一种考虑负荷互补特性的有源配电网网格化规划方法

本发明涉及中压配电网线性规划方法的，尤其涉及一种考虑负荷互补特性的有源配电网网格化规划方法。

背景技术：

1、在贯彻落实“碳达峰，碳中和”的背景下，如何有效合理利用清洁能源成为国内外能源研究的热点问题。

2、大规模分布式光伏接入配电网，使得配电网变为有源配电网，会引起电压越限、功率倒送、线损增加等问题。随着屋顶分布式光伏发电系统不断普及，发电不确定性增加，网架结构更为复杂。配电网网格化管理是电网精细化运行的要求，通过将负荷、分布式能源需求区域划分为网格，有助于优化配电网规划，提高配电网运行的经济可靠性。

3、目前，国内外学者对有源配电网网格化规划展开了大量的研究。有学者在考虑负荷互补特性的基础上，针对模型方法难以处理的约束条件，提出了前置处理和后置处理两种方案；以及有学者对负荷及分布式发电的随机波动性进行聚类，构建花瓣式主级网架和辐射状式次级网架结构。但其均未考虑量化分析负荷互补特性，无法提高设备的利用率，无法改善供电区域峰谷差过大的问题。还有学者对变电站进行聚类分析，将变电站划分到恰当的供电区块，但其以变电站作为聚类对象，未考虑负荷特性对配电网产生的影响。

4、为了解决高渗透光伏接入配电网所引发的峰谷差加大和设备利用率低的问题，本发明从负荷特性出发，在变电站容量确定的基础上，提出了一种考虑负荷互补特性的有源配电网网格划分方法。

技术实现思路

1、本发明公开了一种考虑负荷互补特性的有源配电网网格划分方法，在分析各类负荷峰谷互补特性的基础上，通过改进k-means聚类算法，以网格化规划后子网格负荷曲线与总负荷曲线的形状相似度最高为目标，考虑配电网运行约束条件，充分挖掘配电网中各类可互补耦合的负荷类型，实现合理划分配电网网格，有效降低系统峰谷差，提升设备利用率。

2、一种考虑负荷互补特性的有源配电网网格化规划方法，其特征在于包括如下步骤：

3、步骤s1：提出有源配电网负荷特性互补组合方法；

4、步骤s2：构建网格划分模型的目标函数；

5、步骤s3：构建含光伏发电机组的有源配电网网格划分模型约束条件；

6、步骤s4：改进k-means聚类算法进行求解；

7、步骤s5：提出评价指标验证网格划分合理性。

8、优选的是，本发明步骤s1中提出有源配电网负荷特性互补组合方法；具体过程为：选取规划地区内各类型负荷进行差异化匹配分析，分布式光伏发电系统作为“负”特性负荷纳入互补分析，将峰谷重合时间长的负荷分配到同一子网格中。

9、优选的是，本发明步骤s2中构建网格划分模型的目标函数；具体过程为：

10、选取网格划分后子网格总负荷与规划地区总负荷的相关系数之和最大为优化目标，

11、

12、其中，ri为第i个网格总负荷与规划地区总负荷之间的相关系数；p∑为规划地区总负荷；pi为第i个网格的总负荷；cov(p∑,pi)为p∑和pi的协方差；var[p∑]为p∑的方差；var[pi]为pi的方差，n为网格划分数目。

13、优选的是，本发明步骤s3中构建含光伏发电机组的有源配电网网格划分模型约束条件；具体过程为：

14、步骤s31：功率平衡约束：

15、

16、其中，pg、qg为发电机组有功、无功出力；pdg为光伏发电的有功出力；pl、ql为有功、无功负荷功率；ploss为弃光功率；pt、qt为联络线提供的有功、无功功率；△p、△q为从线路中获取的有功、无功功率；

17、步骤s32：电压约束

18、0≤u≤umax (3)

19、uij≥us (4)

20、式(3)为节点电压约束，umax为节点最大额定电压值；式(4)为线路末端电压约束，uij为主干线末端节点ij的末端电压值；us为线路末端电压最低值；

21、步骤s33：主干线负荷及线路长度约束

22、pm+pn≤min[pms,pns] (5)

23、lij≤rs (6)

24、其中，pm、pn为主干线m、n接待的负荷大小；pms、pns为主干线m、n所能接待的最大安全负荷值；lij为主干线的长度；rs为导则中规定的最长供电半径；

25、步骤s34：电力系统弃光功率约束

26、0≤ploss≤pdg (7)

27、电力系统弃光率应在0与该系统光伏发电功率之间。

28、优选的是，本发明步骤s4中改进k-means聚类算法进行求解；具体过程为：

29、步骤s41：确定规划区网格划分数目n；

30、步骤s42：在数据中选取n个初始负荷聚类中心，根据相关系数r将互补特征明显的负荷分配到同一网格中，所述互补特征明显指的是：负荷间峰谷重合时间越长，互补度越高，则差异化负荷匹配作用越明显；

31、步骤s43：计算各需要分配到网格里的负荷的中心点与初始负荷聚类中心的欧氏距离，并通过负荷加权因子λ1、λ2对距离进行修正；

32、

33、

34、

35、

36、其中，dij为负荷点j到第i个负荷聚类中心的几何距离即欧氏距离；(xi,yi)为第i个负荷聚类中心的坐标；(xj,yj)为第j个负荷点的坐标；为负荷点j到第i个负荷聚类中心的加权距离；pi为第i个网格的总负荷；δij为负荷点j加入第i个网格后形成的峰谷差；λ1为第i个网格的负荷加权因子，λ1随pi的增大而增大；λ2为第i个网格的峰谷差加权因子，λ2随δij的增大而增大；k为负荷加权因子λ1、λ2的影响系数，改变k的大小可调整各网格的供电范围，使每个网格内负荷更均衡，取值范围为1至2；

37、步骤s44：每次迭代后，重新计算负荷聚类中心，并更新负荷加权因子λ1、λ2的值；

38、步骤s45：反复迭代，直至聚类中心与上一次迭代聚类中心重合。

39、优选的是，本发明步骤s5中提出评价指标验证网格划分合理性；具体过程为：

40、综合考虑日负荷率和日峰谷差率，采用均方根误差作为日负荷率性能指标f1、日峰谷差率性能指标f2，计算公式如下所示：

41、

42、

43、

44、

45、其中，α为日负荷率；δ为日峰谷差率；pmax为一天内的最大负荷；pmin为一天内的最小负荷；pave为一天内的负荷平均值；αi为各网格的日负荷率；αave为各网格的平均日负荷率；δi为各网格的日峰谷差率，δave为各网格的平均日峰谷差率；f1、f2均为负指标，指标值越小，表明设备利用率越高，缓解高峰负荷的能力越强，网格划分越合理。

46、本发明所提的考虑负荷互补特性的有源配电网网格划分方法，在分析各类负荷峰谷互补特性的基础上，将负荷互补特性量化为负荷曲线的形状相似度，考虑配电网运行约束条件，充分挖掘配电网中各类可互补耦合的负荷类型，并通过k-means聚类算法对地区进行网格划分，增加负荷加权因子和峰谷差加权因子对距离进行修正，实现合理划分配电网网格，能有效降低系统峰谷差，提升设备利用率，提高了其工程实用性。