主动配电网分布式鲁棒状态估计

发布时间：2020-05-24 21:04

【摘要】：随着高渗透率分布式电源(Distributed Generations,DG)与可控负荷(Controllable Loads,CL)等可控资源的接入,配电网逐步由被动形态转变为主动配电网(Active Distribution Networks,ADN)。相对于传统配电网,ADN的主要特征体现在可控资源从被动消纳转变为主动引导、控制与利用,从而实现了配电网运行的主动调节与控制,提高了配电网的供电可靠性和电能质量。为实现对配电网运行的主动调控,需对配电网的实时运行状态有精确高效的感知能力,配电网状态估计(Distribution System State Estimation,DSSE)是感知配电系统运行状态的有效途径。由于ADN有着系统规模大、三相不平衡、对数据实时性和精确性要求高等特点,传统集中式状态估计(Centralized State Estimation,CSE)在计算精度与计算时间上面临很大挑战,分布式状态估计(Distributed State Estimation,DSE)的发展成为必然。DSE的核心思想是首先将大规模电网划分为若干小规模子区域,各子区域可采用并行或串行的计算架构进行当地状态估计,然后根据不同需求在各子区域间或上下层间进行信息交互,直至满足设定的收敛条件,从而实现ADN的整体状态估计。本文主要关注影响DSE计算性能因素的三个方面,包括ADN的分区、同步相量量测单元(Phasor Measurement Unit,PMU)量测配置以及分布式通信架构中存在的通信失败问题;针对上述关注的三个问题展开研究,主要工作如下:(1)依据子区域节点数目均衡性、量测冗余度均衡性以及分区后的子区域可观性、连通性等分区原则,基于拓扑分析及PMU安装情况,提出了 ADN分布式状态的分区方法。首先根据DSE的特点提出适用于分布式并行计算的分区准则;利用分支线分层法实现ADN中各节点的分层与编号;树的深度优先搜索算法用于遍历所有节点,在遍历过程中,依据提出的分区准则、以配置PMU的节点作为重叠节点,实现ADN分区;根据配电网的功率等效关系及PMU功率量测数据,在重叠节点处实现子区域解耦。(2)综合考虑经济性、分区均衡性与DSE计算性能,建立了多目标PMU优化配置模型,基于多目标遗传-禁忌搜索算法实现该模型求解,得到PMU配置的帕累托解集。PMU的安装位置对ADN分区和DSE有重要影响,首先分析PMU配置、ADN分区及DSE计算性能之间互相影响及耦合关系;根据分析提取出配置经济性、分区均衡性与DSE计算性能作为配置PMU目标,以此建立了 PMU配置的多目标模型,利用多目标遗传-禁忌搜索算法给出了配置结果。(3)在分析通信失败对DSE影响的基础上,提出了结合一致性算法协调的分布式鲁棒状态估计方法(Distributed State Estimation with Consensus-based Coordination,CC-DSE)。根据PMU优化配置方法以及分区方法实现ADN的量测配置及分区,作为DSE的基础。考虑通信失败对DSE的不良影响,提出了以下改进措施:一方面提出自适应权重的改进WLS算法用于削弱坏数据对当地状态估计的负面影响;另一方面将一致性算法嵌入改进WLS的迭代过程中,用于协调交互的数据,有利于计算效率的提高,并可以有效处理子区域间通信失败带来的问题。CC-DSE在满足精度要求前提下,有效提高了计算效率,并且针对通信失败问题具有较好的鲁棒性。
【图文】：

配电网,分支线,优先搜索算法,后序遍历

首先根据分支线分层法按照分支线距离根节点的远近实现配电网的拓扑分逡逑层［５８］。主馈线为第一层，从主馈线上引出的分支线层次为２，从第二层分支线引逡逑出的分支线的层次为３，以此类推直到所有馈线分层完毕。如图２－１所示，这是逡逑一个１５节点的配电网络，根据分支线分层法可以被划分为３层。完成分层后，逡逑各个节点根据其所在位置给出编号（ａｉ，《２，ａ３，ａ４：），分别代表系统的节点原始编逡逑号，该节点所在分支线的层次编号，该节点所在分支线上的节点编号，该节点是逡逑否安装ＰＭＵ量测编号，0４＝０代表该节点未安装ＰＭＵ，ａ４＝ｌ代表该节点安装逡逑有ＰＭＵ。如图２－１所示，节点编号为（１３，邋２，邋１，０），代表原始系统节点编号为１３，逡逑处于第２层分支线上的第一个节点，该节点上未安装ＰＭＵ。逡逑厂逦子区域逡逑鲁第－二暴？邋Ｊ逡逑逦逦／（１０，２，Ｌ０）邋（１Ｌ２？２，０）邋（１２２３，９）逡逑子区域邋ｉ逦＾逡逑（ｌ－ｌｌ．Ｕ）逦（２．１．２

深度优先搜索,配电网,子区域

搜索并判断上述已搜索的节点是否可以组成一个子区域，即判断已搜索节点数目逡逑是否在给定范围内／＾＾＾＾＾＆＾：若小于＆＾＾继续向前搜索－否则上述逡逑节点形成１如／？个子区域，！＿？〗表示取整运算。以图２＿１为例，这是一个ｉｓ节逡逑点配电网，分别在节点（１，１，１，１）、（４，邋１，４，１）、（５，１，５，邋１）、（６，１，６，邋１）安装有四个逡逑ＰＭＵ；假设该配电网需要被划分为三个子区域，则每个子区域节点数目范围为逡逑５邋Ｓ逦Ｓ邋８；选择主馈线末端节点（７，邋１，邋７，邋０）作为初始搜索节点，搜索路径为（７，邋１，７，逡逑０）－（６，１，６，１）此时判断上述己搜索节点数目共２个，不满足节点数目约束，继续逡逑向前搜索，（１４，２，２，０）－（１５，３，，１，０）邋—（１３，２，１，０）邋—（５，邋１，５，邋１），此时判断上述己搜逡逑索节点数目共６个，在给定范围内，因此上述节点组成一个子区域；然后，以节逡逑点（５，邋１，５，邋１）作为起始点按照相同规则继续搜索并实现分区。如图２－１所示，该配逡逑电网以节点（４
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM727

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