有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法技术

一种有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法：根据选定的有源配电网确定系统结构及参数；计算有源配电网各节点间电气距离构成的电气距离矩阵；通过判断电气距离矩阵的特征值的大小得到有源配电网的最佳分区数；采用K‑means聚类算法对电气距离矩阵进行聚类分区以得到配电网络分区结果；依据有源配电网结构及参数，基于分区结果，建立有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型；将有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型转化为二阶锥模型；采用求解二阶锥规划的数学解算器对有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略的二阶锥模型进行计算求解；输出求解结果。本发明专利技术简化了分布式电源就地电压控制策略的制定与优化。

Tuning Method of Distributed Generation Zoning Local Voltage Control Strategy in Active Distribution Network

【技术实现步骤摘要】
有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法
本专利技术涉及一种分布式电源就地电压控制策略整定方法。特别是涉及一种有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法。
技术介绍
随着分布式电源大量接入配电网，尤其是光伏等间歇性分布式电源的接入无论在时间还是空间上都具有很强的不确定性，在配电网运行过程中往往导致馈线功率大幅波动、馈线间功率不平衡、电压越限等诸多问题。目前，有源配电网中的分布式电源主要采用集中式控制或就地控制两种模式来实现。集中式控制策略基于全局信息进行全局优化，但随着分布式电源种类越来越多，数量越来越庞大，极大地增加了通信负担和数据处理压力，一旦中央控制器出现故障，将无法协调系统中大量的可调度资源。此外，出于隐私以及安全等方面的考虑，集中式控制难以准确、便捷地获取全局信息。而就地控制策略仅依靠本地测量信息，虽无法实现全局最优，但不需要节点间的信息交流或远程量测，显著减少了通信信息量；并且，当系统中功率出现波动时，就地控制策略能够迅速响应，快速平抑波动。分布式电源就地电压控制策略根据整定出的分布式电源无功控制策略和有功削减策略来实现对有源配电系统的运行控制，改善电压水平，提高系统运行的经济性。若分布式电源用尽无功功率仍不能有效地将节点电压控制在理想区间时，可进一步考虑使用有功削减策略解决这一问题，从而使系统电压维持在安全的运行水平。由于光伏、风机等分布式电源接入数量往往较大，针对每一个分布式电源单独制定就地控制策略会带来沉重的计算负担。考虑到地理环境相似以及物理条件相近，将配电网划分成不同分区，接在同一分区的同类型分布式电源采用相同的电压控制策略。因此，急需一种有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，以解决大规模分布式电源的就地控制问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够使同一区域内的分布式电源具有相同的就地控制策略的有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，包括如下步骤：1)根据选定的有源配电网，输入系统结构及参数，包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，分布式电源的接入位置、类型、容量及参数，分布式电源及负荷的日运行曲线，系统运行电压约束和支路电流限制，系统基准电压和基准功率的初值；2)计算有源配电网各节点间电气距离构成的电气距离矩阵；3)通过判断电气距离矩阵的特征值的大小得到有源配电网的最佳分区数；4)采用K-means聚类算法对电气距离矩阵进行聚类分区以得到配电网络分区结果；5)依据有源配电网结构及参数，基于步骤4)得到的分区结果，建立有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定有源配电系统电压偏差之和、系统损耗和有功削减量最小为目标函数，分别考虑系统潮流约束、系统安全运行约束和分布式电源运行约束；6)对所述整定模型中的目标函数进行线性化，对系统潮流约束和分布式电源运行约束进行线性化或锥转换，将有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型转化为二阶锥模型；7)采用求解二阶锥规划的数学解算器对有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略的二阶锥模型进行计算求解；8)输出步骤7)求解结果，包括分区情况、各分区分布式电源就地电压控制策略，以及节点电压分布、有源配电网的网络损耗、分布式电源无功补偿及有功削减情况。步骤2)所述的各节点间电气距离是采用如下公式得到：式中，是节点i的电压幅值对节点j处注入有功功率的灵敏度；是节点j的电压幅值对节点i处注入有功功率的灵敏度；和分别是节点i和节点j电压幅值对自身节点处注入有功功率的灵敏度；是基于有功功率-电压灵敏度计算得到的节点i和节点j间的电气距离；是节点i的电压幅值对节点j处注入无功功率的灵敏度；是节点j的电压幅值对节点i处注入无功功率的灵敏度；和分别是节点i和节点j的电压幅值对自身节点处注入无功功率的灵敏度；是基于无功功率-电压灵敏度计算得到的节点i和节点j间的电气距离；β是有功功率-电压灵敏度计算得到的节点i和节点j间的电气距离的权重系数；ei，j是最终的有源配电网节点i和节点j间的电气距离，并构成电气距离矩阵中的元素。步骤3)包括：(3.1)设置初始最佳分区数Na＝1；(3.2)计算电气距离矩阵特征值，并引入辅助变量gi＝λi/λ1(i＝2，3，...，n-1)，λi是电气距离矩阵的第i个节点对应的特征值，λ1是电气距离矩阵的第1个节点对应的特征值，n是有源配电网中节点总数；(3.3)用辅助变量gi判断节点i与相邻节点间的耦合关系，若gi≥0.1，对应的节点间耦合关系弱，则令Na＝Na+1，否则，进入下一步；(3.4)重复第(3.3)步，直至完成对n-1节点与相邻节点间耦合关系的判断；(3.5)最终得到的Na为有源配电网的最佳分区数。步骤4)包括：(4.1)在原始有源配电网上确定Na个初始聚类中心点；(4.2)判断聚类中心点是否与对应的电气距离矩阵中节点的电气距离矩阵特征值相同，若不同，则对k-means聚类算法进行修改，使聚类中心点与对应的电气距离矩阵中节点的电气距离矩阵特征值相同，否则，进入下一步；(4.3)使用修改后的k-means聚类算法对电气距离矩阵进行聚类分区；(4.4)重复步骤(4.2)～(4.3)，直至得到Na个区域中每个区域所的节点。步骤5)所述的设定有源配电系统电压偏差之和、系统损耗和有功削减量最小为目标函数minf表示为minf＝αfU+μfL+γfP式中，α、μ和γ分别为有源配电网电压偏差fU、系统损耗fL和有功削减情况fP的权重系数；NT和NN分别为时间断面数和系统节点总数；Ωb为系统支路集合；ut，i为t时段节点i的电压幅值的平方；rij为支路ij的电阻，lt，ij为t时段节点i流向节点j的电流幅值的平方；为t时段节点i的分布式电源有功削减量；为ut，i的期望区间下限，为ut，i的期望区间上限，为节点i上的分布式电源有功削减策略电压整定点，为的期望区间下限。步骤5)所述的分布式电源运行约束表示为式中，为t时段节点i上分布式电源可提供的无功功率最大值；为节点i的分布式电源容量；为t时段节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时段节点i上分布式电源注入的无功功率；为t时段节点i上分布式电源的有功削减量；为t时段节点i上分布式电源的有功功率预测值；Ωk为分区k中的节点集合；Na为有源配电网的最佳分区数；gk(Ut，i)为分区k中分布式电源无功控制策略的表达式；hk(Ut，i)为分区k中的分布式电源有功削减策略的表达式；Ut，i为t时段节点i的电压幅值。步骤6)所述的将非线性约束进行线性化或锥转换，是对系统潮流约束和分布式电源运行约束中含有功率平方的约束进行锥转换，其余约束进行线性化。本专利技术的有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，根据配电网中的电气距离进行网络分区，依据分区结果制定面向分区的分布式电源就地电压控制策略，使同一区域内的分布式电源具有相同的就地控制策略，将地理环境相近，物理条件相似的网络节点划分在同一区域，能够解决分布式电源就地电压控制策略的整定问题，充分考虑分布式电源和负荷的随机性和波动性，基于配电网分区建立有源配电网分布式电源就本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据选定的有源配电网，输入系统结构及参数，包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，分布式电源的接入位置、类型、容量及参数，分布式电源及负荷的日运行曲线，系统运行电压约束和支路电流限制，系统基准电压和基准功率的初值；2)计算有源配电网各节点间电气距离构成的电气距离矩阵；3)通过判断电气距离矩阵的特征值的大小得到有源配电网的最佳分区数；4)采用K‑means聚类算法对电气距离矩阵进行聚类分区以得到配电网络分区结果；5)依据有源配电网结构及参数，基于步骤4)得到的分区结果，建立有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定有源配电系统电压偏差之和、系统损耗和有功削减量最小为目标函数，分别考虑系统潮流约束、系统安全运行约束和分布式电源运行约束；6)对所述整定模型中的目标函数进行线性化，对系统潮流约束和分布式电源运行约束进行线性化或锥转换，将有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型转化为二阶锥模型；7)采用求解二阶锥规划的数学解算器对有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略的二阶锥模型进行计算求解；8)输出步骤7)求解结果，包括分区情况、各分区分布式电源就地电压控制策略，以及节点电压分布、有源配电网的网络损耗、分布式电源无功补偿及有功削减情况。...

【技术特征摘要】
1.一种有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据选定的有源配电网，输入系统结构及参数，包括：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，分布式电源的接入位置、类型、容量及参数，分布式电源及负荷的日运行曲线，系统运行电压约束和支路电流限制，系统基准电压和基准功率的初值；2)计算有源配电网各节点间电气距离构成的电气距离矩阵；3)通过判断电气距离矩阵的特征值的大小得到有源配电网的最佳分区数；4)采用K-means聚类算法对电气距离矩阵进行聚类分区以得到配电网络分区结果；5)依据有源配电网结构及参数，基于步骤4)得到的分区结果，建立有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定有源配电系统电压偏差之和、系统损耗和有功削减量最小为目标函数，分别考虑系统潮流约束、系统安全运行约束和分布式电源运行约束；6)对所述整定模型中的目标函数进行线性化，对系统潮流约束和分布式电源运行约束进行线性化或锥转换，将有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定模型转化为二阶锥模型；7)采用求解二阶锥规划的数学解算器对有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略的二阶锥模型进行计算求解；8)输出步骤7)求解结果，包括分区情况、各分区分布式电源就地电压控制策略，以及节点电压分布、有源配电网的网络损耗、分布式电源无功补偿及有功削减情况。2.根据权利要求1所述的有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，其特征在于，步骤2)所述的各节点间电气距离是采用如下公式得到：式中，是节点i的电压幅值对节点j处注入有功功率的灵敏度；是节点j的电压幅值对节点i处注入有功功率的灵敏度；和分别是节点i和节点j电压幅值对自身节点处注入有功功率的灵敏度；是基于有功功率-电压灵敏度计算得到的节点i和节点j间的电气距离；是节点i的电压幅值对节点j处注入无功功率的灵敏度；是节点j的电压幅值对节点i处注入无功功率的灵敏度；和分别是节点i和节点j的电压幅值对自身节点处注入无功功率的灵敏度；是基于无功功率—电压灵敏度计算得到的节点i和节点j间的电气距离；β是有功功率—电压灵敏度计算得到的节点i和节点j间的电气距离的权重系数；ei，j是最终的有源配电网节点i和节点j间的电气距离，并构成电气距离矩阵中的元素。3.根据权利要求1所述的有源配电网分布式电源分区就地电压控制策略整定方法，其特征在于，步骤3)包括：(3.1)设置初始最佳分区数Na＝1；(3.2)计算电气距离矩阵特征值，并引入辅助变量gi＝λi/λ1(i＝2，3，...，n-1)，λi是电气距离矩阵的第i个节点对应的特征值，λ1是电气距离矩阵的第1个节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，简洁，王成山，冀浩然，宋关羽，赵金利，于浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12