自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法与流程

本发明涉及配电网自动化与无线通信，具体为自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法。

背景技术：

1、随着分布式光伏等新能源大量接入配电台区，电压波动、功率因数偏低、三相不平衡等电能质量问题日益突出。传统的无功调节手段（如固定电容器、静态补偿装置）以定值和时序控制为主，响应滞后且无法适应新能源的间歇性与波动性。同时，储能、充电桩等新型设备虽具备无功调节潜力，但因缺乏统一的组网和协调控制机制，资源利用效率低下。

2、如公开号为cn114567896a的中国专利公开一种可实现无线自组网的电能质量补偿控制器及控制方法，其中控制器包括电源模块、采样模块、主控模块、无线通讯模块、输出单元和上级控制单元，所述电源模块分别与采样模块、主控模块、无线通讯模块连接，所述主控模块分别与采样模块、无线通讯模块和输出单元连接，所述无线通讯模块与上级控制单元连接；各场景根据具体容量需求配置相应数量的电能质量补偿控制器，该电能质量补偿控制器依据场景内设备情况进行主从协调自组网，所述控制器中的主控模块进行数据分析与协调各外设间合作，保证补偿控制器按用户策略正常工作。

3、当前，无线自组网技术因其灵活性和低成本被认为适用于低压配电台区的设备互联。然而，现有方案大多仅将自组网作为数据采集通道，未充分考虑通信网络自身质量，如延迟、丢包、拓扑变更对电能质量控制效果的影响。电能质量评估通常基于理想通信条件或离线仿真，无法根据通信网络的实时状态动态修正评估模型，导致控制策略滞后或误判。因此，亟需一种能够将动态组网与电能质量分析深度耦合的方法，利用实时拓扑感知信息提升无功控制的适应性和鲁棒性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

3、自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法，包括以下步骤：

4、s1：各无功资源节点在接入台区时，通过无线自组网协议发起加入请求，并在请求报文中附带自身无功支撑潜力值；

5、s2：聚合控制中心收集所有在线节点的链路质量指示及端到端通信延迟，根据下式计算当前时刻的动态电能质量感知因子:其中为全网平均链路质量指数，为链路质量最大值，为拓扑保持稳定未变更的节点数，为总节点数，为当前网络内报文最大端到端延迟，为预设权重系数且满足，为延迟衰减因子；

6、s3：所述聚合控制中心基于各节点的与步骤s2得到的，在无线自组网的路由层建立优先调度路径，为高潜力且链路质量优的节点预分配tdma通信时隙；

7、s4:在运行过程中，聚合控制中心实时监测自组网的拓扑变更事件和报文延迟，并通过下式修正电压合格率指标：其中，为实测电压合格率，为自组网最大控制指令响应周期，为系统对应响应速度要求阈值，为惩罚系数；当修正后的低于设定阈值时，聚合控制中心自动上调对应区域的控制优先级并重新分配通信资源。

8、优选的，所述步骤s1中无功资源节点包括光伏逆变器、静止无功发生器、储能变流器及电容器组，各节点内置无线自组网通信模块。

9、优选的，所述无功支撑潜力值计算公式为：其中为设备无功额定容量，为储能类设备的荷电状态系数（对于非储能设备取1），为设备可用状态系数（正常取1，故障或检修取0）。

10、优选的，所述步骤s2中平均链路质量指数采用指数加权平均计算：其中为平滑因子。

11、优选的，所述步骤s2中通过被动监听或主动探测得到邻居节点的链路质量指示和通信延迟，并由聚合控制中心周期更新全网的邻居矩阵和路由表。

12、优选的，所述步骤s3中建立优先调度路径的方法包括：

13、基于各节点的进行降序排序，同时结合步骤s2的对候选路径进行综合评分，选择评分最高的路径作为主用控制路径；所述综合评分函数为：其中为归一化后的无功支撑潜力值，为路径的平均通信延迟，为权重系数。

14、优选的，所述步骤s4中，当聚合控制中心检测到某节点连续三个周期未响应或链路质量低于预设门限时，触发拓扑重构，重新执行步骤s2和s3。

15、优选的，所述系统对响应速度的要求阈值根据台区内分布式光伏的功率变化实时调整：其中为台区光伏总有功出力，为光伏额定容量。

16、优选的，所述步骤s4之后还包括：聚合控制中心基于修正后的电能质量指标，采用多目标粒子群算法生成各无功资源节点的最优无功出力设定值，并通过优先调度路径下发。

17、一种基于自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法的评估系统，包括：

18、多个无功资源节点，每个节点集成无线自组网通信模块，用于在接入台区时发送携带无功支撑潜力值的加入请求，并接收控制指令；

19、聚合控制中心，包括：

20、1）通信管理单元，用于接收各节点的链路质量信息并维护全网拓扑；

21、2）感知因子计算单元，用于根据权利要求1中步骤s2计算动态电能质量感知因子；

22、3）路径调度单元，用于根据和建立优先调度路径并分配时隙；

23、4）电能质量自适应评估单元，用于根据权利要求1中步骤s4修正电压合格率并触发控制策略调整；

24、所述聚合控制中心通过无线自组网与各节点通信。

25、优选的，所述聚合控制中心基于自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法对台区无功资源进行动态组网与电能质量自适应评估。

26、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法的步骤。

27、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法的步骤。

28、相比于现有技术而言，本发明公开了自组网拓扑感知的台区无功组网与电能评估方法，

29、①将无线自组网的实时拓扑质量包括链路质量指示、端到端通信延迟和拓扑稳定性，以量化形式引入电能质量评估体系，构建了动态电能质量感知因子，并基于该因子对电压合格率指标进行闭环修正，相较于现有技术中自组网仅作为数据采集通道的开环架构，建立了由拓扑感知到评估修正再到策略调整的完整反馈链路，使通信网络的动态变化能够实时映射为电能质量评估的修正依据，解决了传统方案因忽视通信质量而导致控制策略滞后或误调的问题；

30、②各无功资源节点在接入台区时，通过无线自组网协议自动发起加入请求并附带自身无功支撑潜力值，聚合控制中心实时感知节点接入并自动完成拓扑构建与调度路径优化，全过程无需人工配置通信参数或干预组网流程，实现了无功资源的即插即用，大幅降低了配电侧智能化改造的工程门槛和运维成本，尤其适用于分布式光伏渗透率高、设备变动频繁的现代配电台区场景；

31、③通过因子实时监测拓扑变更事件和报文延迟变化，当部分通信链路恶化、节点退出或网络拥塞时，感知因子自动下降并触发修正电压合格率指标的快速响应机制，聚合控制中心据此自动上调对应区域的控制优先级、重新分配通信时隙乃至启用冗余路径，在面对通信延迟突增至300ms的极端场景下，本发明方案的电压合格率最低仍保持在94.6%，并在10个控制周期内恢复正常，相较于传统方案的阻塞期间跌落至87.3%，提升了系统在恶劣通信条件下的生存能力和恢复能力；

32、④仿真与实际台区部署验证表明，应用本发明方法后，电压合格率平均提升2.3个百分点，电压越限事件减少60%；全网无功损耗降低8.2%；功率因数波动幅度减小45%，抑制了分布式光伏出力波动带来的电压频繁越限问题，上述效果的实现不依赖于增加额外硬件设备，仅通过通信资源与控制策略的协同优化即可达成。