一种有源配电网网元自组织划分和评价方法技术

本发明专利技术公开了一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，包括如下步骤：计算有源配电网网元自组织划分指标信息；通过层次聚类算法确定聚类数目k，并通过K

【技术实现步骤摘要】
一种有源配电网网元自组织划分和评价方法


[0001]本专利技术属于有源配电网自治协同控制领域，具体涉及一种有源配电网网元自组织划分和评价方法。

技术介绍

[0002]分布式能源产业的不断发展推动着能源紧缺以及环境污染等问题的缓解。然而，随着新能源在配电网中的渗透率不断提高，传统的配电网正在向有源配电网转变，这给电网的规划与安全带来新的问题与挑战。随着配电网中分布式电源的渗透率和随机性的不断增加，输电网与配电网之间功率从单向变为双向流通，传统电网的运行控制模式难以适应新的发展需求，简单并网将对电网和用户造成冲击，对系统的稳定性、可靠性将造成极大的威胁。
[0003]为缓解上述问题，提高电网对分布式能源的消纳率，有源配电网网元这一概念应运而生。有源配电网网元的概念为：在一定的电力或地理边界范围内，互联的分布式发电机、储能单元以及负荷的灵活组合。然而目前为止有源配电网网元研究不足，对于其模型建立、控制算法等研究还不够成熟，为实现对有源配电网网元的控制，最先应当解决的问题是网元的自组织划分问题，但是至今还没有一个有效的方案能够很好的实现有源配电网网元的自组织划分，使得有源配电网网元的应用受到了局限。
[0004]所以，急需一个新的技术方案来解决这个问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，采用基于层次聚类算法的K
‑
means聚类算法对网元进行自组织划分，通过有源配电网网元有效的自组织划分不仅可以协调区域内外的功率互济，最大化缓解高比例可再生能源带来的不利影响，还能提高整个配电系统的灵活性，发掘分布式资源的调度潜力。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，包括如下步骤：
[0007]S1：计算有源配电网网元自组织划分指标信息；
[0008]S2：通过层次聚类算法确定聚类数目k，并通过K
‑
means聚类算法对配电网内各节点的指标进行聚类，实现有源配电网网元的自组织划分；
[0009]S3：采用样本轮廓系数对有源配电网网元划分结果进行评价。
[0010]进一步地，所述步骤S1中有源配电网网元自组织划分指标信息包括电压偏移、分布式电源消纳率、负荷波动率、储能单元能源转换效率。
[0011]进一步地，所述步骤S1中，
[0012]电压偏移的表达式如下：
[0013][0014]其中，ΔU
i
为第i个节点电压偏移，U
a
为实际电压，U
N
为额定电压；
[0015]分布式电源消纳率的表达式如下：
[0016][0017]其中，r
C,i
为第i个节点的分布式电源消纳率，为已消纳的分布式电源功率，P
DG
为分布式电源发出的总功率；
[0018]负荷波动率的表达式如下：
[0019][0020]其中，f
L,i
为第i个节点的负荷波动率，S
L
为负荷的标准差，为负荷的平均值；
[0021]储能单元能源转换效率的表达式如下：
[0022][0023]其中，η
i
为第i个节点处储能单元能源转换效率；S
start
为储能单元初始存储的能量，S
R
为储能单元放电后释放出的能量。
[0024]进一步地，所述步骤S2中聚类数目k的确定过程为：将各节点处的信息形成单独的簇，计算每两簇之间的离差平方和，将离差平方和最小的两个簇合并，合并后形成一个新的簇，重新计算每两簇之间的离差平方和，以此类推，直至任意两簇的离差平方和达到设定的离差平方和阈值，但在实际划分过程中，迭代次数并不是固定不变的，不同迭代次数时对应的聚类数目k值也是不确定的，因此设定离差平方和的阈值为Var(T)，当迭代过程中的离差平方和Var(X)小于此阈值时，停止迭代，输出聚类数目k。
[0025]进一步地，所述步骤S2中通过K
‑
means聚类算法对配电网内各节点的指标进行聚类，实现有源配电网网元的自组织划分的具体过程为：
[0026]根据层次聚类算法确定的聚类数目初始化K
‑
means聚类的k个聚类中心，计算每个节点的节点信息矩阵的欧式距离，其表达式如下：
[0027][0028]式中，ΔU
i
、Δr
C,i
、Δf
L,i
和Δη
i
为网元中节点数据信息的两两之差，分别为电压偏移、分布式电源消纳率、负荷波动率和储能单元能源转换效率，并根据节点信息矩阵的欧式距离分配集群；重新计算聚类中心，分配剩余的节点；
[0029]上述过程不断重复迭代，直到准则函数达到最小值。
[0030]进一步地，所述步骤S3中样本轮廓系数的计算公式如下：
[0031][0032]其中，a(i)为向量i至其所属类中其余点的距离，b(i)为向量i至其不属于的类中所有点的平均距离。轮廓系数越趋近1，聚类结果越准确。
[0033]进一步地，所述步骤S2中离差平方和Var(X)的表达式如下：
[0034][0035]其中，n为节点总数，x
i
为样本中的数据，E(X)为随机变量X的期望。
[0036]进一步地，所述步骤S2中准则函数的表达式如下：
[0037][0038]其中，E为数据库中所有对象的误差平方和；x为目标对象；x
i
表示聚类中心C
i
的平均值；k为聚类数目。
[0039]有益效果：本专利技术与现有技术相比，可以有效实现对有源配电网网元的自组织划分，并且不需要人为设置聚类算法的k值，有利于实现有源配电网自治能力的提升，通过有源配电网网元有效的自组织划分不仅可以协调区域内外的功率互济，最大化缓解高比例可再生能源带来的不利影响，还能提高整个配电系统的灵活性，发掘分布式资源的调度潜力。
附图说明
[0040]图1为本专利技术方法流程示意图；
[0041]图2为有源配电网网元模型示意图；
[0042]图3为基于层次聚类的K
‑
means聚类算法流程示意图。
具体实施方式
[0043]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0044]本专利技术提供一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，如图1所示，其包括如下步骤：
[0045]S1：计算有源配电网网元自组织划分指标信息：
[0046]有源配电网网元自组织划分指标信息包括电压偏移、分布式电源消纳率、负荷波动率、储能单元能源转换效率；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算有源配电网网元自组织划分指标信息；S2：通过层次聚类算法确定聚类数目k，并通过K
‑
means聚类算法对配电网内各节点的指标进行聚类，实现有源配电网网元的自组织划分；S3：采用样本轮廓系数对有源配电网网元划分结果进行评价。2.根据权利要求1所述的一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，其特征在于，所述步骤S1中有源配电网网元自组织划分指标信息包括电压偏移、分布式电源消纳率、负荷波动率、储能单元能源转换效率。3.根据权利要求2所述的一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，电压偏移的表达式如下：其中，ΔU
i
为第i个节点电压偏移，U
a
为实际电压，U
N
为额定电压；分布式电源消纳率的表达式如下：其中，r
C,i
为第i个节点的分布式电源消纳率，为已消纳的分布式电源功率，P
DG
为分布式电源发出的总功率；负荷波动率的表达式如下：其中，f
L,i
为第i个节点的负荷波动率，S
L
为负荷的标准差，为负荷的平均值；储能单元能源转换效率的表达式如下：其中，η
i
为第i个节点处储能单元能源转换效率；S
start
为储能单元初始存储的能量，S
R
为储能单元放电后释放出的能量。4.根据权利要求1所述的一种有源配电网网元自组织划分和评价方法，其特征在于，所述步骤S2中聚类数目k的确定过程为：将各节点处的信息形成单独的簇，计算每两簇之间的离差平方和，将离差平方和最小的两个簇合并，合并后形成一个新的簇，重新计算每两簇之间的离差平方和，以此类推，直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健玮，马刚，张新源，夏宇，陆睿琪，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：