[发明专利]使用计量数据估计电力网络的拓扑的方法

说明书

一种用于识别电力网络(1)的拓扑的方法允许在不知道网络参数的情况下自动和有效地识别网络拓扑。该方法基于相互电流灵敏度系数的估计以及从估计的灵敏度系数获得网络关联矩阵的算法。该算法基于以下一般假设：对连接到特定节点的分支中的所测量的电流的变化最敏感的计量单元是布置在紧接该特定节点上游的物理节点处的计量单元。该方法有效地考虑了测量中噪声的存在及其时间相关性。

技术领域

本发明总体涉及电力网络的领域，并且更特别地，涉及一种不需要知道网络参数和模型的情况下估计电力网络的拓扑的方法，电力网络包括一组节点和一组分支，每个分支被布置用于将一个节点连接到另一个节点，并且电力网络进一步被配置为具有包括计量单元和连接到通信网络的处理单元的监控基础架构，计量单元也被连接到通信网络，以允许向处理单元传输数据和从处理单元传输数据。

背景技术

对于所有电力系统研究以及技术安全和经济的最佳电网操作而言，网络的拓扑的知识是非常重要的信息。实际上，物理电网结构的知识是所有电力系统研究的基本要素，例如网络监控和状态估计以及电网最佳控制和管理。从可靠性的角度以及对于许多智能电网应用而言，电网拓扑的识别非常重要。通常，配电系统操作员可能不具备网络拓扑的准确和最新知识，尤其是在低压网络的情况下。此外，尽管配电网络通常是径向操作的，但生产线工人可以从一种径向拓扑切换到另一种径向拓扑，并且开关/断路器的状态可能会改变，而该信息不会及时到达系统操作员。在网络拓扑发生改变的情况下，系统操作员可能需要验证拓扑改变之后的开关/断路器的状态。因此，电网拓扑的最新知识对于电网的技术安全和经济最佳操作是重要的信息。此外，对于许多智能电网应用，特别是对于具有即插即用功能的应用而言，基于电量的测量来自动识别电网拓扑是非常重要的。

电网拓扑识别的主题已被广泛研究。在现有文献中，配电网络基本上被建模为一组通过线路(或分支)连接的总线(或节点)。该总线代表配电网络中的交叉点、变电站、机柜、发电机或负载，并且在总线之间延伸的线路(或分支)表示将电能从一条总线传输到另一条总线的布线。研究人员已使用不同的方法来识别电网拓扑。这些方法包括：

ⅰ)电力线通信(PLC)信号[1][2][3][4][5]；

ⅱ)相量测量单元(PMU)测量[6][7][8][9]；

ⅲ)来自计量基础架构的测量数据[10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]；

ⅳ)使用网络模型的信息估计开关的状态[21][22][23][24][29]；

ⅴ)最终用户电表数据[25][26][27]；以及

ⅵ)能源价格信号[28]。

以上列出的不同方法中，与本发明最相关的是一种使用来自计量基础架构的测量数据的方法。在文献中使用以下方法对通过计量数据识别电网拓扑进行研究：电压变化的时间序列之间的相关性分析[10][11]、基于电压的客户聚类[16]、电压变化相对于功率变化的相关性分析[15]、同步能量测量之间的相关系数[17]、电流大小与其相位角的同步测量之间的相关性分析[18]、基于优化的方法[12][13][19]，以及能量测量的主成分分析[14]。这些方法的主要缺点是：

-没有考虑噪声的非随机性，

-根据连接计量单元的线的长度，结果可能不准确[10][11][15]，

-需要解决计算密集型[12][13][19]，

-应该对网络中的所有负载进行计量[14][19]，并且

-能量损失是估计中的噪声和误差的来源[14][19]，

-在[17]中，一组监控装置的同步能量测量之间的相关系数用于识别每对监控装置之间的相互关系。通过迭代过程，将相关系数大于定义的阈值的监控装置视为彼此直接连接，