基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法。本发明专利技术包括：1、选取分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗作为聚类指标之一，从而获得n个分布式电源的聚类指标数据；2、设置聚类指标阈值，通过聚类算法将n个分布式电源分成c个类。其中，首先使用罩盖聚类算法得到类别数及初始聚类中心点，再通过模糊C均值聚类算法进一步聚类得到最终的聚类中心点；3、将分到同一类的分布式电源合并为一个等值分布式电源，计算出等值分布式电源的各等值参数，从而得到分布式发电系统的等值模型。根据此发明专利技术构建的聚类等值模型在仿真规模大的情况下确保了仿真精确度，同时降低了模型的复杂度和仿真时间。

Equivalent Modeling Method for Distributed Generation System Based on Clustering Algorithms

The invention discloses an equivalent modeling method of distributed generation system based on clustering algorithm. The invention includes: 1. Selecting the equivalent line impedance from the distributed generation to the PCC of the common connection point as one of the clustering indicators, thereby obtaining the clustering indicators data of N distributed generations; 2. Setting the threshold of clustering indicators, dividing n distributed generations into C categories by clustering algorithm. Firstly, the number of categories and the initial cluster centers are obtained by using the cover clustering algorithm, and then the final cluster centers are obtained by further clustering using the fuzzy C-means clustering algorithm. Third, the distributed generators classified into the same class are merged into an equivalent distributed power source, and the equivalent parameters of the equivalent distributed power generation are calculated, thus the equivalent model of the distributed generation system is obtained. The clustering equivalence model based on the invention ensures the simulation accuracy and reduces the complexity and simulation time of the model in the case of large scale simulation.

【技术实现步骤摘要】
基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法
本专利技术涉及一种基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法，属于分布式能源发电

技术介绍
近年来，由于化石能源枯竭、环境恶化，人类对可再生能源需求不断增大，可再生能源发电系统所占的电力份额不断增加。由于分布式发电系统存在成百上千个并网逆变器，控制方式复杂，仿真分析所用时间长，且占用较大计算空间。为了便于研究分布式发电系统的特性，同时避免对每一个分布式电源建立详细模型，有必要建立分布式发电系统的等值模型。将状态相似的分布式电源进行合并，从而在数量上缩小仿真规模，减小仿真时间。对于发电系统的等值建模，目前已有多篇国内外学术论文进行分析并提出解决方案，例如：文献1《闫凯，张保会，瞿继平，等.光伏发电系统暂态建模与等值[J].电力系统保护与控制，2015，43(1)：1-8.》文献2《NaikR,MohanN,RogersM,etal.Anovelgridinterface,ojtimizedforutility-scaleajjlicationsofjhotovoltaic,wind-electric,andfuel-cellsystems[J].IEEETransactionsonJowerDelivery,2002,10(4):1920-1926.》(《一种新兴的电网接口，针对公用事业规模应用的光伏、风电和燃料电池系统进行了优化》——2002年IEEE期刊)文献3《盛万兴，季宇，吴鸣，等.基于改进模糊C均值聚类算法的区域集中式光伏发电系统动态分群建模[J].电网技术，2017(10).》文献1将整个光伏电站等效成一个光伏发电单元，然而当光伏发电单元运行状态相差较大时，等值成一个光伏发电单元会产生较大误差。文献2将逆变器两侧元件按照逆变器拓扑结构的要求进行化简，该方法不能全面反映光伏发电系统各部分的动态特性。文献3针对区域集中式光伏发电系统进行等值建模，但是不能完全适用于分布式发电系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法：将分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗作为聚类指标之一，首先使用罩盖聚类算法，再通过模糊C均值聚类算法对分布式电源进行分类，将同类的分布式电源进行等值，从而构建出分布式发电系统的等值模型。本专利技术的目的是这样实现的，本专利技术提供了一种基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法，所述分布式发电系统包含n个分布式电源和h条公共母线，其中，h和n均为正整数，且h≤n，分布式电源与变压器串联后接到公共母线，公共母线为树型拓扑，公共母线上的分支点即为节点，所有公共母线在公共连接点PCC处汇流并接入电网，所述方法包括以下步骤：步骤1、分别计算n个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗，将其作为分布式电源的聚类指标之一，从而获得n个分布式电源的聚类指标数据；将n个分布式电源中的任一个分布式电源记为第i个分布式电源，1≤i≤n，并设第i个分布式电源所在节点是其所在公共母线的第m层节点，则第i个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗Zeqi的计算公式为：Zeqi＝(Zm×Im+Zm-1×Im-1+…+Z2×I2+Z1×I1)/In其中，Zm为第i个分布式电源到第m层节点的线路阻抗,Im为流经第i个分布式电源到第m层节点的线路阻抗Zm的电流，Zm-1为与第i个分布式电源连接的第m层节点到第m-1层节点的线路阻抗，Im-1为流经与第i个分布式电源连接的第m层节点到第m-1层节点的线路阻抗Zm-1的电流，Z2为与第i个分布式电源连接的第3层节点到第2层节点的线路阻抗，I2为流经与第i个分布式电源连接的第3层节点到第2层节点的线路阻抗Z2的电流,Z1为与第i个分布式电源连接的第2层节点到第1层节点的线路阻抗,I1为流经与第i个分布式电源连接的第2层节点到第1层节点的线路阻抗Z1的电流,In为第n个分布式电源的输出电流；步骤2、设置聚类指标阈值，通过聚类算法得到类别数c,即将n个分布式电源分成c个类，其中2≤c≤n；步骤3、将分到同一类的分布式电源合并为一个等值分布式电源，计算出等值分布式电源的各等值参数，从而得到分布式发电系统的等值模型；将c个类中的任一个类记为第j个类，将第j个类的聚类中心点记为聚类中心点vj，1≤j≤c；设有r个分布式电源被分到第j个类，其中任一个分布式电源记为分布式电源u，1≤r≤n，u＝1,2...r；按照如下公式计算第j个类的等值分布式电源的各等值参数：Leq＝L/aCeq＝aCCdc_eq＝aCdcSteq＝aStZteq＝Zt/aKp1_eq＝aKp1Ki1_eq＝aKi1Kp2_eq＝Kp2/aKi2_eq＝Ki2/aa＝Sall/Scenter其中，Leq为等值分布式电源中的滤波电感，L为作为聚类中心点vj的分布式电源中的滤波电感；Ceq为等值分布式电源中的滤波电容，C为作为聚类中心点vj的分布式电源中的滤波电容；Cdc_eq为等值分布式电源中的直流滤波电容，Cdc为作为聚类中心点vj的分布式电源中的直流滤波电容；Steq为等值分布式电源所接升压变压器的额定容量,St为作为聚类中心点vj的分布式电源所接升压变压器的额定容量；Zteq为等值分布式电源所接升压变压器的阻抗，Zt为作为聚类中心点vj的分布式电源所接升压变压器的阻抗；Kp1_eq为等值分布式电源电压控制外环的比例系数，Kp1为作为聚类中心点vj的分布式电源电压控制外环的比例系数，Ki1_eq为等值分布式电源电压控制外环的积分系数，Ki1为作为聚类中心点vj的分布式电源电压控制外环的积分系数；Kp2_eq为等值分布式电源电流控制内环的比例系数，Kp2为作为聚类中心点vj的分布式电源电流控制内环的比例系数；Ki2_eq为等值分布式电源电流控制内环的积分系数，Ki2为作为聚类中心点vj的分布式电源电流控制内环的积分系数；Sall为第j个类中分布式电源的总容量，Scenter为作为聚类中心点vj的分布式电源的容量；Zeq为等值分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗，Su为第j个类中第u个分布式电源的容量，Zequ为第j个类中第u个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗。优选地，步骤2中，所述聚类算法为首先使用罩盖聚类算法得到类别数及初始聚类中心点，再通过模糊C均值聚类算法进一步聚类得到最终聚类中心点，具体步骤如下：步骤2.1、根据n个分布式电源的聚类指标数据获得数据集合X，X＝{x1,x2,…,xi,…,xn},x1表示第1个分布式电源的聚类指标数据，x2表示第2个分布式电源的聚类指标数据，xi表示第i个分布式电源的聚类指标数据，xn表示第n个分布式电源的聚类指标数据；步骤2.2、设置第一区域阈值T1和第二区域阈值T2，其中T1＞T2，使用罩盖聚类算法进行初始聚类，得到类别数c和初始聚类中心点集合V；将初始聚类中心点集合V中第1个类的中心点记为中心点v1，初始聚类中心点集合V中第2个类的中心点记为中心点v2，初始聚类中心点集合V中第j个类的中心点记为中心点vj，初始聚类中心点集合V中第c个类中心点记为中心点vc，则初始聚类中心点集合V＝{v1,v2,…,vj,…,vc}；步骤2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法，其特征在于，分布式发电系统包含n个分布式电源和h条公共母线，其中，h和n均为正整数，且h≤n，分布式电源与变压器串联后接到公共母线，公共母线为树型拓扑，公共母线上的分支点即为节点，所有公共母线在公共连接点PCC处汇流并接入电网，所述方法包括以下步骤：步骤1、分别计算n个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗，将其作为分布式电源的聚类指标之一，从而获得n个分布式电源的聚类指标数据；将n个分布式电源中的任一个分布式电源记为第i个分布式电源，1≤i≤n，并设第i个分布式电源所在节点是其所在公共母线的第m层节点，则第i个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗Zeqi的计算公式为：Zeqi＝(Zm×Im+Zm‑1×Im‑1+…+Z2×I2+Z1×I1)/In其中，Zm为第i个分布式电源到第m层节点的线路阻抗,Im为流经第i个分布式电源到第m层节点的线路阻抗Zm的电流，Zm‑1为与第i个分布式电源连接的第m层节点到第m‑1层节点的线路阻抗，Im‑1为流经与第i个分布式电源连接的第m层节点到第m‑1层节点的线路阻抗Zm‑1的电流，Z2为与第i个分布式电源连接的第3层节点到第2层节点的线路阻抗，I2为流经与第i个分布式电源连接的第3层节点到第2层节点的线路阻抗Z2的电流,Z1为与第i个分布式电源连接的第2层节点到第1层节点的线路阻抗,I1为流经与第i个分布式电源连接的第2层节点到第1层节点的线路阻抗Z1的电流,In为第n个分布式电源的输出电流；步骤2、设置聚类指标阈值，通过聚类算法得到类别数c,即将n个分布式电源分成c个类，其中2≤c≤n；步骤3、将分到同一类的分布式电源合并为一个等值分布式电源，计算出等值分布式电源的各等值参数，从而得到分布式发电系统的等值模型；将c个类中的任一个类记为第j个类，将第j个类的聚类中心点记为聚类中心点vj，1≤j≤c；设有r个分布式电源被分到第j个类，其中任一个分布式电源记为分布式电源u，1≤r≤n，u＝1,2...r；按照如下公式计算第j个类的等值分布式电源的各等值参数：Leq＝L/aCeq＝aCCdc_eq＝aCdcSteq＝aStZteq＝Zt/aKp1_eq＝aKp1Ki1_eq＝aKi1Kp2_eq＝Kp2/aKi2_eq＝Ki2/aa＝Sall/Scenter...

【技术特征摘要】
1.一种基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法，其特征在于，分布式发电系统包含n个分布式电源和h条公共母线，其中，h和n均为正整数，且h≤n，分布式电源与变压器串联后接到公共母线，公共母线为树型拓扑，公共母线上的分支点即为节点，所有公共母线在公共连接点PCC处汇流并接入电网，所述方法包括以下步骤：步骤1、分别计算n个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗，将其作为分布式电源的聚类指标之一，从而获得n个分布式电源的聚类指标数据；将n个分布式电源中的任一个分布式电源记为第i个分布式电源，1≤i≤n，并设第i个分布式电源所在节点是其所在公共母线的第m层节点，则第i个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗Zeqi的计算公式为：Zeqi＝(Zm×Im+Zm-1×Im-1+…+Z2×I2+Z1×I1)/In其中，Zm为第i个分布式电源到第m层节点的线路阻抗,Im为流经第i个分布式电源到第m层节点的线路阻抗Zm的电流，Zm-1为与第i个分布式电源连接的第m层节点到第m-1层节点的线路阻抗，Im-1为流经与第i个分布式电源连接的第m层节点到第m-1层节点的线路阻抗Zm-1的电流，Z2为与第i个分布式电源连接的第3层节点到第2层节点的线路阻抗，I2为流经与第i个分布式电源连接的第3层节点到第2层节点的线路阻抗Z2的电流,Z1为与第i个分布式电源连接的第2层节点到第1层节点的线路阻抗,I1为流经与第i个分布式电源连接的第2层节点到第1层节点的线路阻抗Z1的电流,In为第n个分布式电源的输出电流；步骤2、设置聚类指标阈值，通过聚类算法得到类别数c,即将n个分布式电源分成c个类，其中2≤c≤n；步骤3、将分到同一类的分布式电源合并为一个等值分布式电源，计算出等值分布式电源的各等值参数，从而得到分布式发电系统的等值模型；将c个类中的任一个类记为第j个类，将第j个类的聚类中心点记为聚类中心点vj，1≤j≤c；设有r个分布式电源被分到第j个类，其中任一个分布式电源记为分布式电源u，1≤r≤n，u＝1,2...r；按照如下公式计算第j个类的等值分布式电源的各等值参数：Leq＝L/aCeq＝aCCdc_eq＝aCdcSteq＝aStZteq＝Zt/aKp1_eq＝aKp1Ki1_eq＝aKi1Kp2_eq＝Kp2/aKi2_eq＝Ki2/aa＝Sall/Scenter其中，Leq为等值分布式电源中的滤波电感，L为作为聚类中心点vj的分布式电源中的滤波电感；Ceq为等值分布式电源中的滤波电容，C为作为聚类中心点vj的分布式电源中的滤波电容；Cdc_eq为等值分布式电源中的直流滤波电容，Cdc为作为聚类中心点vj的分布式电源中的直流滤波电容；Steq为等值分布式电源所接升压变压器的额定容量,St为作为聚类中心点vj的分布式电源所接升压变压器的额定容量；Zteq为等值分布式电源所接升压变压器的阻抗，Zt为作为聚类中心点vj的分布式电源所接升压变压器的阻抗；Kp1_eq为等值分布式电源电压控制外环的比例系数，Kp1为作为聚类中心点vj的分布式电源电压控制外环的比例系数，Ki1_eq为等值分布式电源电压控制外环的积分系数，Ki1为作为聚类中心点vj的分布式电源电压控制外环的积分系数；Kp2_eq为等值分布式电源电流控制内环的比例系数，Kp2为作为聚类中心点vj的分布式电源电流控制内环的比例系数；Ki2_eq为等值分布式电源电流控制内环的积分系数，Ki2为作为聚类中心点vj的分布式电源电流控制内环的积分系数；Sall为第j个类中分布式电源的总容量，Scenter为作为聚类中心点vj的分布式电源的容量；Zeq为等值分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗，Su为第j个类中第u个分布式电源的容量，Zequ为第j个类中第u个分布式电源到公共连接点PCC处的等值线路阻抗。2.如权利要求1所述的基于聚类算法的分布式发电系统等值建模方法，其特征在于，步骤2中，所述聚类算法为首先使用罩盖聚类算法得到类别数及初始聚类中心点，再通过模糊C均值聚类算法进一步聚类得到最终聚类中心点，具体步骤如下：步骤2.1、根据n个分布式电源的聚类指标数据获得数据集合X，X＝{x1,x2,…,xi,…,xn},x1表示第1个分布式电源的聚类指标数据，x2表示第2个分布式电源的聚类指标数据，xi表示第i个分布式电源的聚类指标数据，xn表示第n个分布式电源的聚类指标数据；步骤2.2、设置第一区域阈值T1和第二区域阈值T2，其中T1＞T2，使用罩盖聚类算法进行初始聚类，得到类别数c和初始聚类中心点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，吴凡，马铭瑶，黄耀，张永新，张兴，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34