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专利号: 2022110787643
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:在系统完全可观测的条件下,建立PMU优化配置数学模型;

步骤2:考虑零注入节点的影响、以及单个PMU中断和单条线路停电下的系统可观测问题,对步骤1建立的PMU优化配置数学模型约束条件进行修改;

步骤3:在灰狼优化算法的基础上对种群初始化、非线性收敛因子和位置更新权重系数进行改进;

步骤4:采用步骤3改进灰狼优化算法,对不同情景下的PMU配置模型进行优化配置方案的求解。

2.根据权利要求1所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤1中,PMU优化配置数学模型表示为公式(1)所示:式(1)中,ci表示在节点i安装PMU所需要的成本,不考虑不同节点安装成本所带来PMU配置的差异,统一选取ci=1;xi是一个二进制变量,表示节点i是否安装PMU,如果在节点i安装了PMU则xi为1,否则为0;min表示求最小值符号;∑为求和符号;n表示节点个数;i表示第iT个节点;f为约束条件表达式符号;s.t.表示约束符号;X=(x1,x2,...,xn) 表示系统各节点配置PMU的情况;B为元素均为1的n维列向量;A为n×n维节点关联矩阵,其元素aij表示为

3.根据权利要求2所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤2中,考虑零注入节点将减少实现完全可观测所需的PMU数量,其可观测性规则如下:若存在一个间接可观测的零注入节点,且相邻母线的电压相量除一个外均已知,则未知节点的电压相量可用KCL计算;

若零注入节点电压相量未知且其所有相邻节点的电压相量已知,则零注入节点电压相量可通过节点电压方程获得;

故考虑零注入节点的影响时,PMU优化配置数学模型中的约束条件转换如公式(2)所示:式(2)中,xi是一个二进制变量,表示节点i是否安装PMU,如果在节点i安装了PMU则xi为

1,否则为0;∑为求和符号;n表示节点个数;i表示第i个节点;fj为第j个节点的约束条件表达式符号;aij可表示为引入辅助二进制变量yij,取值为1时,表示可以根据相邻零注入节点i的测量数据使得节点j可观测;取值为0时,表示节点j不能被观察到;I为系统节点集合;表示任意符号;j表示第j个节点;zi也为二进制变量,值为1时表示节点i为零注入节点,值为0时表示节点i为非零注入节点。

4.根据权利要求2所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤2中,单个PMU中断是指系统中任一个PMU故障,此时模型转换为如公式(3)所示:f=AX≥2B                   (3);

T

式(3)中,f为约束条件表达式符号;X=(x1,x2,...,xn) 表示系统各节点配置PMU的情况;B为元素均为1的n维列向量;A为n×n维节点关联矩阵,其元素aij可表示为当考虑到零注入节点时,将PMU优化配置数学模型中的约束条件进行更改,如公式(4)所示:式(4)中,xj是一个二进制变量,表示节点j是否安装PMU,如果在节点j安装了PMU则xj为

1,否则为0;∑为求和符号;n表示节点个数;i表示第i个节点;j表示第j个节点;fj为第j个节点的约束条件表达式符号;aij可表示为 引入辅助二进制变量yij,取值为1时,表示可以根据相邻零注入节点i的测量数据使得节点j可观测;取值为0时,表示节点j不能被观察到;zj也为二进制变量,值为1时表示节点j为零注入节点,值为0时表示节点i为非零注入节点;B为元素均为1的n维列向量;表示任意符号;I为系统节点集合。

5.根据权利要求2所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤2中,单条线路停电指的是系统中任一条线路停电,此时PMU优化配置数学模型中的约束条件转换如公式(5)所示:f=(A+I)X≥2B                               (5);

T

式(5)中,f为约束条件表达式符号;X=(x1,x2,...,xn) 表示系统各节点配置PMU的情况;B为元素均为1的n维列向量;I为n×n阶单位矩阵;A为n×n维节点关联矩阵,其元素aij可表示为当考虑零注入节点时,将PMU优化配置数学模型中的约束条件进行更改,如公式(6)所示:式(6)中,xj是一个二进制变量,表示节点j是否安装PMU,如果在节点j安装了PMU则xj为

1,否则为0;∑为求和符号;n表示节点个数;i表示第i个节点;j表示第j个节点;fj为第j个节点的约束条件表达式符号;aij可表示为引入辅助二进制变量yij,取值为1时,表示可以根据相邻零注入节点i的测量数据使得节点j可观测;取值为0时,表示节点j不能被观察到;zj也为二进制变量,值为1时表示节点j为零注入节点,值为0时表示节点i为非零注入节点;B为元素均为1的n维列向量;表示任意符号;I为系统节点集合。

6.根据权利要求1所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤3中,引入Bernoulli混沌映射来改善GWO算法在初始化时狼群的分布属性,Bernoulli混沌映射如公式(15)所示:式(15)中,Xn为第n个混沌变量;n为维度大小;Xn+1为第n+1个混沌变量;λ为调节因子,Xn∈(0,1)。

7.根据权利要求1所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:使用基于正弦函数的非线性收敛因子更新策略,如公式(16)所示:式(16)中,a为收敛因子;t表示当前迭代次数;Tmax为常数,表示算法在收敛过程中能够达到的最大迭代次数;p为控制系数,其值大小决定该算法前期探索与后期开发的平衡问题。

8.根据权利要求1所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:GWO中w狼的位置更新公式是通过取更新后的α、β、δ灰狼位置的平均值,在位置更新公式中引入动态权重系数,如公式(17)、公式(18)、公式(19)和公式(20)所示:式(17)、式(18)、式(19)和式(20)中,w1、w2、w3分别表示α、β、δ狼相对应的权重系数;X1、X2、X3表示在灰狼群体中底层狼w根据α、β、δ进行的位置更新;X(t+1)表示狼群最后更新的位置。

9.根据权利要求1所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤4包括如下步骤:S1:根据IEEE‑33节点系统的网络拓扑结构,以及各节点之间的关系,求出该系统节点关联矩阵A;

S2:初始化灰狼算法的各个参数,包括种群规模,最大迭代次数,参数a、A、C;

S3:随机初始化系统中PMU的位置;

S4:根据当前位置,计算适应度函值并定义猎物位置;

S5:更新前三个最佳搜索代理Xα、Xβ、Xδ,更新系数向量a、A、C,以及更新灰狼位置X1、X2、X3;

S6:重复步骤S4、S5,直到最大迭代次数,最后输出结果。

10.根据权利要求1所述基于改进灰狼算法的配电网PMU优化配置方法,其特征在于:所述步骤4中,在考虑零注入节点的影响,以及单个PMU中断和单条线路停电的情况下,不同的测试情景包括以下六种:情景一为不考虑零注入节点下的仿真分析;

情景二为考虑零注入节点下的仿真分析;

情景三为不考虑零注入节点下单个PMU中断的仿真分析;

情景四为考虑零注入节点下单个PMU中断的仿真分析;

情景五为不考虑零注入节点下单条线路停电的仿真分析;

情景六为考虑零注入节点下单条线路停电的仿真分析。