發(fā)布時(shí)間：2020-05-24 21:04

【摘要】：隨著高滲透率分布式電源(Distributed Generations,DG)與可控負(fù)荷(Controllable Loads,CL)等可控資源的接入,配電網(wǎng)逐步由被動形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃优潆娋W(wǎng)(Active Distribution Networks,ADN)。相對于傳統(tǒng)配電網(wǎng),ADN的主要特征體現(xiàn)在可控資源從被動消納轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃右龑?dǎo)、控制與利用,從而實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)運(yùn)行的主動調(diào)節(jié)與控制,提高了配電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行的主動調(diào)控,需對配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)有精確高效的感知能力,配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)(Distribution System State Estimation,DSSE)是感知配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有效途徑。由于ADN有著系統(tǒng)規(guī)模大、三相不平衡、對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和精確性要求高等特點(diǎn),傳統(tǒng)集中式狀態(tài)估計(jì)(Centralized State Estimation,CSE)在計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間上面臨很大挑戰(zhàn),分布式狀態(tài)估計(jì)(Distributed State Estimation,DSE)的發(fā)展成為必然。DSE的核心思想是首先將大規(guī)模電網(wǎng)劃分為若干小規(guī)模子區(qū)域,各子區(qū)域可采用并行或串行的計(jì)算架構(gòu)進(jìn)行當(dāng)?shù)貭顟B(tài)估計(jì),然后根據(jù)不同需求在各子區(qū)域間或上下層間進(jìn)行信息交互,直至滿足設(shè)定的收斂條件,從而實(shí)現(xiàn)ADN的整體狀態(tài)估計(jì)。本文主要關(guān)注影響DSE計(jì)算性能因素的三個(gè)方面,包括ADN的分區(qū)、同步相量量測單元(Phasor Measurement Unit,PMU)量測配置以及分布式通信架構(gòu)中存在的通信失敗問題;針對上述關(guān)注的三個(gè)問題展開研究,主要工作如下:(1)依據(jù)子區(qū)域節(jié)點(diǎn)數(shù)目均衡性、量測冗余度均衡性以及分區(qū)后的子區(qū)域可觀性、連通性等分區(qū)原則,基于拓?fù)浞治黾癙MU安裝情況,提出了 ADN分布式狀態(tài)的分區(qū)方法。首先根據(jù)DSE的特點(diǎn)提出適用于分布式并行計(jì)算的分區(qū)準(zhǔn)則;利用分支線分層法實(shí)現(xiàn)ADN中各節(jié)點(diǎn)的分層與編號;樹的深度優(yōu)先搜索算法用于遍歷所有節(jié)點(diǎn),在遍歷過程中,依據(jù)提出的分區(qū)準(zhǔn)則、以配置PMU的節(jié)點(diǎn)作為重疊節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)ADN分區(qū);根據(jù)配電網(wǎng)的功率等效關(guān)系及PMU功率量測數(shù)據(jù),在重疊節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)子區(qū)域解耦。(2)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、分區(qū)均衡性與DSE計(jì)算性能,建立了多目標(biāo)PMU優(yōu)化配置模型,基于多目標(biāo)遺傳-禁忌搜索算法實(shí)現(xiàn)該模型求解,得到PMU配置的帕累托解集。PMU的安裝位置對ADN分區(qū)和DSE有重要影響,首先分析PMU配置、ADN分區(qū)及DSE計(jì)算性能之間互相影響及耦合關(guān)系;根據(jù)分析提取出配置經(jīng)濟(jì)性、分區(qū)均衡性與DSE計(jì)算性能作為配置PMU目標(biāo),以此建立了 PMU配置的多目標(biāo)模型,利用多目標(biāo)遺傳-禁忌搜索算法給出了配置結(jié)果。(3)在分析通信失敗對DSE影響的基礎(chǔ)上,提出了結(jié)合一致性算法協(xié)調(diào)的分布式魯棒狀態(tài)估計(jì)方法(Distributed State Estimation with Consensus-based Coordination,CC-DSE)。根據(jù)PMU優(yōu)化配置方法以及分區(qū)方法實(shí)現(xiàn)ADN的量測配置及分區(qū),作為DSE的基礎(chǔ)。考慮通信失敗對DSE的不良影響,提出了以下改進(jìn)措施:一方面提出自適應(yīng)權(quán)重的改進(jìn)WLS算法用于削弱壞數(shù)據(jù)對當(dāng)?shù)貭顟B(tài)估計(jì)的負(fù)面影響;另一方面將一致性算法嵌入改進(jìn)WLS的迭代過程中,用于協(xié)調(diào)交互的數(shù)據(jù),有利于計(jì)算效率的提高,并可以有效處理子區(qū)域間通信失敗帶來的問題。CC-DSE在滿足精度要求前提下,有效提高了計(jì)算效率,并且針對通信失敗問題具有較好的魯棒性。
【圖文】：

首先根據(jù)分支線分層法按照分支線距離根節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)近實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的拓?fù)浞皱义蠈樱郏担福�。主饋線為第一層，從主饋線上引出的分支線層次為２，從第二層分支線引逡逑出的分支線的層次為３，以此類推直到所有饋線分層完畢。如圖２－１所示，這是逡逑一個(gè)１５節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)分支線分層法可以被劃分為３層。完成分層后，逡逑各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其所在位置給出編號（ａｉ，《２，ａ３，ａ４：），分別代表系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)原始編逡逑號，該節(jié)點(diǎn)所在分支線的層次編號，該節(jié)點(diǎn)所在分支線上的節(jié)點(diǎn)編號，該節(jié)點(diǎn)是逡逑否安裝ＰＭＵ量測編號，0４＝０代表該節(jié)點(diǎn)未安裝ＰＭＵ，ａ４＝ｌ代表該節(jié)點(diǎn)安裝逡逑有ＰＭＵ。如圖２－１所示，節(jié)點(diǎn)編號為（１３，邋２，邋１，０），代表原始系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)編號為１３，逡逑處于第２層分支線上的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)上未安裝ＰＭＵ。逡逑廠邐子區(qū)域逡逑魯?shù)冢�二暴？邋Ｊ逡逑邐邐／（１０，２，Ｌ０）邋（１Ｌ２？２，０）邋（１２２３，９）逡逑子區(qū)域邋ｉ邐＾逡逑（ｌ－ｌｌ．Ｕ）邐（２．１．２

搜索并判斷上述已搜索的節(jié)點(diǎn)是否可以組成一個(gè)子區(qū)域，即判斷已搜索節(jié)點(diǎn)數(shù)目逡逑是否在給定范圍內(nèi)／＾＾＾＾＾＆＾：若小于＆＾＾繼續(xù)向前搜索－否則上述逡逑節(jié)點(diǎn)形成１如／？個(gè)子區(qū)域，�。�？〗表示取整運(yùn)算。以圖２＿１為例，這是一個(gè)ｉｓ節(jié)逡逑點(diǎn)配電網(wǎng)，分別在節(jié)點(diǎn)（１，１，１，１）、（４，邋１，４，１）、（５，１，５，邋１）、（６，１，６，邋１）安裝有四個(gè)逡逑ＰＭＵ；假設(shè)該配電網(wǎng)需要被劃分為三個(gè)子區(qū)域，則每個(gè)子區(qū)域節(jié)點(diǎn)數(shù)目范圍為逡逑５邋Ｓ邐Ｓ邋８；選擇主饋線末端節(jié)點(diǎn)（７，邋１，邋７，邋０）作為初始搜索節(jié)點(diǎn)，搜索路徑為（７，邋１，７，逡逑０）－（６，１，６，１）此時(shí)判斷上述己搜索節(jié)點(diǎn)數(shù)目共２個(gè)，不滿足節(jié)點(diǎn)數(shù)目約束，繼續(xù)逡逑向前搜索，（１４，２，２，０）－（１５，３，，１，０）邋—（１３，２，１，０）邋—（５，邋１，５，邋１），此時(shí)判斷上述己搜逡逑索節(jié)點(diǎn)數(shù)目共６個(gè)，在給定范圍內(nèi)，因此上述節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)子區(qū)域；然后，以節(jié)逡逑點(diǎn)（５，邋１，５，邋１）作為起始點(diǎn)按照相同規(guī)則繼續(xù)搜索并實(shí)現(xiàn)分區(qū)。如圖２－１所示，該配逡逑電網(wǎng)以節(jié)點(diǎn)（４
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM727

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