專利名稱：基于潮流直接可解的船舶電力系統(tǒng)pmu優(yōu)化配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獨(dú)立電力系統(tǒng)系統(tǒng)分析領(lǐng)域，具體是一種基于潮流直接可解的船舶電 力系統(tǒng)PMU優(yōu)化配置方法。
背景技術(shù)：
潮流計(jì)算用以分析船舶電力系統(tǒng)在某一時(shí)間斷面，系統(tǒng)各狀態(tài)變量值與系統(tǒng)內(nèi)的 功率分布情況，其計(jì)算結(jié)果為系統(tǒng)智能保護(hù)提供初始條件和判別依據(jù)。常規(guī)潮流計(jì)算方法 如牛頓-拉夫遜法和快速解耦等方法不易收斂，但船舶電力系統(tǒng)與陸用電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò) 類似，因此，可借鑒陸用配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行船舶電力系統(tǒng)潮流分析。可采用的方法 有回推-前推算法、Zbus法、回路阻抗法、改進(jìn)牛頓法等。其中回推-前推算法對(duì)于純輻射型網(wǎng)絡(luò)或弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)編程簡(jiǎn)單，求解速度快，但處 理網(wǎng)孔能力較差，隨著網(wǎng)孔數(shù)量的增加，算法收斂性變差，Zbus法處理PV節(jié)點(diǎn)的能力較弱， 求解時(shí)間較長(zhǎng)，算法效率低；回路阻抗法雖然處理網(wǎng)孔能力較強(qiáng)，但處理PV節(jié)點(diǎn)的能力依 然較弱；改進(jìn)牛頓法仍然對(duì)初值的選取敏感；改進(jìn)回推/前推算法，解決了船舶電力系統(tǒng) 潮流計(jì)算中弱環(huán)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)多源問(wèn)題，但其計(jì)算處理復(fù)雜且適應(yīng)性不強(qiáng)。而隨著 GPS(高精度全球衛(wèi)星導(dǎo)航/定位系統(tǒng))的全面民用化，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在基于GPS 的同步相量測(cè)量單元方面開(kāi)展研究，尤其在硬件性能方面取得了很大進(jìn)展，已經(jīng)開(kāi)始裝備 于陸地電力系統(tǒng)。同步相量測(cè)量是應(yīng)復(fù)雜電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的需要而興起的一項(xiàng)技術(shù)一同步 相量測(cè)量裝置(Phasor Measurement Unit, PMU),可以在安裝地點(diǎn)對(duì)電力系統(tǒng)相應(yīng)的各種 參數(shù)進(jìn)行同步的采集和實(shí)時(shí)的計(jì)算，并根據(jù)不同的電力系統(tǒng)監(jiān)控模式，將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送給 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)需求節(jié)點(diǎn)。若PMU的測(cè)量精度足夠高，則可以認(rèn)為直接測(cè)得相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的電 壓幅值和相角，PMU高精度測(cè)量值使傳統(tǒng)潮流計(jì)算的節(jié)點(diǎn)類型發(fā)生了很大變化配置PMU的 PQ節(jié)點(diǎn)變成了 PQV 節(jié)點(diǎn)，配置PMU的PV節(jié)點(diǎn)變成了 PV 節(jié)點(diǎn)，而平衡節(jié)點(diǎn)配置PMU正是 系統(tǒng)中其它PMU的相角(時(shí)間)參考點(diǎn)。因此PMU的高精度測(cè)量值將對(duì)傳統(tǒng)的潮流計(jì)算產(chǎn) 生重大影響。基于此，已有研究提出了系統(tǒng)潮流方程直接可解的概念，應(yīng)用PMU的測(cè)量值的 潮流方程直接求解方法不需迭代計(jì)算，避免了其他潮流計(jì)算方法難以解決的問(wèn)題，提高了 潮流計(jì)算的速度和精度，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。但目前的研究通常集中于實(shí)現(xiàn)陸地電網(wǎng)全網(wǎng)的潮流直接可解，不能適應(yīng)船舶電力 系統(tǒng)因使命任務(wù)不同而處于不同的運(yùn)行工況時(shí)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流方程發(fā)生改變的情況。而 目前基于船舶電力系統(tǒng)特點(diǎn)的PMU最優(yōu)配置方法鮮見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)提出一種基于潮流直接可 解的船舶電力系統(tǒng)PMU優(yōu)化配置方法。本發(fā)明基于潮流直接可解的船舶電力系統(tǒng)PMU優(yōu)化配置方法，包括如下步驟
a.)根據(jù)船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，得到不同工況下潮流方程及節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；b.)用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣描述潮流方程的特點(diǎn)；由系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián) 矩陣的定義可知其矩陣維數(shù)相同且矩陣元素中非零元位置相同，因此可以用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián) 矩陣描述潮流方程的特點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣中每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)潮流方程，每一列代表對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn) 電壓向量，“1”表示潮流方程中未知節(jié)點(diǎn)電壓向量；(1)若某一節(jié)點(diǎn)配置PMU，則潮流方程中該節(jié)點(diǎn)的電壓向量已知，關(guān)聯(lián)矩陣對(duì)應(yīng)的 列的元素全部置零；(2)若矩陣中某一行只含一個(gè)“1”，則說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的潮流方程只含有一個(gè)未知節(jié) 點(diǎn)電壓向量，方程可解，且該非零元所在列對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電壓向量亦可知；c.)在船舶電力系統(tǒng)某一工況下的潮流方程，PMU配置方案是否滿足潮流直接可 解的判斷條件是考查一種PMU配置方案，配置有PMU的節(jié)點(diǎn)電壓相量成為已知，(1)根據(jù)船舶電力系統(tǒng)某一工況下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方程組，形成得到電力系統(tǒng) 關(guān)聯(lián)矩陣，設(shè)定系統(tǒng)的平衡節(jié)點(diǎn)；(2)將關(guān)聯(lián)矩陣中已知電壓相量的所在列的元素全部置零；(3)若部分置零后的矩陣中某一行只含一個(gè)非零元，則將該非零元所在列全部置 零；(4)重復(fù)步驟(3)，若經(jīng)變換處理后的矩陣為零秩矩陣，則該配置方案可使潮流方 程直接可解，否則不直接可解。d.)在c.)的基礎(chǔ)上，考慮船舶電力系統(tǒng)不同工況條件下的潮流方程特點(diǎn)，PMU配 置方案是否滿足不同工況下潮流直接可解的判斷條件是(1)根據(jù)船舶電力系統(tǒng)的不同運(yùn)行工況形成得到各運(yùn)行工況下關(guān)聯(lián)矩陣；(2)確定最大運(yùn)行工況和從船舶電網(wǎng)中剔除在不同工況下發(fā)生拓?fù)涓淖兊木€路和 節(jié)點(diǎn)形成的強(qiáng)壯子圖及其包含的節(jié)點(diǎn)；(3)采用c.)所述方法判斷在強(qiáng)壯子圖所屬節(jié)點(diǎn)上配置PMU的配置方案是否滿足 最大運(yùn)行工況下潮流方程直接可解條件；(4)滿足(3)，則該配置方案滿足不同工況下潮流方程直接可解條件，反之則不滿 足。e.)借鑒N-1量測(cè)冗余度分析原則對(duì)N-1電壓相量可解冗余度作如下定義當(dāng)所 配置的全部PMU中任意一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，電壓相量均能保持直接可解的節(jié)點(diǎn)，稱為冗余可 解節(jié)點(diǎn)；對(duì)于一個(gè)n節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)，若采用某PMU配置方案可存在r個(gè)冗余可解節(jié)點(diǎn)，則該方案 的N-1電壓相量可解冗余度為Dr = r/n。f.)著重考慮最大運(yùn)行工況下PMU配置數(shù)目最少和N-1電壓相量可解冗余度最高 條件下的PMU最優(yōu)配置問(wèn)題。PMU優(yōu)化配置目標(biāo)是對(duì)于船舶電力系統(tǒng)最大運(yùn)行工況下確定 的n節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)，在保證滿足不同工況條件下潮流方程直接可解的基礎(chǔ)上，PMU配置數(shù)目盡
量少而N-1電壓相量可解冗余節(jié)點(diǎn)最多，則多目標(biāo)優(yōu)化模型為,約束條件是
PMU的配置方案滿足最大運(yùn)行工況下潮流方程直接可解條件。其中，;表示配置PMU總
權(quán)利要求
1. 一種基于潮流直接可解的船舶電力系統(tǒng)PMU優(yōu)化配置方法，其特征在于包括如下步驟a.)根據(jù)船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，得到不同工況下潮流方程及節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；b.)用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣描述潮流方程的特點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣中每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)潮流方 程，每一列代表對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)電壓向量，“ 1”表示潮流方程中未知節(jié)點(diǎn)電壓向量；其中(1)若某一節(jié)點(diǎn)配置PMU，則潮流方程中該節(jié)點(diǎn)的電壓向量已知，關(guān)聯(lián)矩陣對(duì)應(yīng)的列的 元素全部置零；(2)若矩陣中某一行只含一個(gè)“1”，則說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的潮流方程只含有一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)電 壓向量，方程可解，且該非零元所在列對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的電壓向量亦可知；c.)判斷在船舶電力系統(tǒng)某一工況下的潮流方程，PMU配置方案是否滿足潮流直接可 解，其判斷條件是考查一種PMU配置方案，配置有PMU的節(jié)點(diǎn)電壓相量成為已知，具體的判 斷步驟為(1)根據(jù)船舶電力系統(tǒng)某一工況下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方程組，形成得到電力系統(tǒng)關(guān)聯(lián) 矩陣，設(shè)定系統(tǒng)的平衡節(jié)點(diǎn)；(2)將關(guān)聯(lián)矩陣中已知電壓相量的所在列的元素全部置零；(3)若部分置零后的矩陣中某一行只含一個(gè)非零元，則將該非零元所在列全部置零；(4)重復(fù)步驟(3)，若經(jīng)變換處理后的矩陣為零秩矩陣，則該配置方案可使潮流方程直 接可解，否則不直接可解；d.)在c.)的基礎(chǔ)上，考慮船舶電力系統(tǒng)不同工況條件下的潮流方程特點(diǎn)，判斷PMU配 置方案是否滿足不同工況下潮流直接可解，其判斷條件是(1)根據(jù)船舶電力系統(tǒng)的不同運(yùn)行工況形成得到各運(yùn)行工況下關(guān)聯(lián)矩陣；(2)確定最大運(yùn)行工況和從船舶電網(wǎng)中剔除在不同工況下發(fā)生拓?fù)涓淖兊木€路和節(jié)點(diǎn) 形成的強(qiáng)壯子圖及其包含的節(jié)點(diǎn)；(3)采用c.)所述方法判斷在強(qiáng)壯子圖所屬節(jié)點(diǎn)上配置PMU的配置方案是否滿足最大 運(yùn)行工況下潮流方程直接可解條件；(4)滿足(3)，則該配置方案滿足不同工況下潮流方程直接可解條件，反之則不滿足；e.)借鑒N-1量測(cè)冗余度分析原則對(duì)N-1電壓相量可解冗余度作如下定義當(dāng)所配置 的全部PMU中任意一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，電壓相量均能保持直接可解的節(jié)點(diǎn)，稱為冗余可解節(jié) 點(diǎn)；對(duì)于一個(gè)n節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)，若采用某PMU配置方案可存在r個(gè)冗余可解節(jié)點(diǎn)，則該方案的N-1 電壓相量可解冗余度為Dr = r/n ；f.)在最大運(yùn)行工況下，在保證滿足不同工況條件下潮流方程直接可解的基礎(chǔ)上，PMU配置數(shù)目盡量少而N-1電壓相量可解冗余節(jié)點(diǎn)最多，多目標(biāo)優(yōu)化模型為
全文摘要
一種基于潮流直接可解的船舶電力系統(tǒng)PMU優(yōu)化配置方法，包括a.)得到不同工況下潮流方程及節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；b.)用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣描述潮流方程的特點(diǎn)；c.)判斷在船舶電力系統(tǒng)某一工況下的潮流方程，PMU配置方案是否滿足潮流直接可解；d.)在c.)的基礎(chǔ)上，判斷PMU配置方案是否滿足不同工況下潮流直接可解；e.)借鑒N-1量測(cè)冗余度分析原則對(duì)N-1電壓相量可解冗余度作定義；f.)在最大運(yùn)行工況下，在保證滿足不同工況條件下潮流方程直接可解的基礎(chǔ)上，PMU配置數(shù)目盡量少而N-1電壓相量可解冗余節(jié)點(diǎn)最多；g.)采用量子遺傳算法具有全局尋優(yōu)的能力能在整個(gè)解空間內(nèi)快速搜索多目標(biāo)函數(shù)的Pareto最優(yōu)解。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102664402SQ201210125429
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者卜樂(lè)平, 夏立, 王家林, 王征, 邵英 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)