太阳城集团

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一种基于PMU数据的电网动态可观方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201310651766.1

申请日:

2013.12.05

公开号:

CN103632313A

公开日:

2014.03.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):G06F 19/00登记生效日:20171120变更事项:专利权人变更前权利人:国家电网公司变更后权利人:国家电网公司变更事项:地址变更前权利人:100031 北京市西城区西长安街86号变更后权利人:100031 北京市西城区西长安街86号变更事项:共同专利权人变更前权利人:南京南瑞集团公司 国家电网公司华北分部变更后权利人:国电南瑞科技股份有限公司 国家电网公司华北分部|||授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):G06Q 50/06变更事项:申请人变更前权利人:国家电网公司变更后权利人:国家电网公司变更事项:地址变更前权利人:100031 北京市西城区西长安街86号变更后权利人:100031 北京市西城区西长安街86号变更事项:申请人变更前权利人:南京南瑞集团公司变更后权利人:南京南瑞集团公司 国家电网公司华北分部登记生效日:20150216|||实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 50/06申请日:20131205|||公开
IPC分类号: G06Q50/06(2012.01)I 主分类号: G06Q50/06
申请人: 国家电网公司; 南京南瑞集团公司
发明人: 王述仲; 郭健; 施秀萍; 王英涛; 范宁宁; 杜向楠
地址: 100031 北京市西城区西长安街86号
优先权:
专利代理机构: 北京安博达知识产权代理有限公司 11271 代理人: 徐国文
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201310651766.1

授权太阳城集团号:

||||||||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2017.12.08|||2016.09.21|||2015.03.18|||2014.05.21|||2014.03.12

法律状态类型:

太阳城集团专利申请权、专利权的转移|||授权|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法,在实现PMU优化布点的基础上,结合EMS/SCADA(能量管理系统/数据采集与监视控制系统)状态估计后的网络拓扑太阳城集团,实现PMU数据的全网动态可观,从而为电网高级应用分析功能提供完整、可靠和实时的太阳城集团,最后,结合C/S和B/S架构,将动态监测和分析的结果以二维或三维的形式直观地展示给调度员,辅助决策。本发明结合电网模态分析方法,考虑到了有功和电压相角之间的耦合关系,采用最小支配集算法,实现的PMU布点方法能比较真实准确的反映当前电网稳定的薄弱区域;通过解析状态估计后的EMS/SCADA数据,并与PMU配置数据进行映射关联,形成的混合数据,为后续分析提供了可靠精确的数据源。

权利要求书

权利要求书
1.  一种基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
步骤1:根据离线方式数据,获取电网拓扑结构,得到关键节点和关键机组的权重因子,结合最小支配集对PMU进行布点,形成PMU配置文件;
步骤2:读取E格式数据文件,与PMU配置文件进行映射关联,形成数据映射文件;
步骤3:根据形成的数据映射文件,循环监听接收解析PMU数据;
步骤4:根据获取的电网拓扑结构,结合B/S、C/S架构,以二维和三维的形式展示PMU数据和分析结果。

2.  根据权利要求1所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤1包括以下步骤:
步骤1-1:读入离线方式数据,形成节点邻接矩阵,构造包含n个节点、b条边的图G=(V,E),其中V为节点集合,E为支路集合;布尔变量为:

其中,υi和υj分别为第i个节点和第j个节点,i,j∈n,n为节点个数,adj(υi)为与第i个节点υi有直接支路联系节点集合,于是得到最小支配集有:

步骤1-2:分别计算修正后系统的Q-V雅可比矩阵JRQV和P-θ雅可比矩阵JRPθ的特征值,然后根据模态分析方法计算各节点的权重系数;
步骤1-3:根据得到的最小支配集,选取节点的集合形成PMU布点策略,其中节点包括权重系数最大的前m个发电机节点、权重系统最大的前l个母线节点、负荷节点和枢纽节点;
步骤1-4:判断形成的PMU布点策略是否满足可观性,如满足,则保存配置文件。

3.  根据权利要求2所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤1-2包括以下步骤:
步骤1-2-1:获取发电机节点,分别计算Q-V雅可比矩阵JRQV和P-θ雅可比矩阵JRPθ的特征值λQi和λPi,得到模态方阵,并对各自的左、右特征向量进行单位化处理;
步骤1-2-2:对母线节点,计算第k个节点υk在模态t下的权重系数Wkt,有
Wkt=WQk(uqktυqkt)+WPk(upktυpkt)        (3)
其中,WQk为节点υk的无功权重,WPk为节点υk的有功权重,且满足WQk+WPk=1;uqkt和υqkt分别为Q-V雅克比矩阵的左、右特征向量;upkt和υpkt分别为P-θ雅克比矩阵的左、右特征向量;
从而得到节点υk的权重系数Wk,有:
Wk=Σt=0mWkt---(4)]]>
其中,m为模态总数;
步骤1-2-3:对发电机节点,在电压幅值和角度变化已知的情况下,推得在模态t下,发电机Gk的无功出力变化ΔQgmaxi为
ΔQgmaxt=kmax(ΔQgkt)---(5)]]>
其中,ΔQgkt为发电机Gk在模态t下的出力变化;
则发电机Gk对应的发电机节点在模态t下的权重系数pgkt为:
pgkt=ΔQgktΔQgmaxt---(6)]]>
发电机Gk对应的发电机节点的权重系数为:
WGk=Σt=0mpgkt---(7)]]>
其中,WGk为发电机Gk的权重系数。

4.  根据权利要求2所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤1-3中,经过模态分析后,将母线节点和发电机节点的权重系数由大到小排列,得到基于模态分析的PMU布点策略。

5.  根据权利要求2所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤1-4中,从代数可观和拓扑可观两方面判断所述PMU布点策略是否满足可观性,包括以下步骤:
步骤1-4-1:判断PMU布点策略是否满足代数可观;
对于n个节点,若电力系统中功率、电压之间线性化关系的雅可比矩阵H是满秩的矩阵,即满足Rank(H)=2n-1,则认为PMU布点策略代数可观,否则,认为其代数不可观;
步骤1-4-2:判断PMU布点策略是否满足拓扑可观;
构造子图G′=(V′,E′),并有V′∈V,E′∈E;若G′与G的关系满足V∈V′,即G′包含G的所有节点,则认为PMU布点策略拓扑可观;否则,认为其拓扑不可观;
步骤1-4-3:若PMU布点策略同时满足代数可观和拓扑可观,则认为该PMU布点策略满足可观性。

6.  根据权利要求1所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤2包括以下步骤:
步骤2-1:读入PMU配置太阳城集团,提取PMU通道太阳城集团;如涉及读入多个PMU配置太阳城集团,需执行合并操作,合并次序按照PMU物理设备的物理接入顺序进行;
步骤2-2:读入E格式数据,进行拓扑分析得到电网拓扑结构;
步骤2-3:配置厂站地理位置太阳城集团,实现厂站名与经纬度太阳城集团的关联;
步骤2-4:根据PMU配置太阳城集团,匹配E格式数据文件中的厂站名,根据PMU通道名称,匹配E格式数据文件中设备类型和设备名称,自动生成设备对应的拓扑节点太阳城集团;
步骤2-5:重复步骤2-4,从而生成所有PMU物理设备下所有PMU通道和E格式厂站拓扑关系映射的数据映射文件,保存成PMU配置文件。

7.  根据权利要求6所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤2-2中的电网拓扑结构中,厂站通过电气岛名从属于某个岛中;拓扑节点通过电气岛名从属于某个岛,拓扑节点通过拓扑名前缀从属于某个厂站,PMU物理设备通过拓扑名从属于某个拓扑节点;电网拓扑结构从电气岛、厂站、拓扑节点和PMU物理设备来看是无根倒立的多叉树;所述PMU物理设备包括母线、交流线路和发电机。

8.  根据权利要求7所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤2-2中的拓扑分析包括站内拓扑分析和全网拓扑分析,其中,搜索完开关或者母线就完成了站内拓扑分析,采用广度优先搜索法完成全网拓扑分析,具体包括以下步骤:
步骤2-2-1:对全网拓扑节点编号,并初始化堆栈和各节点标志位;
步骤2-2-2:从当前节点搜索与其相连的所有节点,压入堆栈,并置已读标志位;
步骤2-2-3:节点出栈,重复步骤2-2-2;
步骤2.2.4:若堆栈为空,则拓扑分析结束。

9.  根据权利要求6所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤3包括以下步骤:
步骤3-1:启动数据接收主/备服务,基于心跳机制,循环接收多个PMU子站的动态数据;
步骤3-2:根据生成的PMU配置太阳城集团,在实时能量管理系统拓扑结构数据的基础上,注入PMU数据,以数据帧的格式组装,从而得到某太阳城集团点的混合数据;
步骤3-3:形成的混合数据,以一帧或多帧的形式,推送到前台,供B/S服务器和C/S 服务器调用;
步骤3-4:按太阳城集团顺序将接收到的多帧混合数据循环组装后插入数据库表结果中,形成历史数据,供离线分析使用。

10.  根据权利要求9所述的基于PMU数据的电网动态可观方法,其特征在于:所述步骤4包括以下步骤:
步骤4-1:接收上传的混合数据,根据混合帧格式对PMU数据进行解析;B/S服务器和C/S服务器分别定时或手动地读取PMU配置太阳城集团,绘制地理接线图;
步骤4-2:将解析后得到的PMU数据与地理接线图进行关联,动态刷新;
所述PMU数据包括母线电压、频率、线路有功功率、线路无功功率、发电机内电势、功角和转速;
步骤4-3:从功角稳定、电压稳定、频率稳定、动态稳定和热稳定四个角度对当前电网状态进行可视化;
其中,当前电网的最大功角差采用极坐标方式以仪表盘的形式对功角稳定进行可视化;采用等高线实现对电压稳定和频率稳定的可视化,基于频谱分析实现动态稳定可视化,采用不同颜色表示线路负荷情况实现热稳定可视化。

说明书

说明书一种基于PMU数据的电网动态可观方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域,具体涉及一种基于PMU数据的电网动态可观方法。
背景技术
随着大区互联电网的形成,电网容量和规模不断扩大,系统动态过程复杂性日益增加。近年来,WAMS系统可在同一太阳城集团坐标下获取各节点的实时稳态和动态太阳城集团,且具有很高的精度、同步性和准确性,为互联电力系统的动态分析和控制提供了新的手段和视角。
因此,为实现对电网的同步监测、分析电力系统的动态过程、物理过程以及稳定性等;一方面,需要对电力系统电压、电流等电气状态量进行监测,另一方面,要对电力系统机械量和电气量的相互作用进行观测。当前的主要矛盾是:尽管PMU提供了大量的、高精度、高密度的数据,造成大量的数据太阳城集团冗余,但现有的高级应用算法还无法正确使用这些数据,有可能得不出正确的结论,不能有效的应用到实时在线系统中。另外,PMU的采样速度很快,要实时应用这些数据,数据传输必须保证可靠。考虑经济因素,目前还不能在所有节点配置PMU,所以,PMU布点是WAMS系统建设的基础工作,其布点的合理与否直接影响到采集到的太阳城集团量和对电网的监测程度。
目前电网调度自动化系统(EMS/SCADA系统)理论和工程应用相对成熟,它主要以电网稳态运行的监测为主,不能够满足动态监测过程的要求,而广域测量系统的数据类型、刷新频率、传送速率和太阳城集团处理能力使之能够提供电力系统的动态太阳城集团,但EMS系统的太阳城集团量较多,这也是目前WAMS的弱点,因此,广域量测系统和SCADA系统之间的数据交换可以使两系统优势互补,如何实现PMU数据的动态可观,从而提高整个电网的监测水平,是亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法,在实现PMU优化布点的基础上,需要结合EMS/SCADA(能量管理系统/数据采集与监视控制系统)状态估计后的网络拓扑太阳城集团,实现PMU数据的全网动态可观,从而为电网高级应用分析功能提供完整、可靠和实时的太阳城集团,最后,结合C/S和B/S架构,将动态监测和分析 的结果以二维或三维的形式直观地展示给调度员,辅助决策。
本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:根据离线方式数据,获取电网拓扑结构,得到关键节点和关键机组的权重因子,结合最小支配集对PMU进行布点,形成PMU配置文件;
步骤2:读取E格式数据文件,与PMU配置文件进行映射关联,形成数据映射文件;
步骤3:根据形成的数据映射文件,循环监听接收解析PMU数据;
步骤4:根据获取的电网拓扑结构,结合B/S、C/S架构,以二维和三维的形式展示PMU数据和分析结果。
所述步骤1包括以下步骤:
步骤1-1:读入离线方式数据,形成节点邻接矩阵,构造包含n个节点、b条边的图G=(V,E),其中V为节点集合,E为支路集合;布尔变量为:

其中,υi和υj分别为第i个节点和第j个节点,i,j∈n,n为节点个数,adj(υi)为与第i个节点υi有直接支路联系节点集合,于是得到最小支配集有:

步骤1-2:分别计算修正后系统的Q-V雅可比矩阵JRQV和P-θ雅可比矩阵JRPθ的特征值,然后根据模态分析方法计算各节点的权重系数;
步骤1-3:根据得到的最小支配集,选取节点的集合形成PMU布点策略,其中节点包括权重系数最大的前m个发电机节点、权重系统最大的前l个母线节点、负荷节点和枢纽节点;
步骤1-4:判断形成的PMU布点策略是否满足可观性,如满足,则保存配置文件。
所述步骤1-2包括以下步骤:
步骤1-2-1:获取发电机节点,分别计算Q-V雅可比矩阵JRQV和P-θ雅可比矩阵JRPθ的特征值λQi和λPi,得到模态方阵,并对各自的左、右特征向量进行单位化处理;
步骤1-2-2:对母线节点,计算第k个节点υk在模态t下的权重系数Wkt,有
Wkt=WQk(uqktυqkt)+WPk(upktυpkt)        (3)
其中,WQk为节点υk的无功权重,WPk为节点υk的有功权重,且满足WQk+WPk=1;uqkt和υqkt分别为Q-V雅克比矩阵的左、右特征向量;upkt和υpkt分别为P-θ雅克比矩阵的左、右特 征向量;
从而得到节点υk的权重系数Wk,有:
Wk=Σt=0mWkt---(4)]]>
其中,m为模态总数;
步骤1-2-3:对发电机节点,在电压幅值和角度变化已知的情况下,推得在模态t下,发电机Gk的无功出力变化ΔQgmaxi为
ΔQgmaxt=kmax(ΔQgkt)---(5)]]>
其中,ΔQgkt为发电机Gk在模态t下的出力变化;
则发电机Gk对应的发电机节点在模态t下的权重系数pgkt为:
pgkt=ΔQgktΔQgmaxt---(6)]]>
发电机Gk对应的发电机节点的权重系数为:
WGk=Σt=0mpgkt---(7)]]>
其中,WGk为发电机Gk的权重系数。
所述步骤1-3中,经过模态分析后,将母线节点和发电机节点的权重系数由大到小排列,得到基于模态分析的PMU布点策略。
所述步骤1-4中,从代数可观和拓扑可观两方面判断所述PMU布点策略是否满足可观性,包括以下步骤:
步骤1-4-1:判断PMU布点策略是否满足代数可观;
对于n个节点,若电力系统中功率、电压之间线性化关系的雅可比矩阵H是满秩的矩阵,即满足Rank(H)=2n-1,则认为PMU布点策略代数可观,否则,认为其代数不可观;
步骤1-4-2:判断PMU布点策略是否满足拓扑可观;
构造子图G′=(V′,E′),并有V′∈V,E′∈E;若G′与G的关系满足V∈V′,即G′包含G的所有节点,则认为PMU布点策略拓扑可观;否则,认为其拓扑不可观;
步骤1-4-3:若PMU布点策略同时满足代数可观和拓扑可观,则认为该PMU布点策略满足可观性。
所述步骤2包括以下步骤:
步骤2-1:读入PMU配置太阳城集团,提取PMU通道太阳城集团;如涉及读入多个PMU配置太阳城集团, 需执行合并操作,合并次序按照PMU物理设备的物理接入顺序进行;
步骤2-2:读入E格式数据,进行拓扑分析得到电网拓扑结构;
步骤2-3:配置厂站地理位置太阳城集团,实现厂站名与经纬度太阳城集团的关联;
步骤2-4:根据PMU配置太阳城集团,匹配E格式数据文件中的厂站名,根据PMU通道名称,匹配E格式数据文件中设备类型和设备名称,自动生成设备对应的拓扑节点太阳城集团;
步骤2-5:重复步骤2-4,从而生成所有PMU物理设备下所有PMU通道和E格式厂站拓扑关系映射的数据映射文件,保存成PMU配置文件。
所述步骤2-2中的电网拓扑结构中,厂站通过电气岛名从属于某个岛中;拓扑节点通过电气岛名从属于某个岛,拓扑节点通过拓扑名前缀从属于某个厂站,PMU物理设备通过拓扑名从属于某个拓扑节点;电网拓扑结构从电气岛、厂站、拓扑节点和PMU物理设备来看是无根倒立的多叉树;所述PMU物理设备包括母线、交流线路和发电机。
所述步骤2-2中的拓扑分析包括站内拓扑分析和全网拓扑分析,其中,搜索完开关或者母线就完成了站内拓扑分析,采用广度优先搜索法完成全网拓扑分析,具体包括以下步骤:
步骤2-2-1:对全网拓扑节点编号,并初始化堆栈和各节点标志位;
步骤2-2-2:从当前节点搜索与其相连的所有节点,压入堆栈,并置已读标志位;
步骤2-2-3:节点出栈,重复步骤2-2-2;
步骤2.2.4:若堆栈为空,则拓扑分析结束。
所述步骤3包括以下步骤:
步骤3-1:启动数据接收主/备服务,基于心跳机制,循环接收多个PMU子站的动态数据;
步骤3-2:根据生成的PMU配置太阳城集团,在实时能量管理系统拓扑结构数据的基础上,注入PMU数据,以数据帧的格式组装,从而得到某太阳城集团点的混合数据;
步骤3-3:形成的混合数据,以一帧或多帧的形式,推送到前台,供B/S服务器和C/S服务器调用;
步骤3-4:按太阳城集团顺序将接收到的多帧混合数据循环组装后插入数据库表结果中,形成历史数据,供离线分析使用。
所述步骤4包括以下步骤:
步骤4-1:接收上传的混合数据,根据混合帧格式对PMU数据进行解析;B/S服务器和C/S服务器分别定时或手动地读取PMU配置太阳城集团,绘制地理接线图;
步骤4-2:将解析后得到的PMU数据与地理接线图进行关联,动态刷新;
所述PMU数据包括母线电压、频率、线路有功功率、线路无功功率、发电机内电势、 功角和转速;
步骤4-3:从功角稳定、电压稳定、频率稳定、动态稳定和热稳定四个角度对当前电网状态进行可视化;
其中,当前电网的最大功角差采用极坐标方式以仪表盘的形式对功角稳定进行可视化;采用等高线实现对电压稳定和频率稳定的可视化,基于频谱分析实现动态稳定可视化,采用不同颜色表示线路负荷情况实现热稳定可视化。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、结合电网模态分析方法,考虑到了有功和电压相角之间的耦合关系,采用最小支配集算法,实现的PMU布点方法能比较真实准确的反映当前电网稳定的薄弱区域;
2、通过解析状态估计后的EMS/SCADA数据,并与PMU配置数据进行映射关联,形成的混合数据,为后续分析提供了可靠精确的数据源;
3、采用高速网络和主/备冗余策略,充分发挥C/S架构和B/S架构的优势作用,保证了PMU数据动态可观的可靠性、实时性和便捷性。
附图说明
图1是基于PMU数据的电网动态可观方法流程图;
图2是PMU布点流程图;
图3是E格式数据拓扑分析流程图;
图4是PMU与EMS/SCADA数据的映射流程图;
图5是基于太阳城集团差策略的心跳信号机制实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
电力系统中功率、电压之间线性化关系的雅克比矩阵H形式:
ΔPΔQ=JJPVJJQVΔθΔV]]>
式中:ΔP为节点有功功率增量;ΔQ为节点无功功率的增量;JPθ为P-θ雅可比矩阵,JPV为P-V雅可比矩阵,JQθ为Q-θ雅可比矩阵,JQV为Q-V雅可比矩阵,Δθ为节点电压相角的增量;ΔV为节点电压幅值的增量。
令ΔP=0,得到:ΔQ=JRQVΔV,式中:
令ΔQ=0,得到:ΔP=JRPθΔV,其中:
矩阵JRQV即是修正后的Q-V雅可比矩阵,它反映电压和无功功率之间的关系,矩阵JRPθ即是修正后的P-θ雅可比矩阵,它反映电压相角和有功功率之间的关系。
由特征性分析理论,JRQV可表示为:JRQV=XR∧XL;式中有XLXR=I,Λ为矩阵JRQV的所有特征值组成的对角模态矩阵;I为单位阵,XR为矩阵JRQV所有右特征向量按列组成的模态矩阵;XL为矩阵JRQV的所有左特征向量按行组成的模态矩阵。
整理得:

式中:υqt、分别为矩阵JRQV的特征值λqt所对应的右特征向量和左特征向量,定义为第t个模态。
得:
XQLΔV=Λ-1XQLΔQ=ΔVQm=Λ-1Qm]]>
式中:VQm=XQLΔV称为模态电压变化向量;Qm=XQLΔQ称为模态无功功率变化向量。
对于第t个模态:
Vmt=1λqtQmt]]>
如果λqt>0,即第t模态电压与第t模态无功功率的变化方向相同,说明系统是电压稳定的。如果λqt<0,即第t个模态电压与第t模态无功功率的变化方向相反,说明系统是不稳定的。第t个模态电压变化的数值等于λqt的倒数与第t模态无功功率变化的乘积,因此λqt的数值决定着第t个模态电压的稳定程度。正的λqt数值越小,第t个模态越不稳定,称λqt数值最小的模态为最小模。
同理,对JRPθ矩阵,第t个模态:
θmt=1λPtPmt]]>
式中:θmt=XPLΔθ称为模态电压相角变化量;Pm=XPLΔP称为有功功率变化量。相对JRQV 矩阵,JRPθ矩阵一方面,表明有功功率对系统电压稳定的影响,另一方面,它还包含了发电机节点的太阳城集团,关键发电机和节点附近的发电机对节点的稳定性影响比较大。
于是,第k个节点υk在模态t下的权重系数Wkt=WQk(uqktυqkt)+WPk(upktυpkt)。
最小支配集:设图G=(V,E)是简单无向图,S∈V,若对x都是S里至少一个顶点相邻,则S是图G的支配集。如果S的任何真子集都不是支配集,则称S为图G的极小支配集。如果S是图G的支配集,若不存在任何其它支配集S′,使得|S′|<|S|,则称S′是图G的最小支配集。若S是图G的最小支配集,则称|S|是图G的支配数。
最小支配集算法:
a)求解最小支配集采用逻辑计算法则:设有X、Y、Z三条指令,规定:
“X+Y”代表要么执行X,否则执行Y;
“XY“代表X和Y同时执行。
逻辑运算规则:
(1)交换律:X+Y=Y+X;XY=YX;
(2)结合律:(X+Y)+Z=X+(Y+Z);(XY)Z=X(YZ);
(3)分配律:X(Y+Z)=XY+XZ;(Y+Z)X=XY+XZ;
(4)吸收律:X+X=X;XX=X;X+XY=X;
b)在以上计算规则的基础上,对应于图G=(V,E)的每一个节点υi∈V,其布尔变量为:

于是,所有最小支配集表示为:

如图1,本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:根据离线方式数据,获取电网拓扑结构,得到关键节点和关键机组的权重因子,结合最小支配集对PMU进行布点,形成PMU配置文件;
步骤2:读取E格式数据文件,与PMU配置文件进行映射关联,形成数据映射文件;
步骤3:根据形成的数据映射文件,循环监听接收解析PMU数据;
步骤4:根据获取的电网拓扑结构,结合B/S、C/S架构,以二维和三维的形式展示PMU 数据和分析结果。
所述步骤1包括以下步骤:
步骤1-1:读入离线方式数据,形成节点邻接矩阵,构造包含n个节点、b条边的图G=(V,E),其中V为节点集合,E为支路集合;布尔变量为:

其中,υi和υj分别为第i个节点和第j个节点,i,j∈n,n为节点个数,adj(υi)为与第i个节点υi有直接支路联系节点集合,于是得到最小支配集有:

步骤1-2:分别计算修正后系统的Q-V雅可比矩阵JRQV和P-θ雅可比矩阵JRPθ的特征值,然后根据模态分析方法计算各节点的权重系数;
步骤1-3:根据得到的最小支配集,选取节点的集合形成PMU布点策略,其中节点包括权重系数最大的前m个发电机节点、权重系统最大的前l个母线节点、负荷节点和枢纽节点;
步骤1-4:判断形成的PMU布点策略是否满足可观性,如满足,则保存配置文件。
所述步骤1-2包括以下步骤:
步骤1-2-1:获取发电机节点,分别计算Q-V雅可比矩阵JRQV和P-θ雅可比矩阵JRPθ的特征值λQi和λPi,得到模态方阵,并对各自的左、右特征向量进行单位化处理;
步骤1-2-2:对母线节点,计算第k个节点υk在模态t下的权重系数Wkt,有
Wkt=WQk(uqktυqkt)+WPk(upktυpkt)
其中,WQk为节点υk的无功权重,WPk为节点υk的有功权重,且满足WQk+WPk=1uqkt和υqkt分别为Q-V雅克比矩阵的左、右特征向量;upkt和υpkt分别为P-θ雅克比矩阵的左、右特征向量;
从而得到节点υk的权重系数Wk,有
其中,m为模态总数;
步骤1-2-3:对发电机节点,在电压幅值和角度变化已知的情况下,推得在模态t下,发电机Gk的无功出力变化ΔQgmaxi为
其中,ΔQgkt为发电机Gk在模态t下的出力变化;
则发电机Gk对应的发电机节点在模态t下的权重系数pgkt为
发电机Gk对应的发电机节点的权重系数为:
其中,WGk为发电机Gk的权重系数。
如图2,所述步骤1-3中,经过模态分析后,将母线节点和发电机节点的权重系数由大到小排列,得到基于模态分析的PMU布点策略。
所述步骤1-4中,从代数可观和拓扑可观两方面判断所述PMU布点策略是否满足可观性,包括以下步骤:
步骤1-4-1:判断PMU布点策略是否满足代数可观;
对于n个节点,若电力系统中功率、电压之间线性化关系的雅可比矩阵H是满秩的矩阵,即满足Rank(H)=2n-1,则认为PMU布点策略代数可观,否则,认为其代数不可观;
步骤1-4-2:判断PMU布点策略是否满足拓扑可观;
构造子图G′=(V′,E′),并有V′∈V,E′∈E;若G′与G的关系满足V∈V′,即G′包含G的所有节点,则认为PMU布点策略拓扑可观;否则,认为其拓扑不可观;
步骤1-4-3:若PMU布点策略同时满足代数可观和拓扑可观,则认为该PMU布点策略满足可观性。
所述步骤2包括以下步骤:
步骤2-1:读入PMU配置太阳城集团,提取PMU通道太阳城集团;如涉及读入多个PMU配置太阳城集团,需执行合并操作,合并次序按照PMU物理设备的物理接入顺序进行;
步骤2-2:读入E格式数据,进行拓扑分析得到电网拓扑结构;
步骤2-3:配置厂站地理位置太阳城集团,实现厂站名与经纬度太阳城集团的关联;
步骤2-4:根据PMU配置太阳城集团,匹配E格式数据文件中的厂站名,根据PMU通道名称,匹配E格式数据文件中设备类型和设备名称,自动生成设备对应的拓扑节点太阳城集团;
步骤2-5:重复步骤2-4,从而生成所有PMU物理设备下所有PMU通道和E格式厂站拓扑关系映射的数据映射文件,保存成PMU配置文件。
所述步骤2-2中的电网拓扑结构中,厂站通过电气岛名从属于某个岛中;拓扑节点通过电气岛名从属于某个岛,拓扑节点通过拓扑名前缀从属于某个厂站,PMU物理设备通过拓扑名从属于某个拓扑节点;电网拓扑结构从电气岛、厂站、拓扑节点和PMU物理设备来看是无根倒立的多叉树;所述PMU物理设备包括母线、交流线路和发电机。
如图3,所述步骤2-2中的拓扑分析包括站内拓扑分析和全网拓扑分析,其中,搜索完开关或者母线就完成了站内拓扑分析,采用广度优先搜索法完成全网拓扑分析,具体包括以下步骤:
步骤2-2-1:对全网拓扑节点编号,并初始化堆栈和各节点标志位;
步骤2-2-2:从当前节点搜索与其相连的所有节点,压入堆栈,并置已读标志位;
步骤2-2-3:节点出栈,重复步骤2-2-2;
步骤2.2.4:若堆栈为空,则拓扑分析结束。
所述步骤3包括以下步骤:
步骤3-1:启动数据接收主/备服务,基于心跳机制,循环接收多个PMU子站的动态数据;
步骤3-2:根据生成的PMU配置太阳城集团,在实时能量管理系统拓扑结构数据的基础上,注入PMU数据,以数据帧的格式组装,从而得到某太阳城集团点的混合数据;
步骤3-3:形成的混合数据,以一帧或多帧的形式,推送到前台,供B/S服务器和C/S服务器调用;
步骤3-4:按太阳城集团顺序将接收到的多帧混合数据循环组装后插入数据库表结果中,形成历史数据,供离线分析使用。
所述步骤4包括以下步骤:
步骤4-1:接收上传的混合数据,根据混合帧格式对PMU数据进行解析;B/S服务器和C/S服务器分别定时或手动地读取PMU配置太阳城集团,绘制地理接线图;
步骤4-2:将解析后得到的PMU数据与地理接线图进行关联,动态刷新;
所述PMU数据包括母线电压、频率、线路有功功率、线路无功功率、发电机内电势、功角和转速;
步骤4-3:从功角稳定、电压稳定、频率稳定、动态稳定和热稳定四个角度对当前电网状态进行可视化;
其中,当前电网的最大功角差采用极坐标方式以仪表盘的形式对功角稳定进行可视化;采用等高线实现对电压稳定和频率稳定的可视化,基于频谱分析实现动态稳定可视化,采用不同颜色表示线路负荷情况实现热稳定可视化。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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