基于相量测量单元的智能电网断路故障定位研究

摘要

近年来，国内外电力系统发生了多次由连锁故障导致的大规模停电事故。这些由微小扰动引发的电力系统连锁故障会导致电网大面积崩溃的灾难性后果。此类事故的频繁发生，引发了许多关于级联故障的研究。预防级联故障事故的关键之一就在于快速准确地定位初始故障的发生，包括单传输线故障和多传输线故障。因此，在大规模智能电网中，迅速并准确地定位电力线断路故障非常重要。由于相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)的广泛使用，使得通过PMU来解决传输线断路故障定位问题成为可能。直接利用PMU检测传输断线断路故障成为一个新兴的研究方向。
　　本论文将断路定位问题转化为图上特定边的寻找问题开展研究，基于断路前与断路后两次由PMU上测量到的实时电压相角信息，通过构建优化模型来完成电网中的断路故障定位。
　　首先，从直流潮流计算原理出发，借助于图理论，把电网等效于一个图模型。在此基础上以简化的直流潮流计算方程为基础，通过电网拓扑的加权拉普拉斯矩阵，进行系统建模。同时，结合传输线断路故障的稀疏性本质，从稀疏信号处理的角度研究传统的传输线断路故障定位问题，提出了一种利用全局PMU相角信息检测传输线断路故障的算法。
　　其次，针对PMU的成本考虑，目前PMU在电网中还仅限于局部枢纽节点及关键输电断面进行配置。本论文提出只利用PMU的局部观测来定位断路故障的算法，即根据PMU的布置与否，将电网中节点分为可量测的内部系统和不可量测的外部系统，仅通过可量测的内部系统节点的电压相角来估计全网（包括外部系统）断路的传输线断路故障。通过将加权拉普拉斯矩阵进行分块，得到一个仅使用部分观测进行全局线路检测的方程，结合压缩感知的正交匹配追踪算法，进而实现对外部故障线路的实时准确定位。IEEE118节点模型的仿真结果表明该算法在未提高计算复杂度的前提下，仅使用部分观测的数据就达到了较为满意的估计准确率。
　　最后，考虑到多条断路情况下直接求解引入的高复杂度及低准确率问题，本论文给出了基于随机采样的传输线断路故障定位模型，避免了采用贪婪算法直接求解带来的误差累积。算法从最大化似然概率角度引入概率模型，假设每一条传输线都服从伯努利的先验分布，进而利用随机样本对此概率进行有效性迭代。IEEE118节点模型的仿真结果表明所提出的方法在不需要多次迭代的前提下，对于多断路情况定位性能有显著提升。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景与意义

1．3 相量测量单元(PMU)介绍

1．4 国内外研究现状

1．5 论文的主要内容及安排

第二章 基于PMU观测的传输线断路故障定位

2．1 引言

2．2 潮流计算介绍

2．2．1 潮流计算原理

2．2．2 简化的直流潮流计算模型

2．2．3 潮流计算举例

2．3 图论与电网拓扑

2．3．1 图论基础

2．3．2 图与电网拓扑之间的关系

2．4 基于相量测量单元(PMU)的传输线断路故障定位

2．4．1 建模方法

2．5 仿真结果及分析

2．5．1 仿真环境与工具

2．5．2 全节点观测单断路检测

2．5．3 全节点观测双断路检测

2．6 本章小结

第三章 基于稀疏表示的部分观测的传输线断路故障定位

3．1 引言

3．2 稀疏表示与压缩感知

3．2．1 正交匹配追踪

3．3 采用内部系统观测推断全局断路定位算法

3．3．1 基于矩阵分块的内部系统描述

3．3．2 基于内部系统观测的OMP算法

3．4 仿真结果及分析

3．4．1 部分节点观测的单断路检测

3．4．2 部分节点观测的双条及以上断路检测

3．5 本章小结

第四章 基于最大似然估计的传输线断路故障定位

4．1 引言

4．2 贝叶斯估计

4．2．1 贝叶斯估计

4．2．3 最大似然估计原理

4．3 基于最大似然概率的传输线断路故障定位

4．3．1 建模方法

4．3．2 基于最大似然概率的传输线断路故障定位算法

4．4 仿真结果及分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表文章

致谢

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