[发明专利]一种基于同步测量数据的主动配电网动态特性评估方法

摘要

本发明属于配电网动态特性评估领域，提供一种基于同步测量数据且适用于含分布式电源、储能系统、电动汽车充电设施以及柔性负荷的主动配电网的动态特性评估方法，该评估方法利用配电网中装设的同步相量测量装置采集的同步数据，对主动配电网的动态特性进行评估，既包括了评估主动配电网动态过程局部状态量的波动情况的评估指标，又包括了评估全网动态特性的评估指标，使得其评估结果具有科学性和实用性，可应用于主动配电网的动态特性改善、运行优化以及配电网规划设计方案的改进等方面。

主权项

1.一种基于同步测量数据的主动配电网动态特性评估方法，其特征是该方法包括以下步骤：(1)根据应用单位的需求，选取具体的评估指标；(1.1)节点动态特性评估指标(A)节点电压最大波动量节点电压最大波动量定义：节点电压最大波动量是指在观察时间窗内，节点电压最大值与节点电压最小值之差相对于节点电压平均值的百分数；节点电压最大波动量计算方法：假设当前观测时间窗内节点j的电压测量值共有N个，记平均值为即有则节点j的电压在观察时间窗内的最大波动量为：式中，i，l为数据点编号；(B)节点电压离散度节点电压离散度定义：节点电压离散度是指在观察时间窗内节点电压测量值相对于平均值百分比的方差；节点电压离散度的计算方法：假设当前观测时间窗内节点j的电压测量值共有N个，记平均值为即有则节点j的电压在观察时间窗内的离散度为：式中，UFj(i)为节点j的电压测量值第i个数据点相对于当前观测时间窗内平均电压的相对误差，即(C)节点电压调节时间占比节点电压调节时间占比定义：节点电压调节时间占比是指在当前观测时间窗内电压测量值相对于电压平均值的相对误差大于2％的数据点数占总数据点数的百分比；节点电压调节时间占比计算方法：假设当前观测时间窗内节点j的电压测量值共有N个，记平均值为即有将当前观测时间窗内节点j的电压测量值处于范围之内的数据点数记为N_U，则节点j的电压在观察时间窗内的调节时间占比为(D)节点电压波动频次百分比节点电压波动频次百分比定义：将当前观测时间窗内节点电压测量值的平均值记为则节点电压波动频次百分比是指在观测时间窗内，节点电压测量值曲线关于区间的总穿越次数相对于理论上能达到的最大穿越次数，即N‑1次，的百分比；节点电压波动频次百分比的计算方法：假设当前观测时间窗内节点j的电压测量值共有N个，则节点j电压平均值为以为基准，对节点j的电压测量值进行分类，并定义分类函数US_j为又记节点j在当前观察时间窗内的N个电压测量值形成的一维向量为[Uj(1),Uj(2),…,Uj(N)]T，将分类函数USj按时间顺序逐一作用于当前观察时间窗内的节点j的每个电压测量值，得到相应的一维分类向量[USj(1),USj(2),…,USj(N)]T，其中USj(i)只可能取1、0、‑1三个值中的一个；再将节点j的电压波动频次记为mj且初始值为0，则mj的计算式为最终得到在当前观测时间窗内节点j的电压波动频次百分比为(1.2)支路动态特性评估指标(A)支路有功功率最大波动量支路有功功率最大波动量定义：支路有功功率是指当前观测时间窗内，支路有功功率最大值与支路有功功率最小值之差相对于支路有功功率平均值的百分比；支路有功功率最大波动量定义计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的有功功率测量值共有N个，将平均值记为即有则支路k的有功功率在观察时间窗内的最大波动量为：式中，i，l为数据点编号；(B)支路有功功率离散度支路有功功率离散度定义：支路有功功率离散度指在当前观测时间窗内支路有功功率测量值相对于平均值百分比的方差；支路有功功率离散度计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的有功功率测量值共有N个，将平均值记为即有则支路k的有功功率在观测时间窗内的离散度为：其中，为支路k的有功功率测量值第i个数据点相对于当前观测时间窗内平均有功功率的相对误差；(C)支路有功功率调节时间占比支路有功功率调节时间占比定义：支路有功功率调节时间占比是指在当前观测时间窗内支路有功功率测量值相对于有功功率平均值的相对误差大于2％的数据点数占总数据点数的百分比；支路有功功率调节时间占比计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的有功功率测量值共有N个，将平均值记为即有将当前观测时间窗内支路有功功率测量值属于范围内的点数记为N_P，则支路k的有功功率在观察时间窗内的调节时间占比为：(D)支路有功功率波动频次百分比支路有功功率波动频次百分比定义：将当前观测时间窗内支路有功功率测量值的平均值记为则支路有功功率波动频次百分比是指在观测时间窗内，支路有功功率测量值曲线关于区间的总穿越次数相对于理论上能达到的最大穿越次数，即N‑1次，的百分比；支路有功功率波动频次百分比的计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的有功功率测量值共有N个，则支路k的有功功率平均值为以为基准，对支路k的有功功率测量值进行分类，并定义分类函数PS_k为：又记支路k在当前观察时间窗内的N个有功功率测量值形成的一维向量为[Pk(1),Pk(2),…,Pk(N)]T，将分类函数PSk按时间顺序逐一作用于当前观察时间窗内的支路k的每个有功功率测量值，得到相应的一维分类向量[PSk(1),PSk(2),…,PSk(N)]T，其中PSk(i)只可能取1、0、‑1三个值中的一个；再将支路k的有功功率波动频次记为mk且初始值为0，则mk的计算式为最终得到在当前观测时间窗内支路k的有功功率波动频次百分比为：(E)支路无功功率最大波动量支路无功功率最大波动量定义：支路无功功率最大波动量是指在当前观测时间窗内，支路无功功率最大值与最小值的差值相对于支路无功功率平均值的百分比；支路无功功率最大波动量计算方法：将当前观测时间窗内支路k的无功功率平均测量值记为假设当前观测时间窗内支路k的无功功率测量值共有N个，有则该支路的无功功率在观察时间窗内的最大波动量为：式中，i，l为数据点编号；(F)支路无功功率离散度支路无功功率离散度定义：支路无功功率离散度是指在观察时间窗内支路无功功率测量值相对于平均值百分比的方差；支路无功功率离散度的计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的无功功率测量值共有N个，将平均值记为即有则支路k的无功功率在观测时间窗内的离散度为：其中，为支路k的无功功率测量值第i个数据点相对于当前观测时间窗内平均无功功率的相对误差；(G)支路无功功率调节时间占比支路无功功率调节时间占比定义：支路无功功率调节时间占比是指在当前观测时间窗内支路无功功率测量值相对于无功功率平均值的相对误差大于2％的数据点数占总数据点数的百分比；支路无功功率调节时间占比计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的无功功率测量值共有N个，将平均值记为即有将当前观测时间窗内支路无功功率测量值属于范围内的点数记为N_Q，则支路k的无功功率在观察时间窗内的调节时间占比为：(H)支路无功功率波动频次百分比支路无功功率波动频次百分比定义：将当前观测时间窗内支路无功功率测量值的平均值记为则支路无功功率波动频次百分比是指在观测时间窗内，无功功率测量值曲线关于区间的总穿越次数相对于理论上能达到的最大穿越次数，即N‑1次，的百分比；支路无功功率波动频次百分比的计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的无功功率测量值共有N个，则支路k的无功功率平均值为以为基准，对支路k的无功功率测量值进行分类，并定义分类函数QS_k为：又记支路k在当前观察时间窗内的N个无功功率测量值形成的一维向量为[Qk(1),Qk(2),…,Qk(N)]T，将分类函数QSk按时间顺序逐一作用于当前观察时间窗内的支路k的每个无功功率测量值，得到相应的一维分类向量[QSk(1),QSk(2),…,QSk(N)]T，其中QSk(i)只可能取1、0、‑1三个值中的一个；再将支路k的无功功率波动频次记为mk且初始值为0，则mk的计算式为最终得到在当前观测时间窗内，支路k的无功功率波动频次百分比为：(I)支路电流最大波动量支路电流最大波动量定义：支路电流最大波动量是指在当前观测时间窗内，支路电流最大值与支路电流最小值之差相对于支路电流平均值的百分数；支路电流最大波动量计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的电流测量值共有N个，记平均值为有则支路k的电流在观察时间窗内的最大波动量为：式中，i，l为数据点编号；(J)支路电流离散度支路电流离散度定义：支路电流离离散度是指在观察时间窗内节点支路电流离测量值相对于平均值百分比的方差；支路电流离散度计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的电流测量值共有N个，记平均值为有则支路k的电流在观察时间窗内的离散度为：其中，为支路k的电流测量值第i个数据点相对于当前观测时间窗内平均电流的相对误差；(K)支路电流调节时间占比支路电流调节时间占比定义：支路电流调节时间占比是指在当前观测时间窗内支路电流测量值相对于电流平均值的相对误差大于2％的数据点数占总数据点数的百分比；支路电流调节时间占比计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的电流测量值共有N个，将平均值记为即有将当前观测时间窗内支路电流测量值属于范围内的点数记为N_I，则支路k的电流在观察时间窗内的调节时间占比为：(L)支路电流波动频次百分比支路电流波动频次百分比定义：将当前观测时间窗内支路电流测量值的平均值记为则支路电流波动频次百分比是指在观测时间窗内，支路电流测量值曲线关于区间的总穿越次数相对于理论上能达到的最大穿越次数，即N‑1次，的百分比；支路电流波动频次百分比的计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的电流测量值共有N个，则支路k的电流平均值为以为基准，对支路k的电流测量值进行分类，并定义分类函数IS_k为：又记支路k在当前观察时间窗内的N个电流测量值形成的一维向量为[Ik(1),Ik(2),…,Ik(N)]T，将分类函数ISk按时间顺序逐一作用于当前观察时间窗内的支路k的每个电流测量值，得到相应的一维分类向量[ISk(1),ISk(2),…,ISk(N)]T，其中ISk(i)只可能取1、0、‑1三个值中的一个；再将支路k的电流波动频次记为mk且初始值为0，则mk的计算式为最终得到在当前观测时间窗内支路k的电流波动频次百分比为：(M)支路功率因数最大波动量支路功率因数最大波动量定义：指在观察时间窗内，支路功率因数最大值与支路功率因数最小值之差相对于支路功率因数平均值的百分数；支路功率因数最大波动量计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的功率因数测量值共有N个，则支路k的功率因数在观察时间窗内的最大波动量为：式中，i，l为数据点编号；为当前观测时间窗内支路k的功率因数平均测量值，有(N)支路功率因数离散度支路功率因数离散度定义：支路功率因数离散度是指在观察时间窗内支路功率因数测量值相对于平均值百分比的方差；支路功率因数离散度计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的功率因数测量值共有N个，记平均值为即有则支路k的功率因数在观察时间窗内的离散度为：其中，为支路k的功率因数测量值第i个数据点相对于当前观测时间窗内平均功率因数的相对误差；(O)支路功率因数调节时间占比支路功率因数调节时间占比定义：支路功率因数调节时间占比是指在当前观测时间窗内支路功率因数测量值相对于功率因数平均值的相对误差大于2％的数据点数占总数据点数的百分比；支路功率因数调节时间占比计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的功率因数测量值共有N个，将平均值记为即有将当前观测时间窗内支路功率因数测量值属于范围内的点数记为N_F，则支路k的功率因数在观察时间窗内的调节时间占比为：(P)支路功率因数波动频次百分比支路功率因数波动频次百分比定义：将当前观测时间窗内支路功率因数测量值的平均值记为则支路功率因数波动频次百分比是指在观测时间窗内，功率因数测量值曲线关于区间的总穿越次数相对于理论上能达到的最大穿越次数，即N‑1次，的百分比；支路功率因数波动频次百分比的计算方法：假设当前观测时间窗内支路k的功率因数测量值共有N个，则支路k的功率因数平均值为以为基准，对支路k的功率因数测量值进行分类，并定义分类函数FS_k为：又记支路k在当前观察时间窗内的N个功率因数测量值形成的一维向量为[Fk(1),Fk(2),…,Fk(N)]T，将分类函数FSk按时间顺序逐一作用于当前观察时间窗内的支路k的每个功率因数测量值，得到相应的一维分类向量[FSk(1),FSk(2),…,FSk(N)]T，其中FSk(i)只可能取1、0、‑1三个值中的一个；再将支路k的功率因数波动频次记为mk且初始值为0，则mk的计算式为最终得到在当前观测时间窗内支路k的功率因数波动频次百分比为：(1.3)全网动态特性综合评估指标(A)全网节点动态特性评估指标假设全网有J个节点，将每个节点作为元素，构成节点集合并记为ψnode，则全网节点动态特性评估指标及其计算方法如下全网节点电压最大波动量UMFmax全网节点电压平均最大波动量全网节点电压最大离散度UDmax全网节点电压平均离散度全网节点电压最大调节时间占比UATmax全网节点电压平均调节时间占比全网节点电压最大波动频次百分比UFFmax全网节点电压平均波动频次百分比(B)全网支路动态特性评估指标假设全网有K条支路，将每条支路作为元素，构成支路集合并记为ψline，则全网支路动态特性评估指标及其计算方法如下全网支路有功功率最大波动量PMFmax全网支路有功功率平均最大波动量全网支路有功功率最大离散度PDmax全网支路有功功率平均离散度全网支路有功功率最大调节时间占比PATmax全网支路有功功率平均调节时间占比全网支路有功功率最大波动频次百分比PFFmax全网支路有功功率平均波动频次百分比全网支路无功功率最大波动量QMFmax全网支路无功功率平均最大波动量全网支路无功功率最大离散度QDmax全网支路无功功率平均离散度全网支路无功功率最大调节时间占比QATmax全网支路无功功率平均调节时间占比全网支路无功功率最大波动频次百分比QFFmax全网支路无功功率平均波动频次百分比全网支路电流最大波动量IMFmax全网支路电流平均最大波动量全网支路电流最大离散度IDmax全网支路电流平均离散度全网支路电流最大调节时间占比IATmax全网支路电流平均调节时间占比全网支路电流最大波动频次百分比IFFmax全网支路电流平均波动频次百分比全网功率因数最大波动量FMFmax全网功率因数平均最大波动量全网功率因数最大离散度FDmax全网功率因数平均离散度全网功率因数最大调节时间占比FATmax全网功率因数平均调节时间占比全网功率因数最大波动频次百分比FFFmax全网功率因数平均波动频次百分比(C)全网动态特性综合评估指标全网节点动态特性评估指标和全网支路动态特性评估指标共有40个，在实际应用时根据具体要求有所侧重而选择部分指标对主动配电网的动态特性进行评估；假设在某次实际评估中仅用到其中M个指标，则全网动态特性综合评估指标为s.t.0≤wi≤1式中，wi表示第i个指标的权重，INi表示第i个指标的值；(2)设置各评估指标所对应的权重；(3)根据PMU同步测量数据的实际频度，选取当前观测时间窗的大小，使得当前观测时间窗内不少于10个数据点；(4)读取当前观测时间窗内的数据点，包括节点电压测量值、支路有功功率测量值、支路无功功率测量值、支路电流测量值和支路功率因数测量值；(5)按照步骤(1)中对于节点动态特性评估指标的选取结果，计算各节点的动态特性指标；(6)按照步骤(1)中对于支路动态特性评估指标的选取结果，计算各支路的动态特性指标；(7)在步骤(5)得到的节点动态特性评估指标的基础上，计算全网节点动态特性评估指标；(8)在步骤(6)得到的支路动态特性评估指标的基础上，计算全网支路动态特性评估指标；(9)求取全网动态特性综合评估指标CI。