一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法包括步驟：A、建立節(jié)點(diǎn)和線路的可觀測域矩陣；B、建立優(yōu)化配置模型的約束條件和目標(biāo)函數(shù)；C、基于TOPSIS的多目標(biāo)離散粒子群方法求解監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置方案。本發(fā)明專利技術(shù)在考慮線路連續(xù)性和完整性基礎(chǔ)上建立電壓暫降可觀測域MRA矩陣；優(yōu)化配置模型采用多目標(biāo)函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單目標(biāo)函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量和監(jiān)測效果協(xié)調(diào)最優(yōu)；利用基于TOPSIS的多目標(biāo)離散粒子群算法求解優(yōu)化配置模型，能夠有效處理多目標(biāo)之間的歸一化比較，得到客觀的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值。有效的電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置在控制監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量有限的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測的范圍大，準(zhǔn)確捕獲電壓暫降的能力強(qiáng)，有利于電網(wǎng)電壓暫降分析與治理。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法
本專利技術(shù)屬電能質(zhì)量分析
，特別是涉及一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法。
技術(shù)介紹
電壓暫降是電力系統(tǒng)的供電電壓方均根值在短時(shí)間突然下降的變化情況，多源于系統(tǒng)短路故障、大電機(jī)啟動(dòng)和變壓器投切，是電力系統(tǒng)中難以避免的電能質(zhì)量問題。其中，多數(shù)電壓暫降是由系統(tǒng)短路故障引起的，系統(tǒng)中某一處發(fā)生短路故障時(shí)，相鄰的節(jié)點(diǎn)可能發(fā)生電壓暫降，甚至傳播到不同的電壓等級(jí)。與此同時(shí)，電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中不斷滲透，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，這些高度自動(dòng)化的設(shè)備更容易受到電壓暫降的影響，對(duì)電能質(zhì)量的要求更高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電能質(zhì)量問題的投訴中，電壓暫降所占比例超過80％。電壓暫降可能會(huì)影響這些設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備故障甚至影響整個(gè)工業(yè)流程的進(jìn)程，帶來無法估量的損失。據(jù)相關(guān)報(bào)道，西安2016年6月18日凌晨0時(shí)30分南郊變電站起火爆炸事故中，并沒有和變電站有直接電力聯(lián)系的三星電子卻由于電壓暫降，出現(xiàn)了持續(xù)數(shù)秒的電壓暫降，工廠部分半導(dǎo)體設(shè)備感應(yīng)到電壓異常自動(dòng)停止運(yùn)作，約損失10％的生產(chǎn)力，造成重大的損失；2017年發(fā)生在紐約地鐵曼哈頓和布魯克林的兩次停運(yùn)事故，分別是由電纜故障和輸電系統(tǒng)事件導(dǎo)致的電壓暫降引起設(shè)備誤動(dòng)造成的地鐵營運(yùn)系統(tǒng)故障，這兩次事件導(dǎo)致幾十萬人的出行受阻，引起市民投訴，登上了紐約郵報(bào)的頭版頭條。因而電壓暫降治理成為電力系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的問題。治理電壓暫降的前提是了解全網(wǎng)的電壓暫降情況，但電力系統(tǒng)安裝的監(jiān)測裝置往往有限，因此監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測到的電壓暫降只能呈現(xiàn)電網(wǎng)局部的電壓暫降情況，而難以完全反映全網(wǎng)電壓暫降的真實(shí)水平，使得電壓暫降的評(píng)估結(jié)果及治理策略制定可能有偏差，甚至帶來錯(cuò)誤導(dǎo)向，給電壓暫降治理帶來困難。因此實(shí)現(xiàn)電壓暫降全網(wǎng)可觀成為電壓暫降治理的重要前提。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述問題，本專利技術(shù)提出了一種綜合考慮監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量和監(jiān)測效果的多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，能夠反映線路的連續(xù)性和完整性，并且能夠使安裝電壓暫降監(jiān)測裝置的數(shù)量和監(jiān)測電壓暫降的效果達(dá)到最優(yōu)，克服了現(xiàn)有優(yōu)化配置方案的單一目標(biāo)導(dǎo)致的配置方案不合理。一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，其特征在于包括以下步驟：A、建立節(jié)點(diǎn)可觀測域矩陣(SMRA)和線路可觀測域矩陣(LMRA)；B、建立電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置模型的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，其中所述約束條件是當(dāng)發(fā)生任意故障時(shí)，保證發(fā)生電壓暫降的節(jié)點(diǎn)能夠至少被一臺(tái)監(jiān)測裝置監(jiān)測到；所述目標(biāo)函數(shù)包括各節(jié)點(diǎn)的觀測能力函數(shù)、全網(wǎng)電壓暫降監(jiān)測的可靠性函數(shù)和成本函數(shù)。C、基于TOPSIS的多目標(biāo)離散粒子群方法求解監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置方案。步驟A中，對(duì)于一個(gè)N節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)SMRAij，type是一個(gè)N*N的矩陣，i表示節(jié)點(diǎn)數(shù)，取值為1，2……，N；j表示故障點(diǎn)，取值為1，2……，N；type為故障類型，每種短路故障建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)可觀測域矩陣，電力系統(tǒng)中短路故障分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路，分別用1，2，3和4表示；Vth表示電壓暫降閾值，Vth的值通常取標(biāo)準(zhǔn)值Vth＝0.9p.u.；Vij表示故障點(diǎn)j發(fā)生短路故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i的電壓有效值；SMRAij＝l，表示故障點(diǎn)j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障點(diǎn)j屬于節(jié)點(diǎn)i監(jiān)測點(diǎn)的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；SMRAij＝0，表示故障點(diǎn)j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i不會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障點(diǎn)j不屬于節(jié)點(diǎn)i的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；最終形成的包含4種不同短路故障類型的SMRA矩陣為：SMRA＝[SMRAij，1SMRAij，2SMRAij，3SMRAij，4]步驟A中，采用可自定義誤差的插值法設(shè)置F個(gè)故障點(diǎn)，每條線路形成P個(gè)分點(diǎn)，每兩個(gè)分點(diǎn)區(qū)段內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可觀測性不變，通過計(jì)算各區(qū)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值，形成N*(P+1)階矩陣，各元素滿足LMRAij，type是一個(gè)N*(P+1)的矩陣，i表示節(jié)點(diǎn)數(shù)，取值為1，2……，N；j表示線路故障區(qū)間，取值為1，2……，(P+1)；type為故障類型，每種短路故障類型建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的線路可觀測域矩陣，電力系統(tǒng)中短路故障分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路，分別用1，2，3和4表示；Vth表示電壓暫降閾值，Vth的值通常取標(biāo)準(zhǔn)值Vth＝0.9p.u.；Vij是凹陷域矩陣Vdip中第i行第j列的值，表示故障區(qū)間j發(fā)生短路故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i的電壓有效值；LMRAij＝l，表示故障區(qū)間j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障區(qū)間j屬于節(jié)點(diǎn)i監(jiān)測點(diǎn)的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；LMRAij＝0，表示故障區(qū)間j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i不會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障區(qū)間j不屬于節(jié)點(diǎn)i的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；則對(duì)于系統(tǒng)中一條線路，其LMRA矩陣為三相短路故障下的LMRA矩陣為式中，L為系統(tǒng)中的線路數(shù)；最終形成的包含4種不同短路故障類型的LMRA矩陣為LMRA＝[LMRAij，1LMRAij，2LMRAij，3LMRAij，4]。步驟B中，優(yōu)化配置模型的約束條件包括：定義決策向量X為N維向量，各維xi表示在一個(gè)系統(tǒng)中的各節(jié)點(diǎn)是否安裝了監(jiān)測裝置在單一類型故障的可觀測域矩陣MRAij，1基礎(chǔ)上建立電壓暫降全網(wǎng)可觀測矩陣：MRA＝[SMRAij，1LMRAij，1SMRAij，2LMRAij，2SMRAij，3LMRAij，3SMRAij，4LMRAij，4]，則該優(yōu)化問題應(yīng)滿足以下約束條件式中，N為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；F為故障點(diǎn)數(shù)。步驟B中，各節(jié)點(diǎn)的觀測能力函數(shù)為：fi＝Ai×gindexi其中，所述四種故障情況下的觀測范圍為：式中，type表示故障類型，type＝1，2，3，4，對(duì)應(yīng)三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路；p(type)表示電力系統(tǒng)發(fā)生不同類型短路故障的概率；觀測范圍Ai，type定義為系統(tǒng)發(fā)生特定類型的短路故障時(shí)第i個(gè)監(jiān)測點(diǎn)能監(jiān)測到的電壓暫降的比例式中，laj，type表示在某種故障類型下第j條線路laj，type長度范圍內(nèi)發(fā)生故障，監(jiān)測點(diǎn)i能夠監(jiān)測到電壓暫降，ls表示系統(tǒng)線路總長度；各節(jié)點(diǎn)電壓暫降捕獲暫降能力gindex以電壓暫降幅值最大值max和電壓暫降平均值average作為反映監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降捕獲能力index的輸入變量，同時(shí)考慮在四種故障類型的index和每種故障實(shí)際發(fā)生概率，式中，indexi，type表示某短路故障類型下第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓暫降捕獲能力，gindexi越小，表示該節(jié)點(diǎn)可觀測域內(nèi)的整體電壓暫降值越低，則該節(jié)點(diǎn)捕獲電壓暫降能力越強(qiáng)。全網(wǎng)電壓暫降監(jiān)測的可靠性函數(shù)為：rtype為某類短路故障類型下的可靠性函數(shù)，為重復(fù)監(jiān)測范圍占全網(wǎng)可監(jiān)測的節(jié)點(diǎn)和線路的比例，式中，Ne表示重復(fù)監(jiān)測的節(jié)點(diǎn)，Sege表示重復(fù)觀測的線路數(shù)量，連續(xù)的線路已根據(jù)插值法利用分段的線路表示，N和Seg分別表示全網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和線路分段數(shù)。成本函數(shù)為：c＝Na式中，Na表示監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，其特征在于包括以下步驟：/nA、建立節(jié)點(diǎn)可觀測域矩陣(SMRA)和線路可觀測域矩陣(LMRA)；/nB、建立電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置模型的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，其中所述約束條件是當(dāng)發(fā)生任意故障時(shí)，保證發(fā)生電壓暫降的節(jié)點(diǎn)能夠至少被一臺(tái)監(jiān)測裝置監(jiān)測到；所述目標(biāo)函數(shù)包括各節(jié)點(diǎn)的觀測能力函數(shù)、全網(wǎng)電壓暫降監(jiān)測的可靠性函數(shù)和成本函數(shù)；/nC、基于TOPSIS的多目標(biāo)離散粒子群方法求解監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置方案。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，其特征在于包括以下步驟：
A、建立節(jié)點(diǎn)可觀測域矩陣(SMRA)和線路可觀測域矩陣(LMRA)；
B、建立電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置模型的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，其中所述約束條件是當(dāng)發(fā)生任意故障時(shí)，保證發(fā)生電壓暫降的節(jié)點(diǎn)能夠至少被一臺(tái)監(jiān)測裝置監(jiān)測到；所述目標(biāo)函數(shù)包括各節(jié)點(diǎn)的觀測能力函數(shù)、全網(wǎng)電壓暫降監(jiān)測的可靠性函數(shù)和成本函數(shù)；
C、基于TOPSIS的多目標(biāo)離散粒子群方法求解監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化配置方案。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述步驟A中，對(duì)于一個(gè)N節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)



SMRAij,type是一個(gè)N*N的矩陣，i表示節(jié)點(diǎn)數(shù)，取值為1，2……，N；j表示故障點(diǎn)，取值為1，2……，N；type為故障類型，每種短路故障建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)可觀測域矩陣，電力系統(tǒng)中短路故障分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路，分別用1，2，3和4表示；Vth表示電壓暫降閾值，Vth的值通常取標(biāo)準(zhǔn)值Vth＝0.9p.u.；Vij表示故障點(diǎn)j發(fā)生短路故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i的電壓有效值；SMRAij＝l，表示故障點(diǎn)j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障點(diǎn)j屬于節(jié)點(diǎn)i監(jiān)測點(diǎn)的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；SMRAij＝0，表示故障點(diǎn)j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i不會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障點(diǎn)j不屬于節(jié)點(diǎn)i的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；最終形成的包含4種不同短路故障類型的SMRA矩陣為：
SMRA＝[SMRAij,1SMRAij,2SMRAij,3SMRAij,4]。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述步驟A中，采用可自定義誤差的插值法設(shè)置F個(gè)故障點(diǎn)，每條線路形成P個(gè)分點(diǎn)，每兩個(gè)分點(diǎn)區(qū)段內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可觀測性不變，通過計(jì)算各區(qū)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值，形成N*(P+1)階矩陣，各元素滿足



LMRAij,type是一個(gè)N*(P+1)的矩陣，i表示節(jié)點(diǎn)數(shù)，取值為1，2……，N；j表示線路故障區(qū)間，取值為1，2……，(P+1)；type為故障類型，每種短路故障類型建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的線路可觀測域矩陣，電力系統(tǒng)中短路故障分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路，分別用1，2，3和4表示；Vth表示電壓暫降閾值，Vth的值通常取標(biāo)準(zhǔn)值Vth＝0.9p.u.；Vij是凹陷域矩陣Vdip中第i行第j列的值，表示故障區(qū)間j發(fā)生短路故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i的電壓有效值；LMRAij＝l，表示故障區(qū)間j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障區(qū)間j屬于節(jié)點(diǎn)i監(jiān)測點(diǎn)的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；LMRAij＝0，表示故障區(qū)間j發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i不會(huì)發(fā)生電壓暫降，即故障區(qū)間j不屬于節(jié)點(diǎn)i的可監(jiān)測區(qū)域內(nèi)；
則對(duì)于系統(tǒng)中一條線路，其LMRA矩陣為



三相短路故障下的LMRA矩陣為



式中，L為系統(tǒng)中的線路數(shù)；
最終形成的包含4種不同短路故障類型的LMRA矩陣為
LMRA＝[LMRAij,1LMRAij,2LMRAij,3LMRAij,4]。


4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電壓暫降監(jiān)測點(diǎn)多目標(biāo)優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述步驟B中，優(yōu)化配置模型的約束條件包括：
定義決策向量X為N維向量，各維xi表示在一個(gè)系統(tǒng)中的各節(jié)點(diǎn)是否安裝了監(jiān)測裝置



在單一類型故障的可觀測域矩陣MRAij,1基礎(chǔ)上建立電壓暫降全網(wǎng)可觀測矩陣：MRA＝[SMRAij,1LMRAij,1SMRAij,2LMRAij,2SMRAij,3LMRAij,3SMRA...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：常瀟，王金浩，張世鋒，李勝文，趙軍，張敏，樊瑞，肖瑩，毛瑞，盧文清，徐永海，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，華北電力大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山西;14