大量应用 7 ,其高测量精度对故障下全网可观的约束条件,并以装设PMU成微电网的安全运行有重大帮助。然而,微电网中本、配置节点故障率、可观余度为多目标函数,节点众多、支路复杂,在所有节点处均装设建立了微电网PMU多目标优化配置模型;采用PMU,不仅存在经济和技术困难,而且会造成数改进的NSGA-对模型进行求解,以改进的IEEE据大量穴余。因此,在适当的位置装设适量的30节点微电网系统作为算例,在MATLAB上进行PMU以实现全网可观,是实现PMU优化配置算例
11、仿真计算,并与磷虾群算法(KHA)、粒子群的核心问题。优化(PSO)算法及传统的NSGA-I 相比较,验证如何配置同步相量测量单元(PMU)数目是了优化配置模型及改进算法的有效性。PMU优化配置中最重要的问题 8 。随着需求的1微电网节点故障率指标构建复杂化,PMU优化配置的配置指标和约束条件逐步多元化。文献 9 中提到的全网可观和系统余两个指标,被广泛用于PMU优化配置问题中。文献 10 提出了基于不可观测深度的分阶段规划方法。文献 11以主动配电网完全可观为基础,能达成减小停电损失的目标。文献 12 以状态估计均方误差最小为目标,提出了面向高精度状态感知的PMU配置模型。上述文献虽包含了多
12、种业务需求,但未充分考虑系统的拓扑结构,从而将每个节点和每条支路同等处理,因此会丢失大量信息。文献 13-14 考虑了节点的差异性,分别计算节点注入功率和节点灵敏系数,并建立了以此为权重的PMU配置规划模型,但未考虑节点发生故障的概率不同。目前,少有文献从便于故障检测和定位这一角度来分析节点的差异,从而优先配置故障率较高的节点。针对多目标PMU配置的求解方法,目前大多采用启发式算法。文献 15 建立了考虑经济性、状态估计精度的配置模型,通过改进的自适应多目标二进制差分进化算法进行求解,但蒙特卡罗一10 一随着新型电力系统的建设,风光等分布式电源和电动汽车大量接人微电网,增加了微电网运行的不确定
13、性。在微电网中配置PMU时,受电力设备与网络结构的影响,各节点在网络中的地位不同,不应同等处理。若能将PMU配备在较易发生故障的母线节点处,则更能及时捕捉到故障点的信息,从而快速地进行故障定位和保护动作,保证微电网安全运行。为此,本文在建立优化配置模型前,首先提出一种微电网节点故障率计算方法,并将微电网节点故障率作为PMU优化配置的目标之一。1.1微电网元件故障率电力系统是由各种设备、线路及负荷节点组成的,不同线路上的设备故障率不尽相同,使得各线路发生故障的概率不同,也直接影响到相邻节点的运行情况。在故障率分析中,需要设备以往的运行实测数据,从而计算得到各发电机组、变压器、断路器等元件的故障率
14、。元件故障率入可定义为研究与分析电器与能效管理技术(2 0 2 3No.6)nNUFNsyY入式中:nNur元件非计划故障停运次数;NssY统计台(百公里)年数。1.2微电网支路故障率支路故障率入,与支路上元件的故障率息息相关。若某馈线中的任何一个元件出现故障,则会引起整条馈线故障。1.2.1串联元件故障率假设某条支路上存在E,个元件并以串联形式连接,则该条支路发生故障的概率为En入=Z入k=1式中:入第k个元件的故障率;入b串联支路的故障率。每条线路上串联元件越多,该支路可靠性越差。1.2.2并联元件故障率若任意两个节点之间的线路间存在E,个设备以并联形式连接,则该条馈线发生故障的概率为En
15、入bp=II入式中:t货-第k个元件的修复时间;入bp并联支路的故障率。1.3微电网节点故障率微电网中,节点与支路之间有隶属关系,某节点故障率总和与其相连的支路故障率存在直接关系。当相连馈线发生故障时,该节点的电压、电流等电气量会产生很大波动。微电网节点故障率可表示为R=Z入m)m=1式中:R一一节点故障率总和;入b(m)一货第条相连支路的故障率;N一一节点相连支路数量。2微电网PMU优化模型2.1目标函数本文所提的多目标PMU优化配置模型以多目标为框架,以装设成本最低为基础目标,寻找配置节点故障率总和最高与可观穴余度最高之间(1)的折中方案。2.1.1装设成本最低考虑到经济因素,显然PMU配
16、置数目越少,投资成本越低。因此,该目标函数可以表示为minfi(X)=Z*;(5)以一个n维向量X=x i,x 2,,x,表示微电网中各节点的PMU配置情况,其中x,取值为(6)2.1.2最大节点故障率(2)综合上节所述,将PMU配置在节点故障率越高的地方越容易观察到电气量波动,即配置节点的节点故障率总和应尽量高。因此,该目标函数可以表示为maxf(X)=Zx,R,式中:R一第j节点的节点故障率。2.1.3最大可观允余度在实际微电网故障分析中,一般还要求采集E的数据具有一定的?余度 16 。通常,只有具备足(3)够穴余度的配置方案才能提高实时信息的可靠性和完整性,以便更准确地进行故障定位。穴余
17、度为系统中独立测量的数目与状态量数目之比。对于n节点的微电网系统,其状态量为n维电压相量,为配置了PMU节点的电压相量及与之关联的电流相量独立测量。因此,该目标函数可定义为maxfi(X)=式中:P一配置了PMU的所有节点集合;Nd与配置了PMU的某节点j相连接(4)的支路数。2.1.4各目标函数间关系3个目标函数:装设成本f最低、节点故障率总和f2最高、可观穴余度f,最高。通过试算发现,配置PMU数目越多,即成本越高时,节点故障率总和及可观穴余度越大,反之亦然,即fi与f2Vi与fs间相互冲突;而在配置数目确定的情况下,各个配置方案中f2与f呈现非确定性的相关关系。3个目标函数间关系如表1所
18、一11 一(7)Z(d;+1)(8)n电器与能效管理技术(2 0 2 3No.6)研究与分析(12)示。因此,优化问题的本质是找到成本、节点故障率总和和可观亢余度之间的最佳平衡。表13个目标函数间关系目标函数成本f节点故障率总和可观允余度f成本1节点故障率总和f正比可观允余度于正比综上,本文的最终目标确定:实现最小成本的可观测系统,并在此基础上,f2与f,间建立折中关系以找到最优解。2.2约束条件2.2.1正常状态一般可根据下述准则来判断微电网中节点是否可观。(1)当某节点i安装了PMU,该PMU既可观测该节点电压相量,也可观测与该节点相连接的所有支路电流相量。(2)若某条支路的电流相量和一侧
19、的节点电压相量已知,则支路另一侧的节点电压相量可通过欧姆定律得到。(3)如某条支路两侧的节点电压相量都已知,则该支路电流可通过欧姆定律得到。因此,可推导出n节点微电网系统满足可观测的约束条件F(i)可表示为F(i)=Zaj,1式中:j微电网各个节点间的连接关系。aj组成的矩阵A为nxn邻接矩阵。a,取值为1,i=j;=1,节点i与节点i相连Lo,其他实际微电网中一般会存在部分零注入节点 17 。零注人节点指那些没有与外界进行能量交换的网络节点,即该节点潮流已知为零,与该节点相连接的所有支路都满足基尔霍夫电流定律(KCL)。在进行微电网PMU配置过程中,通过考虑零注人节点,可在一定程度上减少配置
20、数量。(1)若零注人节点j可观,其相邻节点中仅有节点i可观性未知,其他节点均可观,则根据KCL一12 一可知节点i可观。(2)若零注入节点j可观性未知,其相邻节点均为可观节点,则节点j可观。因此考虑零注人节点后,n节点微电网系统满足可观测的约束条件可修正为正比正比1相关相关1(9)(10)F(i)=Za,+Zaryy1,VieMi=1(11)式中:M一一网络中节点集合;i节点是否为零注人节点。其中,yi=1,节点i受相连零注入节点j影响而可观lo,其他(13)由此,可得到考虑零注人节点的正常状态下PMU多目标优化配置模型为rY=(minfi(X),maxf.(X),maxfs(X)X=x1,x
21、2,x,ls.t.F(i)1,i=1,2,n2.2.2任意线路发生故障上节讨论是基于正常运行的微电网,然而PMU的配置是为了有效监控母线节点电气量,及时发现故障信息,从而确定故障区间。在某条线路出现短路或接地故障,即无法工作的情况下,利用该条线路实现相连节点可观性的能力将暂时失去,因此在任意线路故障下,系统应满足如下约束条件。(1)某节点i配置了PMU。(2)与节点i相连的节点中至少有两个节点配置了PMU。因此,在任意线路故障下,满足目标函数的n节点微电网PMU优化配置的约束条件为F(i)=2ajxj+Zajj2i=j若考虑零注人节点,则约束条件为(14)(15)j研究与分析电器与能效管理技术
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 节点 故障率 电网 PMU 多目标 优化 配置 策略
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。