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
技術領域：
本發(fā)明涉及獨立電力系統(tǒng)系統(tǒng)分析領域，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：
潮流計算用以分析船舶電力系統(tǒng)在某一時間斷面，系統(tǒng)各狀態(tài)變量值與系統(tǒng)內的 功率分布情況，其計算結果為系統(tǒng)智能保護提供初始條件和判別依據(jù)。常規(guī)潮流計算方法 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 類似，因此，可借鑒陸用配電網(wǎng)潮流計算方法來進行船舶電力系統(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、改進牛頓法等。其中回推-前推算法對于純輻射型網(wǎng)絡或弱環(huán)網(wǎng)絡編程簡單，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)點的能力較弱， 求解時間較長，算法效率低；回路阻抗法雖然處理網(wǎng)孔能力較強，但處理PV節(jié)點的能力依 然較弱；改進牛頓法仍然對初值的選取敏感；改進回推/前推算法，解決了船舶電力系統(tǒng) 潮流計算中弱環(huán)網(wǎng)運行狀態(tài)和系統(tǒng)多源問題，但其計算處理復雜且適應性不強。而隨著 GPS(高精度全球衛(wèi)星導航/定位系統(tǒng))的全面民用化，近年來國內外許多學者在基于GPS 的同步相量測量單元方面開展研究，尤其在硬件性能方面取得了很大進展，已經開始裝備 于陸地電力系統(tǒng)。同步相量測量是應復雜電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)控的需要而興起的一項技術一同步 相量測量裝置(Phasor Measurement Unit, PMU),可以在安裝地點對電力系統(tǒng)相應的各種 參數(shù)進行同步的采集和實時的計算，并根據(jù)不同的電力系統(tǒng)監(jiān)控模式，將檢測數(shù)據(jù)傳送給 監(jiān)控網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)需求節(jié)點。若PMU的測量精度足夠高，則可以認為直接測得相應節(jié)點的電 壓幅值和相角，PMU高精度測量值使傳統(tǒng)潮流計算的節(jié)點類型發(fā)生了很大變化配置PMU的 PQ節(jié)點變成了 PQV 節(jié)點，配置PMU的PV節(jié)點變成了 PV 節(jié)點，而平衡節(jié)點配置PMU正是 系統(tǒng)中其它PMU的相角(時間)參考點。因此PMU的高精度測量值將對傳統(tǒng)的潮流計算產 生重大影響?；诖?，已有研究提出了系統(tǒng)潮流方程直接可解的概念，應用PMU的測量值的 潮流方程直接求解方法不需迭代計算，避免了其他潮流計算方法難以解決的問題，提高了 潮流計算的速度和精度，有很強的適應性。但目前的研究通常集中于實現(xiàn)陸地電網(wǎng)全網(wǎng)的潮流直接可解，不能適應船舶電力 系統(tǒng)因使命任務不同而處于不同的運行工況時其網(wǎng)絡結構和潮流方程發(fā)生改變的情況。而 目前基于船舶電力系統(tǒng)特點的PMU最優(yōu)配置方法鮮見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對船舶電力系統(tǒng)的特點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，得到不同工況下潮流方程及節(jié)點關聯(lián)矩陣；b.)用系統(tǒng)節(jié)點關聯(lián)矩陣描述潮流方程的特點；由系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣和節(jié)點關聯(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)點關聯(lián) 矩陣描述潮流方程的特點關聯(lián)矩陣中每一行對應一個潮流方程，每一列代表對應的節(jié)點 電壓向量，“1”表示潮流方程中未知節(jié)點電壓向量；(1)若某一節(jié)點配置PMU，則潮流方程中該節(jié)點的電壓向量已知，關聯(lián)矩陣對應的 列的元素全部置零；(2)若矩陣中某一行只含一個“1”，則說明其對應的潮流方程只含有一個未知節(jié) 點電壓向量，方程可解，且該非零元所在列對應的節(jié)點的電壓向量亦可知；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)某一工況下的拓撲結構和潮流方程組，形成得到電力系統(tǒng) 關聯(lián)矩陣，設定系統(tǒng)的平衡節(jié)點；(2)將關聯(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非零元，則將該非零元所在列全部置 零；(4)重復步驟(3)，若經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.)的基礎上，考慮船舶電力系統(tǒng)不同工況條件下的潮流方程特點，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)的不同運行工況形成得到各運行工況下關聯(lián)矩陣；(2)確定最大運行工況和從船舶電網(wǎng)中剔除在不同工況下發(fā)生拓撲改變的線路和 節(jié)點形成的強壯子圖及其包含的節(jié)點；(3)采用c.)所述方法判斷在強壯子圖所屬節(jié)點上配置PMU的配置方案是否滿足 最大運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量測冗余度分析原則對N-1電壓相量可解冗余度作如下定義當所 配置的全部PMU中任意一個出現(xiàn)故障時，電壓相量均能保持直接可解的節(jié)點，稱為冗余可 解節(jié)點；對于一個n節(jié)點電網(wǎng)，若采用某PMU配置方案可存在r個冗余可解節(jié)點，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)配置問題。PMU優(yōu)化配置目標是對于船舶電力系統(tǒng)最大運行工況下確定 的n節(jié)點電網(wǎng)，在保證滿足不同工況條件下潮流方程直接可解的基礎上，PMU配置數(shù)目盡
量少而N-1電壓相量可解冗余節(jié)點最多，則多目標優(yōu)化模型為,約束條件是
PMU的配置方案滿足最大運行工況下潮流方程直接可解條件。其中，;表示配置PMU總
權利要求
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，得到不同工況下潮流方程及節(jié)點關聯(lián)矩陣；b.)用系統(tǒng)節(jié)點關聯(lián)矩陣描述潮流方程的特點關聯(lián)矩陣中每一行對應一個潮流方 程，每一列代表對應的節(jié)點電壓向量，“ 1”表示潮流方程中未知節(jié)點電壓向量；其中(1)若某一節(jié)點配置PMU，則潮流方程中該節(jié)點的電壓向量已知，關聯(lián)矩陣對應的列的 元素全部置零；(2)若矩陣中某一行只含一個“1”，則說明其對應的潮流方程只含有一個未知節(jié)點電 壓向量，方程可解，且該非零元所在列對應的節(jié)點的電壓向量亦可知；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)某一工況下的拓撲結構和潮流方程組，形成得到電力系統(tǒng)關聯(lián) 矩陣，設定系統(tǒng)的平衡節(jié)點；(2)將關聯(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非零元，則將該非零元所在列全部置零；(4)重復步驟(3)，若經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.)的基礎上，考慮船舶電力系統(tǒng)不同工況條件下的潮流方程特點，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)的不同運行工況形成得到各運行工況下關聯(lián)矩陣；(2)確定最大運行工況和從船舶電網(wǎng)中剔除在不同工況下發(fā)生拓撲改變的線路和節(jié)點 形成的強壯子圖及其包含的節(jié)點；(3)采用c.)所述方法判斷在強壯子圖所屬節(jié)點上配置PMU的配置方案是否滿足最大 運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量測冗余度分析原則對N-1電壓相量可解冗余度作如下定義當所配置 的全部PMU中任意一個出現(xiàn)故障時，電壓相量均能保持直接可解的節(jié)點，稱為冗余可解節(jié) 點；對于一個n節(jié)點電網(wǎng)，若采用某PMU配置方案可存在r個冗余可解節(jié)點，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上，PMU配置數(shù)目盡量少而N-1電壓相量可解冗余節(jié)點最多，多目標優(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)點關聯(lián)矩陣；b.)用系統(tǒng)節(jié)點關聯(lián)矩陣描述潮流方程的特點；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量測冗余度分析原則對N-1電壓相量可解冗余度作定義；f.)在最大運行工況下，在保證滿足不同工況條件下潮流方程直接可解的基礎上，PMU配置數(shù)目盡量少而N-1電壓相量可解冗余節(jié)點最多；g.)采用量子遺傳算法具有全局尋優(yōu)的能力能在整個解空間內快速搜索多目標函數(shù)的Pareto最優(yōu)解。
文檔編號H02J3/00GK102664402SQ201210125429
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權日2012年4月26日
發(fā)明者卜樂平, 夏立, 王家林, 王征, 邵英 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學