一种基于聚类分析的大规模光伏电站等值建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于聚类分析的大规模光伏电站等值建模方法，其特征是按如下步骤进行：1求取各光伏发电单元的聚类指标向量；2选取光伏发电单元的初始聚类中心；3对光伏发电单元进行聚类分组；4将同组的光伏发电单元分块合并成一个等值光伏发电单元；5对等值模型进行误差分析。本发明专利技术能够对众多光伏发电单元进行科学有效地分组等值，从而达到提高大规模光伏电站等值模型精度的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统分析
，更具体地说本专利技术涉及一种大规模并网光伏电站的等值建模方法。
技术介绍
光伏电站以其清洁、可再生、基本不受地理条件限制的特点在中国得到迅速发展。但由于光伏发电其自身不同于常规能源的发电特性，大容量光伏电站并网将给电网安全稳定运行带来严峻挑战，有必要对大规模光伏电站接入电网后的电网运行特性开展深入研究，首要问题就是光伏电站的建模。兆瓦级光伏电站内光伏发电单元数量众多，若对每一个光伏发电单元建模，会增大电力系统的规模，增加仿真时间。因此采用等值的方法描述光伏电站是解决该问题最基本的途径。目前对光伏电站的等值化简一般有两种方法：第一种为独立核心建模，主要是以光伏逆变器为核心，将光伏阵列、线路等按照逆变器的拓扑结构进行化简；第二种为整体建模，主要是按照光伏发电系统各个部分的连接顺序，对各部分的拓扑结构进行等值化简。独立核心建模缺乏整体协调性，整体建模虽然思路清晰，但往往难度较大，尤其不利于大规模、含多种类型光伏逆变器的光伏电站的特性研究。并且在实际的光伏电站中，不同的光伏发电单元所处的外部环境不同，且不同逆变器的动态特性也存在差异，表现为各光伏发电单元运行状态不同，当光伏发电单元运行状态相差较大时，按上述两种方法等值化简不能准确反映光伏电站的特性。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于聚类分析的大规模光伏电站等值建模方法，以期能对众多光伏发电单元进行科学有效地分组等值，从而达到提高大规模光伏电站等值模型精度的目的。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术一种基于聚类分析的大规模光伏电站等值建模方法的特点是，所述大规模光伏电站中设置有n个光伏发电单元，且在公共连接点PCC处汇流并接入电网，从而构成光伏电站详细模型；所述第i个光伏发电单元包括：第i个光伏阵列、第i个逆变器、第i个滤波环节、第i个变压器、第i个集电线路；1≤i≤n；所述等值建模方法是按如下步骤进行：步骤1、求取n个光伏发电单元的聚类指标向量：步骤1.1、调节n个光伏发电单元中逆变器的控制参数，使得公共连接点PCC处的电流波形失真度G达到最小；步骤1.2、假设第i个逆变器共有Np个控制参数，将第i个逆变器的第t个控制参数增大其它控制参数保持不变，利用式(1)获得第i个逆变器的第t个控制参数的灵敏度从而获得第i个逆变器的Np个控制参数的灵敏度进而获得n个逆变器各自Np个控制参数的灵敏度DIM(p)＝{DIM(p1),DIM(p2),…,DIM(pi),…,DIM(pn)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于聚类分析的大规模光伏电站等值建模方法，其特征是，所述大规模光伏电站中设置有n个光伏发电单元，且在公共连接点PCC处汇流并接入电网，从而构成光伏电站详细模型；所述第i个光伏发电单元包括：第i个光伏阵列、第i个逆变器、第i个滤波环节、第i个变压器、第i个集电线路；1≤i≤n；所述等值建模方法是按如下步骤进行：步骤1、求取n个光伏发电单元的聚类指标向量：步骤1.1、调节n个光伏发电单元中逆变器的控制参数，使得公共连接点PCC处的电流波形失真度G达到最小；步骤1.2、假设第i个逆变器共有Np个控制参数，将第i个逆变器的第t个控制参数增大其它控制参数保持不变，利用式(1)获得第i个逆变器的第t个控制参数的灵敏度从而获得第i个逆变器的Np个控制参数的灵敏度进而获得n个逆变器各自Np个控制参数的灵敏度DIM(p)＝{DIM(p1),DIM(p2),…,DIM(pi),…,DIM(pn)}，1≤t≤Np：DIM(pt(i))=limΔpt(i)→0ΔGΔpt(i)---(1)]]>式(1)中，ΔG表示所述电流波形失真度G的变化值；步骤1.3、利用式(2)获得第i个逆变器的第t个控制参数标准化后的值从而将n个逆变器各自Np个控制参数均进行标准化处理：pt′(i)=pt(i)-pt-minpt-max-pt-min---(2)]]>式(2)中，pt‑max和pt‑min分别为n个逆变器中第t个控制参数的最大值和最小值；步骤1.4、利用式(3)获得第i个光伏发电单元的聚类指标向量xi，从而获得n个光伏发电单元的聚类指标向量X＝{x1,x2,…,xi,…,xn}：xi=[DIM(p1(i))p1′(i),DIM(p2(i))p2′(i),...,DIM(pt(i))pt′(i),...,DIM(pNp(i))pNp′(i)]---(3)]]>步骤2、将n个光伏发电单元的聚类指标向量X分成c个组，并确定c个初始聚类中心V＝{v1,v2，…,vj,…,vc}，vj表示第j个组的初始聚类中心；1＜c＜n，1≤j≤c：步骤2.1、初始化j＝1；步骤2.2、利用式(4)计算第a个光伏发电单元的聚类指标向量xa与第b个光伏发电单元的聚类指标向量xb间的欧式距离dab，从而获得距离矩阵Dn×n；dab=||xa-xb||2=(xa-xb)T(xa-xb)---(4)]]>式(4)中，1≤a≤n，1≤b≤n，Dn×n为主对角元素为零的对阵矩阵；步骤2.2、从所述距离矩阵Dn×n中选取欧式距离最小的两个聚类指标向量所对应的两个光伏发电单元作为第j组，并将相应的两个聚类指标向量存入指标集合中；求取第j组中两个聚类指标向量的中点作为第j个初始聚类中心vj；步骤2.3、从距离矩阵Dn×n中选出所有能满足条件的聚类指标向量；满足条件的聚类指标向量为：与指标集合中的任意一个聚类指标向量间的欧式距离均大于设定的阀值α的聚类指标向量；从所有满足条件的聚类指标向量中选取欧式距离最小的两个聚类指标向量所对应的两个光伏发电单元作为第j+1组，并将相应的两个聚类指标向量存入指标集合中，从而更新所述指标集合；求取第j+1组中两个聚类指标向量的中点作为第j+1个初始聚类中心vj+1；步骤2.4、判断j+1＝c是否成立，若成立，则表示已获得c个初始聚类中心V，否则，将j+1赋值给j，并返回步骤2.3执行；步骤3、利用模糊C均值聚类算法FCM对n个光伏发电单元进行聚类分组：步骤3.1、定义迭代变量k，并初始化k＝1；并将步骤2求取的c个初始聚类中心V作为第k‑1次迭代的c个聚类中心V(k‑1)；步骤3.2、利用式(5)获得第k次迭代中第i个光伏发电单元属于第j个组的隶属度值从而获得隶属度矩阵μij(k)=1Σr=1c(||xi-vj(k-1)||2||xi-vr(k-1)||2)2m-1---(5)]]>式(5)中，表示第i个光伏发电单元的聚类指标向量xi与第k‑1次迭代的第j个聚类中心间的欧式距离，m为模糊系数；1≤r≤c；步骤3.3、利用式(6)更新第k次迭代的第j个聚类中心从而获得第k次迭代的c个聚类中心：vj(k)=Σi=1n(μij(k))mxiΣi=1n(μij(k))m---(6)]]>步骤3.4、利用式(7)求取第k次迭代的目标函数值Jm(Un×c(k),c)=Σj=1cΣi=1n(μij(k))m||xi-vj(k)||2---(7)]]>步骤3.5、将k+1赋值给k，并返回步骤3.2执行，直到与间的变化值小于允许误差ξ或k达到允许的最大迭代...

【技术特征摘要】
1.一种基于聚类分析的大规模光伏电站等值建模方法，其特征是，所述大规模光伏电站中设置有n个光伏发电单元，且在公共连接点PCC处汇流并接入电网，从而构成光伏电站详细模型；所述第i个光伏发电单元包括：第i个光伏阵列、第i个逆变器、第i个滤波环节、第i个变压器、第i个集电线路；1≤i≤n；所述等值建模方法是按如下步骤进行：步骤1、求取n个光伏发电单元的聚类指标向量：步骤1.1、调节n个光伏发电单元中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红斌，刘众前，丁明，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34