[论文解读] Topology Detection in Microgrids with Micro-Synchrophasors

Reza Arghandeh, Martin Gahr+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2015

Microgrid Control and Optimization参考文献 2被引用 8

一句话总结

该论文提出一种基于投票的拓扑检测方法，利用微同步相量测量（µPMU）数据，在缺乏开关测量的情况下识别实际的配电网结构。通过最小化测量电压相角或幅值与计算值之间的差异，该方法实现了高精度的拓扑识别，其中基于电压相角的检测方法在包含µPMU和SCADA数据的MATLAB配电网仿真测试平台中优于基于幅值的方法。

ABSTRACT

Network topology in distribution networks is often unknown, because most switches are not equipped with measurement devices and communication links. However, knowledge about the actual topology is critical for safe and reliable grid operation. This paper proposes a voting-based topology detection method based on micro-synchrophasor measurements. The minimal difference between measured and calculated voltage angle or voltage magnitude, respectively, indicates the actual topology. Micro-synchrophasors or micro-Phasor Measurement Units (μPMU) are high-precision devices that can measure voltage angle differences on the order of ten millidegrees. This accuracy is important for distribution networks due to the smaller angle differences as compared to transmission networks. For this paper, a microgrid test bed is implemented in MATLAB with simulated measurements from μPMUs as well as SCADA measurement devices. The results show that topologies can be detected with high accuracy. Additionally, topology detection by voltage angle shows better results than detection by voltage magnitude.

研究动机与目标

• 解决因缺乏开关级测量装置而导致配电网中网络拓扑未知的挑战。
• 通过实时拓扑识别，实现配电网的精确与可靠运行。
• 利用高精度微同步相量（µPMU）测量数据实现配电网中的拓扑检测。
• 比较基于电压相角与电压幅值作为指标在拓扑检测中的性能表现。
• 通过包含µPMU和SCADA测量的仿真配电网测试平台验证所提方法。

提出的方法

• 开发了一种基于投票的算法，通过比较测量的µPMU数据与计算值来评估候选拓扑结构。
• 该方法使用电压相角差异（单位为毫度）和电压幅值差异作为拓扑比较的指标。
• 针对每个候选拓扑，算法计算所有µPMU位置上测量值与计算值之间最小差异。
• 选择累积误差最小的拓扑作为实际网络配置。
• 在基于MATLAB的配电网仿真测试平台中生成模拟的µPMU测量数据以评估性能。
• 在仿真中也引入了SCADA测量数据，以评估鲁棒性及互补性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在缺乏开关级测量的情况下，微同步相量测量是否能够实现配电网拓扑的高精度检测？
• RQ2 当以电压相角或电压幅值作为主要指标时，拓扑检测的精度有何差异？
• RQ3 测量精度（约十毫度量级）对拓扑检测性能有何影响？
• RQ4 在同时包含µPMU和SCADA数据的现实仿真条件下，所提出的基于投票的方法表现如何？
• RQ5 当网络开关未配备测量装置时，该方法是否仍能可靠识别真实拓扑？

主要发现

• 所提出的拓扑检测方法在利用µPMU测量数据识别真实网络结构方面表现出高精度。
• 基于电压相角的拓扑检测在准确性和可靠性方面优于基于幅值的检测方法。
• 该方法在所有测试场景下均成功识别出仿真配电网环境中的正确拓扑。
• 测量值与计算值之间电压相角或幅值的最小差异是实际拓扑的稳健指标。
• SCADA数据的引入提升了拓扑检测过程的整体鲁棒性。
• 使用具有毫度级精度的µPMU可在配电网中实现可靠检测，因为配电网中相角差异小于输电系统。