论文摘要
基于同步相量测量技术的广域测量系统在电力系统动态监测、系统建模、模型校核、广域保护和控制方面有着重要的应用价值,也吸引着越来越多人的兴趣。显然,在全网所有母线配置PMU就能进行线性状态估计而不需要迭代,因此计算速度快且无收敛问题。然而考虑到PMU量测的特点及安装费用的约束:在测量电压相量的同时还能测量关联线路的电流相量,因此只需在全网1/5到1/3的母线上配置PMU即可实现全网完全可观测并进行线性状态估计。故在满足特定约束条件下如何以最少数目的PMU实现全网完全可观测,成为了广域测量技术的一个研究重点。本文首先介绍了WAMS系统的架构、应用、基于PMU量测的线性状态估计,然后回顾了现有的满足全网可观测和满足特定应用约束条件的PMU配置方法。分析表明这些方法并不能完全满足实际工程的需求。为解决这一问题,本文提出了PMU配置论域的概念。利用这个概念,可以简化PMU的配置复杂性以及增强配置方法的灵活性。通过改变论域还能使配置结果具有一定的抵御高风险连锁故障的能力。随后,本文提出了基于0-1线性整数规划的能灵活满足多种约束条件的通用PMU配置方法。在此基础上首先针对高压电网中不存在零注入节点的实际情况,提出了一种能够考虑线路N-1和PMU装置N-1的PMU最优配置方法。其次考虑到一般电网中存在的零注入节点会导致模型的高度非线性并且会显著增加PMU配置的复杂度。该方法通过将零注入节点转化为潮流已知线路巧妙地解决了这个问题。最后针对实际工程中分阶段配置PMU的需求,定义了不可观测深度的概念并结合此概念提出了一种能够考虑分阶段配置PMU的最优配置方法。利用该方法,很容易制定实施计划。上述配置模型具有统一的形式,即0-1线性整数规划模型,并且能够处理诸如通信限制、已安装PMU、某些设备需要直接监视之类的约束。通过在IEEE系统、新英格系统、浙江实际电网的仿真计算,表明上述方法灵活而高效。
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摘要Abstract图目录表目录第1章 绪论1.1 背景1.2 广域测量系统国内外发展与现状1.2.1 广域测量系统简介1.2.2 国外情况1.2.2.1 美国1.2.2.2 西班牙1.2.2.3 法国1.2.2.4 加拿大1.2.2.5 日本1.2.3 国内情况1.3 WAMS系统的一般结构1.3.1 WAMS主站架构1.3.2 数据库子系统1.3.3 相量测量装置——WAMS系统厂站部分1.3.3.1 相量测量原理1.3.3.2 功角测量原理1.3.4 时钟同步系统1.4 主要应用领域1.4.1 电网动态安全监测1.4.2 辅助服务质量监测1.4.2.1 发电机组重要特性参数动态监测与评估1.4.2.2 机组AGC调节性能在线分析和监视1.4.2.3 辅助服务质量分析历史记录查询与管理1.4.3 故障定位及线路参数测量1.4.4 低频振荡分析与控制1.4.5 状态估计1.4.6 电压稳定分析1.4.7 暂态稳定分析1.4.8 负荷模型在线辨识1.4.9 广域保护和控制1.5 本文主要工作1.6 本章小结第2章 线性状态估计与PMU优化配置2.1 引言2.2 线性状态估计2.2.1 基于PMU量测的线性状态估计2.2.2 系统可观性定义2.2.2.1 代数可观2.2.2.2 拓扑可观2.2.2.3 单个节点可观性2.2.2.4 系统可观等价表述2.2.3 系统可观性快速判断方法2.2.4 测量冗余度2.3 现有PMU配置方法综述2.3.1 基于特定应用的PMU配置方法2.3.1.1 考虑电压稳定的PMU配置方法2.3.1.2 考虑系统同调性的PMU配置方法2.3.1.3 基于改进状态估计准确性的PMU配置方法2.3.1.4 其它基于特定应用的PMU配置方法2.3.2 基于全网可观测的配置方法2.3.2.1 基于模拟退火法的PMU配置方法2.3.2.2 基于遗传算法的PMU配置方法2.3.2.3 基于禁忌搜索法的PMU配置方法2.3.2.4 其它基于全网可观测的PMU配置方法2.3.3 现有PMU配置方法的不足2.4 结束语第3章 PMU配置的数学基础3.1 引言3.2 PMU最优配置一般模型3.2.1 PMU配置的论域3.2.2 PMU配置的目标和约束条件3.2.3 PMU配置模型描述3.2.3.1 多目标的处理3.2.3.2 模型的线性化的要求3.2.3.3 整数规划和线性规划的关系3.2.3.4 模型的表述3.3 整数规划求解3.3.1 精确求解方法概述3.3.1.1 割平面法3.3.1.2 分枝定界法3.3.2 近似求解方法3.3.2.1 模拟退火算法及其整数规划算法3.3.2.2 生物模拟及其整数规划算法3.4 本章小结第4章 不考虑零注入节点的PMU最优配置算法4.1 引言4.2 电力系统可观定义4.2.1 系统可观定义4.2.1.1 代数可观4.2.1.2 拓扑可观4.2.1.3 单个节点可观性4.2.1.4 系统可观等价表述4.2.2 测量冗余度4.3 布点模型4.3.1 目标函数4.3.2 约束条件4.3.2.1 正常运行方式下完全可观的约束条件4.3.2.2 线路N-1故障保证完全可观的约束条件4.3.2.3 PMU N-1时保证完全可观的约束条件4.3.3 PMU布点的线性01规划模型4.3.4 几种导出模型4.3.4.1 正常运行情况完全可观测PMU布点模型4.3.4.2 线路N-1故障时完全可观测模型4.3.4.3 PMU N-1时时完全可观测模型4.3.5 模型求解4.4 算例4.4.1 正常情况下可观算例4.4.2 线路N-1故障时可观算例4.4.3 PMU N-1故障时可观算例4.4.4 混合条件算例4.5 本章小结第5章 考虑零注入节点的PMU优化配置算法5.1 引言5.2 电力系统可观性定义5.2.1 系统可观定义5.2.1.1 可观性分类5.2.1.2 代数可观5.2.1.3 拓扑可观5.2.1.4 单个节点可观性5.2.1.5 系统可观等价表述5.2.2 测量冗余度5.3 布点模型5.4 约束条件5.4.1 仅考虑PMU量测5.4.1.1 正常运行方式下可观的约束条件5.4.1.2 线路N-1故障保证可观的约束条件5.4.1.3 PMU N-1时保证可观的约束条件5.4.2 记及部分线路潮流5.4.2.1 几个定义5.4.2.2 正常运行方式下可观的约束条件5.4.2.3 线路N-1故障保证可观的约束条件5.4.2.4 PMU N-1时保证可观的约束条件5.4.3 记及部分零注入节点5.5 算例5.5.1 正常情况下可观算例5.5.2 线路N-1故障时可观算例5.5.3 PMU N-1故障时可观算例5.5.4 采用部分线路潮流数据算例5.5.5 浙江电网PMU布点实例5.6 本章小结第6章 基于不可观测深度的分阶段PMU配置算法6.1 引言6.2 可观测性分析6.2.1 可观测性定义6.2.2 不可观测深度6.2.2.1 不可观测深度定义6.2.2.2 不可观测深度的物理意义6.2.3 不完全可观条件下的线性状态估计6.3 不完全可观系统PMU配置模型6.3.1 目标函数6.3.2 约束条件6.3.3 分阶段配置方案6.4 算例及应用6.4.1 新英格兰39节点系统6.4.2 浙江电网实际系统6.5 本章小结第7章 总结与展望7.1 引言7.2 本文的主要研究成果7.3 后期工作展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文致谢
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