一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法，包括：1提取光伏电站有功响应特性和无功响应特性的暂稳态数据作为初始变量矩阵；2使用因子分析法将初始变量矩阵分解为公共因子和特殊因子的线性组合，得到因子载荷矩阵；3计算公共因子在所有光伏发电单元上得分的估计值，并作为聚类指标；4基于相关分析和假设检验，获得光伏发电单元的相似关系并进行聚类；5利用轮廓可视化方法判断聚类结果的合理性；6计算光伏发电单元的等值参数和集电系统的等值阻抗，建立光伏电站等值模型。本发明专利技术能有效提取并量化光伏电站在三相短路故障工况的运行特性，并运用于光伏电站的等值建模，从而使得所建模型在拟合光伏电站输出外特性上具有较高精度。

An Equivalent Modeling Method for Photovoltaic Power Plants Considering Operational Characteristics

The invention discloses an equivalent modeling method for photovoltaic power plants considering operation characteristics, including: 1. extracting transient steady-state data of active and reactive response characteristics of photovoltaic power plants as initial variable matrices; 2. decomposing initial variable matrices into linear combinations of common factors and special factors by factor analysis method to obtain factor load matrices; 3. calculating common factors in all photovoltaic power plants; Estimates of scores on generating units are used as clustering indicators; 4. Similarity relationships of photovoltaic units are obtained and clustered based on correlation analysis and hypothesis test; 5. Rationality of clustering results is judged by contour visualization method; 6. Equivalent parameters of photovoltaic units and equivalent impedance of collector system are calculated to establish an equivalent model of photovoltaic power plants. The invention can effectively extract and quantify the operation characteristics of photovoltaic power station under three-phase short-circuit fault condition, and is applied to equivalent modeling of photovoltaic power station, so that the model has high accuracy in fitting the output characteristics of photovoltaic power station.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法
本专利技术涉及光伏电站等值建模方法领域，特别涉及一种基于因子分析、相关分析和假设检验、以及轮廓可视化方法的光伏电站等值建模方法。
技术介绍
光伏发电技术的成熟促进了光伏电站的规模化发展。大型光伏电站并网会对电网的动态特性产生巨大影响，进而对电网的安全稳定运行产生重要影响，因此光伏电站的建模仿真工作必不可少。大型光伏电站通常由数十个甚至上百个光伏发电单元组成，其详细模型数据庞大，结构复杂，仿真速度慢，计算量大，建立详细模型的方案并不可取。因此，研究并建立光伏电站的等值模型来代替详细模型应用于实际工程的仿真和分析，具有重要的现实意义。光伏电站等值建模的研究主要集中在聚类指标的选取和聚类方法的选择上。聚类指标需要能够表征光伏发电单元的运行工况、故障扰动以及网络拓扑结构等信息。光伏发电单元的输入环境参数指标包括光照辐射度、温度、湿度等大气环境因素，是影响光伏出力波动性和差异性的直接因素，但因气象环境复杂多变，将其作为聚类指标不确定性太高，数据测量不准确，且缺乏对光伏逆变器运行特性的考虑；光伏逆变器内部控制参数指标对光伏电站的动态响应特性有重大影响，从本质体现了光伏发电单元之间的差异性，将其作为聚类指标，等值精度较高，但实际工程中控制参数不易获取，往往需要结合参数辨识方法，等值难度较大；光伏逆变器的运行特性指标包括电压跌落工况、保护电路动作、低电压穿越、暂稳态运行工况等，使用这类指标进行聚类，物理意义明确，具有较好的辨识性，但这些运行特性难以实现量化，无法直接获取作为聚类指标使用；光伏逆变器的输出外特性指标在实际工程中易于获取，且能表征光伏逆变器的运行特性，将其作为聚类指标较为实用，但是输出外特性往往是多维的时间序列指标，包含冗余信息，且选取的变量具有较强的相关性和主观性，无法挖掘内在的本质信息，模糊了光伏逆变器在给定运行工况时的运行特性。聚类方法可以归纳为两类：一是基于算法的聚类。聚类算法多种多样，如基于划分的k-means算法、基于层次的Birch算法、基于密度的DBSCAN算法和基于网格的Sting算法等。这些算法通常度量多维空间中聚类数据点之间的特征距离来进行聚类。聚类算法处理速度较快，但其无指导分类的特点使聚类结果容易受数据类型、孤立数据点和边缘数据点等敏感数据的影响，无法得到全局最优解，影响聚类结果的准确性。二是基于光伏发电单元特征信息聚类。例如，根据光伏逆变器运行特性的显著差异性，实现准确聚类；分析暂稳态响应曲线的聚群特性，提取标志性的分界点，实现有效聚类；利用聚类指标进行光伏发电单元的相似性度量，实现系统聚类。这类方法不需要依赖复杂的算法，直接根据光伏发电单元类与类之间显著的特征差异进行聚类，原理简单，计算方便，但这些用于直接聚类的特征信息，往往难以获取或者进行有效量化，需要进一步研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法，以期能有效提取并量化光伏电站在三相短路故障工况的运行特性，并运用于光伏电站的等值建模，从而使得所建的模型在拟合光伏电站输出外特性上具有较高精度。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法的特点是包括如下步骤：步骤1、分析光伏电站在三相短路故障过程前后的运行特性变化，并提取有功响应特性和无功响应特性的暂稳态数据作为初始变量矩阵；步骤2、使用因子分析法将所述初始变量矩阵分解为公共因子和特殊因子的线性组合，从而得到因子载荷矩阵A；步骤2.1、令所述初始变量矩阵记为Xi表示第i维初始变量，并有：Xi＝[xi1xi2…xij…xin]，xij表示第i维初始变量中第j个样本，1≤j≤n，1≤i≤p，n为样本容量，p为维度总数；利用式(1)建立因子分析模型，用于分解第i维初始变量中第j个样本xij：式(1)中，fkj表示第k个公共因子Fk在第j个样本上的因子得分，且fkj∈Fk，Fk＝[fk1fk2…fkj…fkn]，Fk∈F，表示公共因子，且1≤k≤m，m＜p，m表示公共因子的个数；系数aik为第k个公共因子Fk第i维初始变量Xi的因子载荷，aik∈A，A表示因子载荷矩阵，且A＝(aik)p×m，εij是第i维初始变量Xi中第j个样本的特殊因子；步骤2.2、计算初始变量矩阵X的第i维初始变量Xi和第t维初始变量Xt的相关系数rit，从而得到相关系数矩阵R＝(rit)p×p，1≤t≤p；步骤2.3、计算所述相关系数矩阵R的特征值λ和特征向量矩阵U，且特征值λ有p个解，记为λ1≥λ2≥…≥λt≥…≥λp＞0，λt表示所述相关系数矩阵R的第t个特征根，U＝(u1,u2,…,ut,…,up)，ut表示相关系数矩阵R的特征向量矩阵U中对应于第t个特征根λt的第t维特征向量，且ut＝[u1tu2t…uit…upt]T，uit表示第t维特征向量的第i个解；步骤2.4、利用式(2)得到公共因子的个数m并作为特征根的个数：式(2)中，δ表示所规定的累计方差贡献率；步骤2.5、利用式(3)得到第k个公共因子Fk第i维初始变量Xi的因子载荷aik，从而得到因子载荷矩阵A：步骤3、计算公共因子在所有光伏发电单元上得分的估计值并作为聚类指标；步骤3.1、对因子载荷矩阵A进行方差最大正交旋转处理，得到旋转后的因子载荷矩阵A′；步骤3.2、利用式(4)得到m个公共因子在每一个样本上得分的估计值且表示m个公共因子在第j个样本上的得分：步骤4、基于相关分析和假设检验，获得光伏发电单元的相似关系并进行聚类；步骤4.1、对估计值进行相关分析，获得估计值的相关系数矩阵C＝(chj)n×n，chj表示估计值中第h维向量和第j维向量的相关系数，1≤h≤n；步骤4.2、根据估计值计算获得光伏电站中第h个光伏发电单元和第j个光伏发电单元的不相关概率P(h,j)，并给定假设检验水准为α；若P(h,j)＜α，则第h个光伏发电单元和第j个光伏发电单元显著相关；令第h个光伏发电单元和第j个光伏发电单元的相似关系为chj*＝chj；若P(h,j)≥α，则第h个光伏发电单元和第j个光伏发电单元不相关；令第h个光伏发电单元和第j个光伏发电单元的相似关系为chj*＝0；从而获得光伏发电单元的相似关系矩阵C*＝(chj*)n×n；步骤4.3、设定强相关水平θ，根据光伏发电单元的相似关系矩阵C*对光伏发电单元进行聚类，若两个光伏发电单元的相似关系大于强相关水平θ，将这两个光伏发电单元聚成一类；若两个光伏发电单元的相似关系小于强相关水平θ，则将这两个光伏发电单元划分到不同的类，从而完成光伏电站内所有光伏发电单元的聚类划分；步骤5、利用轮廓可视化方法对光伏发电单元的聚类结果进行可视化处理，用于定性分析光伏发电单元的相似关系，从而判断聚类结果的合理性；步骤6、根据所述光伏发电单元的聚类结果，将每一类的光伏发电单元等值为一个光伏发电单元，计算光伏发电单元的等值参数和集电系统的等值阻抗，从而建立光伏电站等值模型。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术使用因子分析对初始变量进行降维处理，消除了初始变量的相关性，充分挖掘数据内在的本质信息，量化了光伏逆变器的运行特性指标，消除了初始变量的主观性。2、本专利技术将经因子分析处理后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、分析光伏电站在三相短路故障过程前后的运行特性变化，并提取有功响应特性和无功响应特性的暂稳态数据作为初始变量矩阵；步骤2、使用因子分析法将所述初始变量矩阵分解为公共因子和特殊因子的线性组合，从而得到因子载荷矩阵A；步骤2.1、令所述初始变量矩阵记为

【技术特征摘要】
1.一种考虑运行特性的光伏电站等值建模方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、分析光伏电站在三相短路故障过程前后的运行特性变化，并提取有功响应特性和无功响应特性的暂稳态数据作为初始变量矩阵；步骤2、使用因子分析法将所述初始变量矩阵分解为公共因子和特殊因子的线性组合，从而得到因子载荷矩阵A；步骤2.1、令所述初始变量矩阵记为Xi表示第i维初始变量，并有：Xi＝[xi1xi2…xij…xin]，xij表示第i维初始变量中第j个样本，1≤j≤n，1≤i≤p，n为样本容量，p为维度总数；利用式(1)建立因子分析模型，用于分解第i维初始变量中第j个样本xij：式(1)中，fkj表示第k个公共因子Fk在第j个样本上的因子得分，且fkj∈Fk，Fk＝[fk1fk2…fkj…fkn]，Fk∈F，表示公共因子，且1≤k≤m，m＜p，m表示公共因子的个数；系数aik为第k个公共因子Fk第i维初始变量Xi的因子载荷，aik∈A，A表示因子载荷矩阵，且A＝(aik)p×m，εij是第i维初始变量Xi中第j个样本的特殊因子；步骤2.2、计算初始变量矩阵X的第i维初始变量Xi和第t维初始变量Xt的相关系数rit，从而得到相关系数矩阵R＝(rit)p×p，1≤t≤p；步骤2.3、计算所述相关系数矩阵R的特征值λ和特征向量矩阵U，且特征值λ有p个解，记为λ1≥λ2≥…≥λt≥…≥λp＞0，λt表示所述相关系数矩阵R的第t个特征根，U＝(u1,u2,…,ut,…,up)，ut表示相关系数矩阵R的特征向量矩阵U中对应于第t个特征根λt的第t维特征向量，且ut＝[u1tu2t…uit…upt]T，uit表示第t维特征向量的第i个解；步骤2.4、利用式(2)得到公共因子的个数m并作为特征根的个数：式(2)中，δ表示所规定的累计方差贡献率；步骤2.5、利用式(3)得到第k个公共因子Fk第i维初始变...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩平平，林子豪，张炎，王磊，夏雨，潘薇，张宇，胡骞，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34