一种适用于高比例分布式光伏配电网的分区方法与流程

本发明涉及配电网分区方法，尤其涉及一种适用于高比例分布式光伏配电网的分区方法。

背景技术：

随着未来高比例、分散化光伏不断接入配电网后，光伏安装数量海量增加，位置相对分散，使得未来配电网控制节点数目加大，控制变量增多，如果采用传统集中式方法对每个光伏逆变器进行控制，会因控制变量维数过多、控制过程复杂而不能满足控制时间尺度的要求。为解决集中式控制方法所存在的不足，近年来电压分区控制、调度等方法逐渐兴起。通过选取分区指标，结合对应的分区方法对电网进行分区，所分区域具有内部节点之间强耦合、不同区域之间的节点弱耦合的特性，因而在子分区内可以独立地对电压进行控制而不对其他子分区产生影响，从而实现控制的简单化、分散化、快速化、实用化。

电压分区一般应用于电网侧，而对于含高比例分布式光伏的配电网，少有研究涉及。现有的分区方法，大多根据网络的拓扑结构建立电气距离，采用相应的分区方法对其进行分区。但当配电网中接入高比例分布式光伏时，若仍不考虑分区内负荷需求与光伏出力的影响，只以配电网络的拓扑结构进行分区明显是不合理的。除此之外，现有的分区方法存在需要提前设定分区数目或np-hard等问题，分区算法并不成熟。因此，在未来高比例分布式光伏接入的条件下，如何既能考虑配电网的网架结构，又能解决随时间变化的负荷需求与光伏出力对分区的影响，实现快速、动态的配电网分区是研究的重点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种适用于高比例分布式光伏配电网的分区方法，以达到快速、动态分区的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种适用于高比例分布式光伏配电网的分区方法，包括以下步骤：包括配电网无功分区方法和/或配电网有功分区方法，配电网无功分区方法包括以下步骤：

11)获取配电网中光伏与负荷完整的日前预测数据；

12)提取日前预测数据的初始时刻值，初始化配电网分区，以每个节点作为一个单独的子分区，并计算子分区的无功分区质量函数；无功分区质量函数包括区内灵敏度函数、区间灵敏度函数、分区规模平衡函数、以及无功平衡度函数；

13)对于节点i，从其他节点中随机选择节点j组合形成新的子分区(i,j)，并重新计算无功分区质量函数；然后计算每种组合情况下，无功分区质量函数的变化量当达到最大正值时，则将此时对应的两个节点(i,j)划分到同一子分区内，更新此时的无功分区质量函数；

14)将新形成的子分区看作一个独立的节点，重复步骤13)实现分区过程，形成新的分区结果；

15)当没有任何节点能进行合并且无功分区质量函数达到最大值时，分区过程停止，此时的分区为初始时刻的最优分区结果，对分区结果进行记录存储；

16)提取日前预测数据中下一时的预测值，继续上述分区过程，直至完成所有时段的配电网分区；

配电网有功分区方法包括以下步骤：

21)获取配电网中光伏与负荷完整的日前预测数据；

22)提取日前预测数据的初始时刻值，初始化配电网分区，以每个节点作为一个单独的子分区，并计算子分区的有功分区质量函数；有功分区质量函数包括区内灵敏度函数、区间灵敏度函数、分区规模平衡函数、以及有功平衡度函数；

23)对于节点i，从其他节点中随机选择节点j组合形成新的子分区(i,j)，并重新计算有功分区质量函数；然后计算每种组合情况下，有功分区质量函数的变化量当达到最大正值时，则将此时对应的两个节点(i,j)划分到同一子分区内，更新此时的有功分区质量函数；

24)将新形成的子分区看作一个独立的节点，重复步骤23)实现分区过程，形成新的分区结果；

25)当没有任何节点能进行合并且有功分区质量函数达到最大值时，分区过程停止，此时的分区为初始时刻的最优分区结果，对分区结果进行记录存储；

26)提取日前预测数据中下一时的预测值，继续上述分区过程，直至完成所有时段的配电网分区。

作为优选技术手段：区内无功灵敏度函数依据网络拓扑结构，表征分区内节点之间的无功电压灵敏度大小，以提高分区的合理性；区内无功灵敏度函数值越大，表示分区内各节点之间无功电压灵敏度越高，各节点之间具有较高的无功耦合度，以使分区更加合理；区内无功灵敏度函数限制分区内节点规模，防止分区内部节点数目过多；

区内无功灵敏度函数表达式为：

式中，t表示无功分区数目；表示第k个无功分区；n表示网络节点数目；表示第k个无功分区内节点数目；表示无功分区权重，描述节点i与节点j之间无功耦合度。

作为优选技术手段：的表达式为：：

值由无功电压灵敏度矩阵squ决定，表示节点j向节点i注入单位数量的无功功率后节点i电压幅值的变化，表示节点i向节点j注入单位数量的无功功率后节点j电压幅值的变化。

作为优选技术手段：区间无功灵敏度函数表征不同分区节点之间的无功电压灵敏度大小，其值越小，表示不同分区节点之间无功电压灵敏度越低，各节点之间具有较弱的无功耦合度，分区更加合理；区间无功灵敏度函数限制分区之间节点数目，防止各分区内部节点数目过多，导致分区结果不合理；

区间无功灵敏度函数表达式为：：

作为优选技术手段：无功分区规模平衡函数用于限制分区规模，防止分区数目不合理，同时能增强分区精度，使分区结果更加完善，其值越大，当前分区数目越合理，分区结果越准确；

无功分区规模平衡函数表达式为：:

作为优选技术手段：无功平衡度函数表达式为：:

式中：qsupplied表示子分区内所有光伏可提供的无功功率；而在子分区ck内，最小无功需求量表示为：

式中：δvi表示节点i的电压增量；代表在子分区ck内，第i个光伏单元对第i个节点的无功电压灵敏度。

作为优选技术手段：无功分区质量函数表达式为：

有益效果：

⑴本发明的分区结果不仅能体现配电网的网架结构，还能反映分区内负荷需求与光伏出力的影响。

⑵本发明的分区方法不需要提前设定最佳分区数目，能自动生成最优分区结果。

⑶本发明的分区方法寻优速度快，不存在np-hard问题，且是一个动态分区的过程，适合未来配电网对高比例分布式光伏进行集群控制。

⑷本发明的分区结果不仅与网络拓扑结构有关，且能适应不同时段、任何光伏节点的接入或切除，反映各个时段负荷需求与光伏出力随时间变化对分区结果的影响，是一个动态分区的过程，适合未来配电网中高比例分布式光伏集群电压控制与调度。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明配电网无功/有功分区的一个示例性实施例的拓扑图。

图3为本发明配电网无功/有功分区的一个示例性实施例的光伏安装容量分布图。

图4为本发明无功/有功分区质量函数随分区个数改变的变化图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种适用于高比例分布式光伏配电网的分区方法，包括配电网无功/有功分区方法，以下以配电网无功分区方法为例具体阐述方法及过程，由于配电网无功分区方法和配电网有功分区方法相同，配电网有功分区方法不再重述,

配电网无功分区方法包括以下步骤：

s01:获取配电网中光伏与负荷完整的日前预测数据；

s02:提取日前预测数据的初始时刻值，初始化配电网分区，以每个节点作为一个单独的子分区，并计算子分区的无功分区质量函数；无功分区质量函数包括区内灵敏度函数、区间灵敏度函数、分区规模平衡函数、以及无功平衡度函数；

各函数定义如下：

a：区内无功灵敏度函数：

式中，t表示无功分区数目；表示第k个无功分区；n表示网络节点数目；表示第k个无功分区内节点数目；表示无功分区权重，描述节点之间无功耦合度，其值由无功电压灵敏度矩阵squ决定(squ表示节点注入单位数量的无功功率节点电压幅值的变化，可由雅克比矩阵获得)：

区内无功灵敏度函数主要依据网络拓扑结构，表征分区内节点之间的无功电压灵敏度大小，其值越大，表示分区内各节点之间无功电压灵敏度越高，各节点之间具有较高的无功耦合度，分区更加合理。同时，区内无功灵敏度函数还能够限制分区内节点规模，防止分区内部节点数目过多，导致分区结果不合理。

b：区间无功灵敏度函数：

区间无功灵敏度函数主要表征不同分区节点之间的无功电压灵敏度大小，其值越小，表示分区之间各节点之间无功电压灵敏度越低，各节点之间具有较弱的无功耦合度，分区更加合理。同时，区间无功灵敏度函数能够限制分区之间节点数目，防止各分区内部节点数目过多，导致分区结果不合理。

c：无功分区规模平衡函数:

无功分区规模平衡函数主要用于限制分区规模，防止分区数目不合理，同时能增强分区精度，使分区结果更加完善，其值越大，当前分区数目越合理，分区结果越准确。

d：无功平衡度函数:

式中：qsupplied表示子分区内所有光伏可提供的无功功率；而在子分区ck内，最小无功需求量可表示为：

式中：δvi表示节点i的电压增量；代表在子分区ck内，第i个光伏单元对第i个节点的无功电压灵敏度。

综合以上各类指标，本发明提出无功分区质量函数表达式如下：

s03:对于节点i，从其他节点中随机选择节点j组合形成新的子分区(i,j)，并重新计算无功分区质量函数；然后计算每种组合情况下，无功分区质量函数的变化量当达到最大正值时，则将此时对应的两个节点(i,j)划分到同一子分区内，更新此时的无功分区质量函数；

so4:将新形成的子分区看作一个独立的节点，重复步骤13)实现分区过程，形成新的分区结果；

so5:当没有任何节点能进行合并且无功分区质量函数达到最大值时，分区过程停止，此时的分区为初始时刻的最优分区结果，对分区结果进行记录存储；

so6:提取日前预测数据中下一时的预测值，继续上述分区过程，直至完成所有时段的配电网分区。

本发明采用某一实际馈线作为分析对象，验证所提方法的有效性。该馈线是10kv辐射型的三相平衡系统，拓扑结构可见图3，一共有30个节点，线路接入总负荷为15.58mva，总光伏安装容量为9.7mw，各节点光伏安装容量如图4所示，线路中的光伏系统通过升压变压器接入馈线中。

本发明首先根据配电网光伏出力的预测数据对配电网进行无功/有功分区，并作为后续优化控制的基础。根据配电网全天馈线运行状态的预测值，对30节点系统按照前述分区方法进行所有时段的无功/有功分区，选取某天中午12:30为例说明分区过程及结果。某天中午12:30不同分区数对应的无功/有功分区质量函数曲线如5所示，在图中可以看出，当系统分为6个无功子分区时，无功分区质量函数取得最大值q＝0.3583，因此最佳无功分区数为6分区，网络相应的无功分区结果如图2中红色虚线框划分所示。同理，有功分区质量函数取得最大值q＝0.5768，最佳有功分区数为5分区，网络相应的有功分区结果如图2中蓝色实线框划分所示。各无功子分区依次标记为{cq1,cq2,cq3,cq4,cq5,cq6}。各有功子分区依次标记为{cp1,cp2,cp3,cp4,cp5}，由此可以看出，本发明适合对含高比例分布式光伏的配电网进行分区，且分区结果合理。

以上图1、2所示的一种适用于高比例分布式光伏配电网的分区方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。