一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法技术

本发明专利技术涉及一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，该方法包括以下步骤：1)获取配电网参数和无功电源参数，建立分布式电源和负荷时序模型；2)获取时序模型各时段的无功‑电压灵敏度矩阵；3)基于修正后的无功‑电压灵敏度矩阵和各时段无功‑电压灵敏度矩阵权重，获取综合时序无功‑电压灵敏度矩阵；4)基于综合时序无功‑电压灵敏度矩阵，确定候选节点，采用最小距离法对候选节点进行聚类分区，获取每个分区的无功电源接入节点；5)基于无功电源接入节点，进行无功电源优化配置。与现有技术相比，本发明专利技术解决了无功电源的选址难题和仅布置电容器作为无功电源将使得电压调节能力受限的问题，具有较好的经济性和实用性等优点。

A method of reactive power allocation in active distribution network based on node clustering

【技术实现步骤摘要】
一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法
本专利技术涉及配电网内分散式无功补偿的规划领域，尤其是涉及一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法。
技术介绍
随着配电网中分布式可再生能源接入规模不断扩大，配电网电压波动问题愈加明显，且呈现出分布式电源(DistributedGenerators,DG)接入点电压越上限的新问题，给传统无功补偿主要用以解决节点电压越下限的方式带来了挑战；另一方面，主动管理措施(ActiveManagement,AM)的应用也使得无功电源的配置和运行有了进一步的优化空间。如何充分计及配电网内的主动控制优势，对配电网内无功电源实行分散优化配置，具有重要的研究意义。目前对于有源配电网(ActiveDistributionNetworks,ADN)无功电源规划的目标主要可归结为：通过无功补偿减少线路上的流动功率从而降低网损，提升线路末端的电压水平从而减小电压偏移，以及提升配电网运行稳定性。目前关于配电网内(ActiveDistributionNetworks,ADN)无功电源优化配置这一课题,相关研究如下：文献“考虑风电功率概率分布不确定性的含风电配电网无功规划方法”(谢俊,王璐,傅旭华,等.电力自动化设备，2016，36(6)：40-47)考虑到风电出力的概率分布不确定性，提出一种可应用于以任意概率分布出力的含风电配电网的无功规划方法；文献“基于混合整数半定规划的含分布式电源配电网无功优化”(董雷，田爱忠，于汀，等.电力系统自动化，2015，39(21)：66-72，125)提出无功电源的混合整数半定规划方法，兼顾了求解速度与解的全局最优性；文献“考虑主动管理措施的配电网无功补偿双层优化配置”(严艺芬，吴文宣，张逸，等.电力系统保护与控制，2017，45(12)：60-66)无功规划中，针对风光DG出力的随机性，采取聚类进行运行场景缩减；文献“基于混合整数凸规划的含风力发电机组配电网无功补偿优化配置”(李静，戴文战，韦巍.电工技术学报，2016，31(3)：121-129)和文献“含光伏发电的配电网有功无功资源综合优化配置”(张璐，唐巍，丛鹏伟，等.中国电机工程学报，2014，34(31)：5525-5533)分别计及风光DG对无功规划的影响，在指定的候选节点区域内完成了选址和容量同时优化。以上文献中无功电源的规划是在基于确定的接入位置或确定了候选的数个接入位置的前提下进行的，若将配电网无功补偿规划问题分为选址的确定和容量的确定两部分来考虑，则上述文献主要解决了无功补偿容量确定的问题。而针对选址问题，文献“考虑并网光伏电源出力时序特性的配电网无功规划”(陈丽，张晋国，苏海锋.电工技术学报，2014，29(12)：120-127)和文献“基于分布式电源有功-无功调节能力的配电网无功规划”(沈阳武，熊尚峰，沈非凡，等.电力自动化设备，2018，38(12)：46-52)于智能算法进行了针对配电网内所有节点无功补偿选址及容量规划的启发式计算，解决了无功补偿的选址问题，但因其选址与容量同时进行随机计算，导致变量维度较高，在配电网节点较多时数据处理量过大；文献“考虑需求侧响应的新能源接入下的配电网无功规划研究”(卢仁军，李然，王健，等.电测与仪表)依据配电网各节点无功电压灵敏度的大小排序，依次确定无功补偿的接入位置，而后再进行补偿容量的优化，使得优化问题的维度降低，问题得以简化。基于无功电压灵敏度的补偿选址方法意义明确，且能将无功补偿规划中的选址问题和定容问题解耦，极大地降低了优化问题的复杂度，然而这种方法存在以下局限：无功电压灵敏度通常由一个典型的时间断面下的负荷及DG出力场景计算得出，在传统配电网，风光DG接入量较小时，各个节点的净负荷在一日内的变化趋势相似，因此典型断面下的各节点灵敏度大小顺序即可决定无功补偿的接入位置；而在有大规模DG接入的有源配电网中，接入风光DG的节点净负荷变化趋势相较其他未接入DG的节点差异很大，因此基于断面做出的选址规划无法保证在所有时刻下的全局最优。且由灵敏度大小排序确定接入位置有可能造成数个灵敏度较高的相邻节点同时接入补偿，从而造成重复补偿的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，该方法包括以下步骤：S1：获取配电网参数和无功电源参数，建立分布式电源和负荷时序模型；S2：获取时序模型各时段的无功-电压灵敏度矩阵；S3：在同一时段下，根据电压偏移方向和程度修正无功-电压灵敏度矩阵，在不同时段下，基于电压越限节点个数与最大电压偏移程度设置各时段无功-电压灵敏度矩阵权重，基于修正后的无功-电压灵敏度矩阵和各时段无功-电压灵敏度矩阵权重，获取综合时序无功-电压灵敏度矩阵；S4：基于综合时序无功-电压灵敏度矩阵，确定候选节点，采用最小距离法对候选节点进行聚类分区，获取每个分区的无功电源接入节点；S5：基于无功电源接入节点，进行无功电源优化配置。进一步地，所述步骤S1中分布式电源和负荷时序模型基于马尔可夫链模拟生成。分布式电源和负荷的时间状态序列具有马尔可夫性质，因此，其后一时刻状态仅取决于前一时刻状态和转移概率Pμ(·|·)。因而只要通过历史统计确定了前一状态对后一状态的转移概率，便可由前一状态值生成后一状态的随机状态值的分布。通过对风光DG出力和负荷的历史统计可以确定在每天任意前后两时段的转移概率的分布，再随机生成t＝0时刻的风光DG出力以及负荷水平，便可由转移概率递推模拟一天的DG出力及负荷的时序曲线，只要模拟次数足够多，就可以完全覆盖所有场景日的样本空间，再基于此样本空间进行无功电源的配置和优化运行即可使得所做规划具有普适性。进一步地，传统无功-电压灵敏度法中的无功-电压灵敏度仅从典型时间场景角度考虑并计算得出，在传统配电网中无DG接入，电压波动程度小，且各节点调压需求的方向基本一致，可得到较为理想的规划结果。而在有源配电网中，调压需求不再一致，且随着DG出力的变化，其不断变化，因此需要对无功-电压灵敏度进行调整。所述步骤S3中无功-电压灵敏度矩阵修正的表达式为：式中，是第m日t时刻下考虑电压偏移程度作为权重的节点j对节点i的无功电压灵敏度；Sij,t,m为时段t下无功-电压灵敏度矩阵中的元素；Vi,t,m为t时刻节点i的实际电压值，V0为节点的期望电压值。进一步地，为保证随后选取的候选节点在所有时刻综合结果最优，所述步骤S3中获取综合时序无功-电压灵敏度矩阵的表达式为：式中，SENj为j节点的综合时序无功-电压灵敏度；M为时序模型的总场景天数；λt,m为越限权重因子，由两项相乘而得，第一项为t时刻的整条馈线越限节点数NEX,t,m，第二项为最大电压偏差max|Vi,t,m-V0|，当t时段没有节点电压越限时，λt,m的第一项的值为1。这一改进思想表现为不同时段灵敏度因电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1：获取配电网参数和无功电源参数，建立分布式电源和负荷时序模型；/nS2：获取时序模型各时段的无功-电压灵敏度矩阵；/nS3：在同一时段下，根据电压偏移方向和程度修正无功-电压灵敏度矩阵，在不同时段下，基于电压越限节点个数与最大电压偏移程度设置各时段无功-电压灵敏度矩阵权重，基于修正后的无功-电压灵敏度矩阵和各时段无功-电压灵敏度矩阵权重，获取综合时序无功-电压灵敏度矩阵；/nS4：基于综合时序无功-电压灵敏度矩阵，确定候选节点，采用最小距离法对候选节点进行聚类分区，获取每个分区的无功电源接入节点；/nS5：基于无功电源接入节点，进行无功电源优化配置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：获取配电网参数和无功电源参数，建立分布式电源和负荷时序模型；
S2：获取时序模型各时段的无功-电压灵敏度矩阵；
S3：在同一时段下，根据电压偏移方向和程度修正无功-电压灵敏度矩阵，在不同时段下，基于电压越限节点个数与最大电压偏移程度设置各时段无功-电压灵敏度矩阵权重，基于修正后的无功-电压灵敏度矩阵和各时段无功-电压灵敏度矩阵权重，获取综合时序无功-电压灵敏度矩阵；
S4：基于综合时序无功-电压灵敏度矩阵，确定候选节点，采用最小距离法对候选节点进行聚类分区，获取每个分区的无功电源接入节点；
S5：基于无功电源接入节点，进行无功电源优化配置。


2.根据权利要求1所述的一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，其特征在于，所述步骤S1中分布式电源和负荷时序模型基于马尔可夫链模拟生成。


3.根据权利要求1所述的一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，其特征在于，所述步骤S3中无功-电压灵敏度矩阵修正的表达式为：



式中，是第m日t时刻下考虑电压偏移程度作为权重的节点j对节点i的无功电压灵敏度；Sij,t,m为时段t下无功-电压灵敏度矩阵中的元素；Vi,t,m为t时刻节点i的实际电压值，V0为节点的期望电压值。


4.根据权利要求3所述的一种基于节点聚类分区的有源配电网无功电源配置方法，其特征在于，所述步骤S3中获取综合时序无功-电压灵敏度矩阵的表达式为：



式中，SENj为j节点的综合时序无功-电压灵敏度；M为时序模型的总场景天数；λt,m为越限权重因子，由两项相乘而得，第一项为t时刻的整条馈线越限节点数NEX,t,m，第二项为最大电压偏差max|...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振坤，郭维一，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31