有源配電網(wǎng)FTU優(yōu)化布置研究

戴桂木，吳在軍，徐俊俊，竇曉波

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有源配電網(wǎng)FTU優(yōu)化布置研究

戴桂木，吳在軍，徐俊俊，竇曉波

(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210096)

為了加強(qiáng)對(duì)有源配電網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和管理，提出了一種分布式電源接入情形下的有源配電網(wǎng)饋線終端單元(FTU)的優(yōu)化布置算法。首先，結(jié)合有源配電網(wǎng)的特征，從狀態(tài)估計(jì)方法的角度分析了有源配電網(wǎng)的可觀測(cè)性原理。將節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率作為偽量測(cè)值，通過(guò)優(yōu)化FTU布置可以提高網(wǎng)絡(luò)的可觀測(cè)性，達(dá)到有源配電網(wǎng)完全可觀測(cè)性要求，并且在優(yōu)化布置時(shí)考慮了FTU分布對(duì)有源配電網(wǎng)停電損失的影響。建立了有源配電網(wǎng)的FTU優(yōu)化布置數(shù)學(xué)模型，并且采用遺傳算法求解所建立的0-1整數(shù)規(guī)劃模型。最后通過(guò)33節(jié)點(diǎn)和60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)仿真算例表明所提優(yōu)化布置算法可以保證網(wǎng)絡(luò)的完全可觀和供電可靠要求，并且布置方案在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化時(shí)仍然適用。

分布式電源；有源配電網(wǎng)；FTU優(yōu)化布置；狀態(tài)估計(jì)；可觀測(cè)性；停電損失

0 引言

未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展使得越來(lái)越多的分布式電源(Distributed Generation，DG)接入配電網(wǎng)，因此配電網(wǎng)的運(yùn)行方式也由傳統(tǒng)的單電源輻射型配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛性磁潆娋W(wǎng)[1-2](又稱主動(dòng)配電網(wǎng)，Active Distribution Network，AND)。DG出力的間歇性和不確定性將使得有源配電網(wǎng)的潮流分布變化更為頻繁，有源配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也由于DG的投切操作而呈現(xiàn)明顯的時(shí)變特征，這些都會(huì)給有源配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行控制等帶來(lái)更多新的困難與挑戰(zhàn)。近年來(lái)，由于饋線終端單元(Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU)具有采集量測(cè)信息(電壓幅值量測(cè)、電流幅值量測(cè)、功率量測(cè)等)、開合分段開關(guān)等功能，在配電網(wǎng)信息采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障定位與隔離[3-4]等方面中得到了廣泛的應(yīng)用。然而由于配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)眾多、支路復(fù)雜，大量布置FTU既不合理也不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)FTU的布置應(yīng)當(dāng)適應(yīng)于有源配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)完全可觀性與供電可靠性[5]要求，因此如何實(shí)現(xiàn)有源配電網(wǎng)中FTU的最優(yōu)化布置具有十分重要的研究意義。

相角量測(cè)單元(Phasor Measurement Unit，PMU)在輸電網(wǎng)中取得了巨大的應(yīng)用，關(guān)于PMU在輸電網(wǎng)中的優(yōu)化配置研究也有很多[6-8]。文獻(xiàn)[9-10]將PMU應(yīng)用到配電網(wǎng)中，研究適應(yīng)于有源配電網(wǎng)的PMU和智能儀表(Smart Metering,SM)兩種量測(cè)裝置在有源配電網(wǎng)中的優(yōu)化布置問題。但是由于PMU的造價(jià)較高，在網(wǎng)絡(luò)中大量配置會(huì)使配電網(wǎng)投資過(guò)大。文獻(xiàn)[11-13]從網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計(jì)的角度對(duì)配電網(wǎng)的可觀測(cè)性進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[11]通過(guò)在配電網(wǎng)中布置大量的SM量測(cè)裝置，提出基于非同步量測(cè)數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)新算法，提高了配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的精確性。文獻(xiàn)[13]中將DG的自身特性與加權(quán)最小二乘狀態(tài)估計(jì)有效結(jié)合，建立DG出力模型，在不增加配電網(wǎng)額外量測(cè)裝置的基礎(chǔ)上提高了狀態(tài)估計(jì)精度。文獻(xiàn)[14-17]從不同的角度研究了配電網(wǎng)的量測(cè)配置問題。文獻(xiàn)[16]對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分類，通過(guò)典型負(fù)荷模型估算配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，配置表計(jì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分割，實(shí)現(xiàn)保證網(wǎng)絡(luò)可觀測(cè)條件下的表計(jì)優(yōu)化配置。但分類比較粗略，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的估計(jì)精度不高。文獻(xiàn)[17]從保證網(wǎng)絡(luò)的故障可觀測(cè)角度上分析了FTU對(duì)故障定位、故障隔離的影響，求解了在確定數(shù)量下的配電網(wǎng)FTU配置方法，沒有考慮FTU配置數(shù)量的最優(yōu)化。

針對(duì)有源配電網(wǎng)，本文提出了一種滿足網(wǎng)絡(luò)完全可觀和供電可靠性的FTU優(yōu)化布置算法。首先從有源配電網(wǎng)的特性角度，運(yùn)用狀態(tài)估計(jì)的方法分析了有源配電網(wǎng)的可觀測(cè)性原理。將所有節(jié)點(diǎn)負(fù)荷作為狀態(tài)估計(jì)的偽量測(cè)值，F(xiàn)TU采集支路實(shí)時(shí)量測(cè)值與所有DG實(shí)時(shí)出力值，通過(guò)FTU的優(yōu)化布置可以提高有源配電網(wǎng)的觀測(cè)可靠性，使其滿足網(wǎng)絡(luò)的完全可觀精度指標(biāo)要求。另外，分析了FTU的分布對(duì)有源配電網(wǎng)分區(qū)停電損失的影響，合理的FTU布置可以提高有源配電網(wǎng)的供電可靠性。最后通過(guò)建立FTU優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型，在Matlab軟件中采用遺傳算法[18]求解所建立的優(yōu)化模型，并且在33節(jié)點(diǎn)與60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)系統(tǒng)算例中驗(yàn)證了本文所提算法的正確性和有效性。

1 有源配電網(wǎng)可觀測(cè)性原理

1.1 有源配電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)

對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)、條支路的有源配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，選取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓幅值、相角為狀態(tài)變量，如果所有狀態(tài)變量可以通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的量測(cè)量求解得到，則稱該有源配電網(wǎng)可觀測(cè)。在有源配電網(wǎng)中，系統(tǒng)量測(cè)量和狀態(tài)變量之間關(guān)系可以通過(guò)如下量測(cè)方程表示。

=()+(1)

式中：為量測(cè)量矢量；為電壓矢量；()為非線性量測(cè)函數(shù)；為量測(cè)誤差矢量。

從數(shù)值分析的角度分析，如果滿足

dim()≥dim() (2)

式中，dim(?)表示向量的維數(shù)。

則系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的電壓都可以通過(guò)量測(cè)方程求解得到，因此該有源配電網(wǎng)系統(tǒng)是可觀測(cè)的。然而一般配電網(wǎng)中配置的實(shí)時(shí)量測(cè)裝置較少，所以為了使得系統(tǒng)滿足網(wǎng)絡(luò)可觀條件，一般在配電網(wǎng)中要運(yùn)用大量的偽量測(cè)量數(shù)據(jù)。因此對(duì)于有源配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，本文中的量測(cè)量主要由兩部分組成。

=[12]T(3)

式中：1為偽量測(cè)量，為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率預(yù)測(cè)值；2為實(shí)時(shí)量測(cè)量，為支路上FTU量測(cè)量，包含：節(jié)點(diǎn)電壓幅值量測(cè)、支路電流幅值量測(cè)、支路功率量測(cè)。偽量測(cè)量1的量測(cè)關(guān)系為

式中：P、Q分別為節(jié)點(diǎn)注入有功和無(wú)功；=+為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；U、θ為節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角。

FTU量測(cè)量2的量測(cè)關(guān)系為

式中，P、Q和I分別為支路-的節(jié)點(diǎn)側(cè)量測(cè)的支路有功、無(wú)功和電流幅值。

所以通過(guò)在有源配電網(wǎng)中布置FTU，網(wǎng)絡(luò)中量測(cè)量的維數(shù)將大于狀態(tài)量的維數(shù)，即

dim()>dim() (6)

需要提及的是，在滿足式(6)的量測(cè)方程組中，由于所有的量測(cè)量都存在隨機(jī)誤差，這樣不可能通過(guò)直接求解量測(cè)方程組得到所有狀態(tài)量的精確值，但是可以通過(guò)狀態(tài)估計(jì)的方法求出狀態(tài)量的最優(yōu)擬合估計(jì)值。

加權(quán)最小二乘法(Weighted Least Square,WLS)是進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)求解的最常用方法，其實(shí)質(zhì)是以各量測(cè)量的誤差平方和最小為目標(biāo)。

式中：為維量測(cè)矢量；為維電壓矢量，且有>；()為和之間的非線性關(guān)系；為×維量測(cè)權(quán)重矩陣。

(8)

式中，w為第個(gè)量測(cè)量對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。由于各量測(cè)量的精度不同，對(duì)不同的量測(cè)賦予不同的權(quán)重。FTU量測(cè)值精度較高，取權(quán)重較大；而偽量測(cè)量精度較低，通常設(shè)定較小的量測(cè)權(quán)重抑制其對(duì)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的影響。

根據(jù)文獻(xiàn)[12]，采用WLS的狀態(tài)估計(jì)可以通過(guò)如下的形式進(jìn)行迭代求解，得到所有狀態(tài)變量估計(jì)值。

1.2 有源配電網(wǎng)完全可觀性定義

有源配電網(wǎng)中布置FTU后，經(jīng)過(guò)次迭代滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，求得，即為最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)值。但是節(jié)點(diǎn)電壓的估計(jì)值和節(jié)點(diǎn)電壓的潮流真值之間是有偏差的，因此本文引入兩個(gè)偏差指標(biāo)來(lái)描述有源配電網(wǎng)估計(jì)值與潮流真值的偏差。

(1) 最大電壓幅值偏差

式中，U和分別為第個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓幅值的真值和估計(jì)值。

(2) 最大電壓相角偏差

所以，本文中定義有源配電網(wǎng)完全可觀為：一個(gè)包含節(jié)點(diǎn)、條支路的有源配電網(wǎng)中所有的量測(cè)量(包括偽量測(cè)量和實(shí)時(shí)量測(cè)量)如果通過(guò)狀態(tài)估計(jì)方法求得的所有節(jié)點(diǎn)電壓的最優(yōu)估計(jì)值和潮流真值之間滿足，，則稱該有源配電網(wǎng)完全可觀。其中、為給定電壓幅值和相角偏差指標(biāo)參考值。

2 有源配電網(wǎng)的供電可靠性分析

在配電網(wǎng)中，一般FTU會(huì)配合支路上的分段開關(guān)一起使用。在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障后，配電自動(dòng)化系統(tǒng)確定故障位置后會(huì)對(duì)圍成故障區(qū)域的FTU下發(fā)開斷支路上分段開關(guān)指令，從而實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離。因此，F(xiàn)TU的合理布置將會(huì)提高有源配電網(wǎng)的供電可靠性，所以在有源配電網(wǎng)FTU的優(yōu)化布置中，應(yīng)當(dāng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)FTU規(guī)劃布點(diǎn)對(duì)故障停電損失的影響。如圖1所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的有源配電網(wǎng)，其中通過(guò)網(wǎng)絡(luò)支路上布置了一定數(shù)量的FTU，將配電網(wǎng)劃分為了多個(gè)分區(qū)。

圖1 有源配電網(wǎng)區(qū)域劃分

圖1中，有源配電網(wǎng)中接入3個(gè)DG，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為6個(gè)分區(qū)，且每個(gè)分區(qū)由若干個(gè)FTU作為邊界所圍成。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障后，F(xiàn)TU將動(dòng)作使得故障分區(qū)和正常電網(wǎng)隔離，故障所在分區(qū)停電。對(duì)于每個(gè)分區(qū)來(lái)說(shuō)，當(dāng)區(qū)域中的任何一條支路上發(fā)生故障，都將導(dǎo)致該分區(qū)被隔離，從而分區(qū)內(nèi)的所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都將失去供電。

本文采用負(fù)荷功率標(biāo)幺值S表征節(jié)點(diǎn)的停電損失，S越大，表明該節(jié)點(diǎn)的停電損失越大。因此定義第個(gè)分區(qū)發(fā)生故障后的該分區(qū)停電損失C為

式中：為第個(gè)分區(qū)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)總數(shù)；為網(wǎng)絡(luò)中所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)總數(shù)。分區(qū)停電損失C可以認(rèn)為是該停電區(qū)域負(fù)荷占總負(fù)荷的百分比。

對(duì)于有源配電網(wǎng)的所有分區(qū)，本文以網(wǎng)絡(luò)中最大的分區(qū)停電損失表征有源配電網(wǎng)的供電可靠性，即定義

值越小，則說(shuō)明配電網(wǎng)的供電可靠性越高。

3 FTU優(yōu)化布置

3.1 模型建立

通過(guò)上節(jié)的分析可知，對(duì)于有源配電網(wǎng)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中有選擇性地布置FTU既可以提高網(wǎng)絡(luò)的可觀性，同時(shí)也可以減少網(wǎng)絡(luò)故障下分區(qū)的停電損失，提高供電可靠性。另外，在有源配電網(wǎng)中DG會(huì)經(jīng)常發(fā)生投切操作，從而導(dǎo)致有源配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生改變，所以FTU的布置應(yīng)當(dāng)在各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下都適用。因此本文從保證有源配電網(wǎng)完全可觀測(cè)要求和網(wǎng)絡(luò)供電可靠性的角度，以實(shí)現(xiàn)布置的FTU數(shù)量最少為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化布置數(shù)學(xué)模型如下。

式中：b指支路是否布置FTU，b=1表示該支路布置FTU；為網(wǎng)絡(luò)中支路總數(shù)；DG為網(wǎng)絡(luò)中DG的數(shù)量。主要是由于在有源配電網(wǎng)中DG的出力隨機(jī)性較大，且DG的投切操作頻繁，所以在DG接入點(diǎn)應(yīng)當(dāng)配置FTU加強(qiáng)對(duì)DG的監(jiān)測(cè)，因此在所有DG接入點(diǎn)都布置FTU，目標(biāo)函數(shù)中以DG項(xiàng)表示。、分別為第種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的電壓幅值偏差和相角偏差指標(biāo)。、為給定的網(wǎng)絡(luò)完全可觀電壓幅值和相角的要求值，max為給定的供電可靠性要求值。一般變電站出口處都要求配置FTU，所以將1=1加入約束條件。

3.2 模型求解

FTU的優(yōu)化布置模型是一個(gè)典型的0-1整數(shù)非線性規(guī)劃問題，本文采用文獻(xiàn)[18]中提及的遺傳算法求解該優(yōu)化布置模型。遺傳算法是將待求的優(yōu)化求解模型通過(guò)模擬生物自然進(jìn)化過(guò)程，經(jīng)過(guò)基因編碼、選擇、交叉、變異、迭代等一系列操作，從而搜索得到最優(yōu)解的一種方法。本文的求解過(guò)程流程圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化求解流程圖

4 實(shí)例分析

在33節(jié)點(diǎn)和60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)中進(jìn)行算例分析， 2個(gè)有源配電網(wǎng)系統(tǒng)中均接入3個(gè)DG，且所有DG以PQ控制方式接入。本文在Matlab軟件環(huán)境中進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了本文所提算法的正確性和合理性。33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)和60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)分別如圖3、圖4所示，表1所示為有源配電網(wǎng)中接入的各個(gè)DG詳細(xì)信息。

圖3 33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)

圖4 60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)

表1 接入DG信息表

對(duì)于有源配電網(wǎng)中的量測(cè)量誤差，可以認(rèn)為是在潮流真值的基礎(chǔ)上添加符合正態(tài)分布特性的隨機(jī)噪聲。本文中偽量測(cè)量為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率值，根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到，算例中取最大預(yù)測(cè)誤差為40%；DG出力值和布置FTU支路量測(cè)值為實(shí)時(shí)量測(cè)得到，精度較高，本文算例中取FTU量測(cè)節(jié)點(diǎn)電壓幅值、支路電流幅值最大誤差為0.5%，支路功率最大誤差為1%。

表2和表3分別為33節(jié)點(diǎn)以及60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)算例中所有節(jié)點(diǎn)負(fù)荷標(biāo)幺值信息，其中功率基準(zhǔn)值SB=1 MVA。

表2 33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)負(fù)荷信息表

表3 60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)負(fù)荷信息表

2個(gè)有源配電網(wǎng)系統(tǒng)中均有3個(gè)DG接入，因此DG的投切將會(huì)導(dǎo)致8種可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：

(1) DG1、DG2、DG3全部切出；

(2) DG1接入，DG2、DG3切出；

(3) DG2接入，DG1、DG3切出；

(4) DG3接入，DG1、DG2切出；

(5) DG1、DG2接入，DG3切出；

(6) DG1、DG3接入，DG2切出；

(7) DG2、DG3接入，DG1切出；

(8) DG1、DG2、DG3全部接入。

表4 FTU優(yōu)化布置結(jié)果

各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的電壓幅值和相角最大偏差指標(biāo)如表5所示，表6和表7分別列出了33節(jié)點(diǎn)和60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)在表4中FTU布置下的所有分區(qū)的停電損失結(jié)果信息。

表5 各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的最大偏差指標(biāo)

表6 33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)分區(qū)停電損失結(jié)果表

表7 60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)分區(qū)停電損失結(jié)果表

從表4可以看出，對(duì)于有源配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中布置一定數(shù)量FTU裝置可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可觀。算例分析中，在33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)，最少只需要布置12個(gè)FTU即可滿足系統(tǒng)的完全可觀測(cè)要求，而在60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)中則需要布置18個(gè)FTU才能滿足完全可觀要求，隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，需要布置的FTU數(shù)量也有所增大。在系統(tǒng)中所有的DG接入點(diǎn)布置FTU，可以加強(qiáng)對(duì)DG出力以及DG并、離網(wǎng)操作的監(jiān)測(cè)，同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)精度；在支路上布置的FTU可以獲取實(shí)時(shí)支路量測(cè)數(shù)據(jù)，可以提高網(wǎng)絡(luò)的可觀測(cè)性。對(duì)于DG投切形成的各種有源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)TU的布置均能滿足有源配電網(wǎng)完全可觀：其中33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)算例中最大的電壓幅值偏差為0.006 132，最大的電壓相角偏差為0.464 722，60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)中最大的電壓幅值偏差為0.005 775，最大的電壓相角偏差為0.185 106。從表6和表7的停電損失數(shù)據(jù)中可以知道，在33節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)中布置了12個(gè)FTU后，網(wǎng)絡(luò)被劃分為9個(gè)分區(qū)，分區(qū)在發(fā)生故障時(shí)的最大分區(qū)停電損失為0.138；60節(jié)點(diǎn)有源配電網(wǎng)中布置18個(gè)FTU后，網(wǎng)絡(luò)可以劃分為15個(gè)分區(qū)，且最大的分區(qū)停電損失為0.100 5，均能滿足算例中有源配電網(wǎng)的最大停電負(fù)荷占總負(fù)荷小于等于15%的要求。

5 結(jié)論

區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，隨著分布式電源的接入，有源配電網(wǎng)的運(yùn)行方式和網(wǎng)絡(luò)特性都發(fā)生了改變，因此加強(qiáng)對(duì)有源配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。由于配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和支路數(shù)眾多，因此考慮布置盡可能少FTU裝置來(lái)獲取量測(cè)點(diǎn)電氣量信息，對(duì)實(shí)現(xiàn)有源配電網(wǎng)完全可觀和提高供電可靠性都具有重要的意義。本文從實(shí)際運(yùn)用的角度出發(fā)，提出了一種適用于有源配電網(wǎng)的FTU優(yōu)化布置算法。本文主要實(shí)現(xiàn)了如下目標(biāo)：

(1) 分析了有源配電網(wǎng)可觀測(cè)原理，從狀態(tài)估計(jì)方法角度給出了有源配電網(wǎng)完全可觀定義，并且定義了有源配電網(wǎng)的供電可靠性指標(biāo)，建立了有源配電網(wǎng)的FTU優(yōu)化布置模型。

(2) 通過(guò)實(shí)例分析表明，F(xiàn)TU的布置可以加強(qiáng)對(duì)有源配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)。在33節(jié)點(diǎn)和60有源配電網(wǎng)算例中分別只需要最少布置12個(gè)FTU和18個(gè)FTU即可實(shí)現(xiàn)完全可觀要求和供電可靠性要求，且得到的FTU優(yōu)化布點(diǎn)對(duì)于有源配電網(wǎng)的各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都適用，同時(shí)也表明本文提出的有源配電網(wǎng)FTU優(yōu)化算法具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1] 趙波, 王財(cái)勝, 周金輝, 等. 主動(dòng)配電網(wǎng)現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2014, 38(18): 125-135.

ZHAO Bo, WANG Caisheng, ZHOU Jinhui, et al. Present and future development trend of active distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(18): 125-135.

[2] 張建華, 曾博, 張玉瑩, 等. 主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵問題與研究展望[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(2): 13-23.

ZHANG Jianhua, ZENG Bo, ZHANG Yuying, et al. Key issues and research prospects of active distribution network planning[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(2): 13-23.

[3] 付家才, 陸青松. 基于蝙蝠算法的配電網(wǎng)故障區(qū)間定位[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(16): 100-105.

FU Jiacai, LU Qingsong. Fault sections location of distribution network based on bat algorithm[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(16): 100-105.

[4] 劉鵬程, 理新利. 基于多種群遺傳算法的含分布式電源的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位算法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2016, 44(2): 36-41.

LIU Pengcheng, LI Xinli. Fault-section location of distribution network containing distributed generation based on the multiple-population genetic algorithm[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(2): 36-41.

[5] 劉仲, 牟龍華, 楊智豪. 大停電后含分布式電源的電網(wǎng)分區(qū)及負(fù)荷恢復(fù)方案[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(22): 55-61.

LIU Zhong, MU Longhua, YANG Zhihao. Scheme for partitioning and load restoration of power grid containing distributed generation after blackout[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(22): 55-61.

[6] 王家林, 夏立, 吳正國(guó), 等. 電力系統(tǒng)PMU最優(yōu)配置新方法[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2011, 23(6): 1-5.

WANG Jialin, XIA Li, WU Zhengguo, et al. New method of optimal PMU placement of the power systems[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2011, 23(6): 1-5.

[7] 徐巖, 郅靜. 基于改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法的PMU優(yōu)化配置[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(2): 55-62.

XU Yan, ZHI Jing. Optimal PMU configuration based on improved adaptive genetic algorithm[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(2): 55-66.

[8] 李新振, 滕歡. 考慮潮流方程直接可解的PMU最優(yōu)配置[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2009, 37(16): 63-67.

LI Xinzhen, TENG Huan. Optimal configuration of PMU considering direct solvable power flow[J]. Power System Protection and Control, 2009, 37(16): 63-67.

[9] LIU Junqi, PONCI F, MONTI A, et al. Optimal meter placement for robust measurement system in active distribution grids[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2014, 63(5): 1096-1105.

[10] LIU Junqi, TANG Junjie, PONCI F, et al. Trade-offs in PMU deployment for state estimation in active distribution grids[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2012, 3(2): 915-924.

[11] ALIMARDANI A, THERRIEN F, ATANACKOVIC D, et al. Distribution system state estimation based on nonsynchronized smart meters[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015, 6(6): 2919-2928.

[12] 衛(wèi)志農(nóng), 陳勝, 孫國(guó)強(qiáng), 等. 含多類型分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式三相狀態(tài)估計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(9): 68-74.

WEI Zhinong, CHEN Sheng, SUN Guoqiang, et al. Distributed three-phase state estimation for active distribution network integrated with different types of distributed generators[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(9): 68-74.

[13] 王韶, 江卓翰, 朱姜峰, 等. 計(jì)及分布式電源接入的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(13): 82-87.

WANG Shao, JIANG Zhuohan, ZHU Jiangfeng, et al. State estimation of distribution network involving distributed generation[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(13): 82-87.

[14] 高亞靜, 張占龍, 吳文傳, 等. 配電網(wǎng)量測(cè)配置評(píng)估及優(yōu)化[J]. 中國(guó)電力, 2014, 47(7): 39-44.

GAO Yajing, ZHANG Zhanlong, WU Wenchuan, et al. Evaluation and optimization of measurement configuration in distribution system[J]. Electric Power, 2014, 47(7): 39-44.

[15] 徐臣, 余貽鑫. 提高配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)精度的量測(cè)配置優(yōu)化方法[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2009, 29(7): 17-21.

XU Chen, YU Yixin. Evaluation and optimization of meter placement to enhance distribution state estimation[J]. Electric Power Automation Equipment, 2009, 29(7): 17-21.

[16] 陳得治, 郭志忠. 基于表計(jì)配置的配電網(wǎng)可觀性分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005, 25(12): 35-41.

CHEN Dezhi, GUO Zhizhong. Distribution system network observability analysis based on meter placement[J]. Proceedings of the CSEE, 2005, 25(12): 35-41.

[17] 陳得宇, 沈繼紅, 張仁忠, 等. 配電網(wǎng)故障可觀測(cè)的實(shí)現(xiàn)及饋線終端單元配置方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2011, 35(2): 94-99.

CHEN Deyu, SHEN Jihong, ZHANG Renzhong, et al. Realization of fault observability of distribution system and corresponding optimal configuration method of feeder terminal units[J]. Power System Technology, 2011, 35(2): 94-99.

[18] 李澤文, 易志鵬, 楊毅, 等. 基于遺傳算法的故障行波定位裝置的優(yōu)化配置[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(3): 77-83.

LI Zewen, YI Zhipeng, YANG Yi, et al. Optimal placement of travelling wave fault location equipment for power grid based on genetic algorithm[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(3): 77-83.

(編輯 張愛琴)

Study of FTU optimal placement in the active distribution network

DAI Guimu, WU Zaijun, XU Junjun, DOU Xiaobo

(School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)

A FTU optimal placement algorithm in the active distribution network is proposed when the distributed generations are accessed to the active distribution network in order to improve the monitoring and management of the active distribution network. Firstly, according to the characteristics of the active distribution network, the principles of the active distribution network’s observability are analyzed from the view of state estimation. The load power is used as the pseudo-measurement and the observability of the active distribution network can be improved by the FTU optimal placement so that the active distribution network can be completely observable. The active distribution network’s power loss influence of the FTUs’ distribution is considered during the optimal placement. A mathematical model of the FTU optimal placement in the active distribution network is established and the genetic algorithm is used to solve the 0-1 integer programming model. At last, the simulation shows that the optimal placement can guarantee the observability and power supply reliability of the network in the 33-bus and 60-bus active distribution network, and the placement is also adapted to the changes of network structure.

This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51677025).

distributed generation; active distribution network; FTU optimal placement; state estimation; observability; power loss

10.7667/PSPC152089

2015-11-30；

2016-03-31

戴桂木( 1990-)，男，通信作者，碩士研究生，研究方向?yàn)榉植际桨l(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)；E-mail: daigm12@126.com

吳在軍(1975-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樽冸娬咀詣?dòng)化、分布式發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)、電能質(zhì)量分析與控制；

徐俊俊(1990-)，男，博士研究生，研究方向?yàn)橹鲃?dòng)配電網(wǎng)。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51677025)；新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目(NCET-13-0129)；國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(SGTYHT/14-JS-188)