基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法及系统与流程

本发明涉及配电网控制技术领域，并且更具体地，涉及一种基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法及系统。

背景技术：

在大电网侧，根据电压灵敏度矩阵对大电网进行分群时，考虑大电网的网络阻抗特性(电阻远远小于电抗)，往往忽略有功变化对电网电压的影响，只对大电网进行无功分群与无功电压控制。但在配电网侧，由于配电网的阻抗比值较大，且电压控制策略涉及光伏逆变器有功功率控制，所以有功功率变化对电网分群的影响不可忽略。

因此，针对未来高比例分布式光伏接入配电网的过电压与控制复杂性问题，以及采用集中控制方式存在的不足，需要一种基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法。

技术实现要素：

本发明提出一种基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法及系统，以解决如何实现配电我那个分群以及对分群电压进行控制的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法，所述方法包括：

s1，确定配电网的分群原则，将配电网中的每个节点作为一个单独的子分群，并根据分群原则计算每个子分群的改进的第一分群模块度函数；

s2，对于任一个节点i，从其他节点中随机选择一个节点j组合形成一个新的子分群(i,j),重新计算新的子分群(i,j)对应改进的第二分群模块度函数；

s3，根据所述改进的第一分群模块度函数和改进的第二分群模块度函数计算每种组合情况下该任一个节点i对应的分群模块度函数变化量，并当分群模块度函数变化量达到最大正值时，将与分群模块度函数变化量达到最大正值时对应的两个节点(i,j)划分到同一子分群内，并更新此时的改进的分群模块度函数；

s4，将新形成的子分群看作一个独立的节点，并返回s2重新计算，直至没有任何节点能进行合并且改进的第二分群模块度函数达到最大值时，分群过程停止，，确定当前的分群为最优分群结果；其中，所述分群原则包括：有功分群原则和无功分群原则。

优选地，其中所述方法在当所述分群原则为无功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的无功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的无功分群模块度函数；ρ^vq为未改进的无功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的无功平衡度指标；为子分群ck对应的无功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的无功权重之和；m^q为网络中所有边的无功权重之和；为进行无功层面分群时，v-q权重；squ为无功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；qsupplied为子分群ck内所有光伏能够提供的无功功率；qneed为在在子分群ck内，最小无功需求量；δvi为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，其中所述方法在当所述分群原则为有功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的有功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的有功分群模块度函数；ρ^vp为未改进的有功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的有功平衡度指标；为子分群ck对应的有功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的有功权重之和；m^p表示网络中所有边的有功权重之和；为进行有功层面分群时，v-p权重；spu为有功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；pcurtailed为子分群ck内所有光伏允许剪切的有功功率；pneed为在在子分群ck内，最小有功需求量；δvi为为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，其中所述方法还包括：

根据预设的无功/有功分群内部的电压控制策略，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群进行控制。

优选地，其中所述预设的无功/有功分群内部的电压控制策略，包括：

在无功/有功子分群内部，将可调无功/有功容量有剩余的光伏记为可调光伏节点集群，将可调无功/有功容量为0的光伏记为不可调光伏节点集群，同时将各负荷节点分为过电压节点集合和正常节点集合；

确定过电压节点集合中的电压幅值最大的节点为关键负荷节点，根据无功/有功电压灵敏度矩阵，在可调光伏集群中找出与关键负荷节点的无功/有功电压灵敏度值最大的光伏pvi作为关键光伏节点；

根据无功/有功电压灵敏度，利用公式δvmax/smax计算将所述关键光伏节点的灵敏度vmax调回正常范围内所需要的pvi无功输出量/有功剪切量；其中，δvmax为所述关键负荷节点的电压幅值与节点电压上限值的差值；

若pvi无功可调节容量/有功可调节容量大于无功输出量/有功剪切量，则根据无功输出量/有功剪切量对vmax进行无功补偿，然后进行一次分群内的潮流计算，若潮流计算后仍存在过电压节点，则重复上述过程，直至pvi无功/有功可调节容量小于无功输出量/有功剪切量，用无功/有功可调节容量对vmax进行补偿，并将该光伏节点划分到不可调光伏节点集群中，在更新过的可调光伏节点集群中，寻找最大无功灵敏度对应的光伏继续进行上述过程的无功补偿，当子分群ck^q内所有电压节点电压都在可调范围之内或者子分群内无可调光伏时，则区内无功/有功电压控制过程结束。

优选地，其中所述按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群控制，包括：

步骤1，根据无功分群原则进行无功电压分群，以确定无功子分群序列{c1^q,c2^q,…,ck^q,…,cn^q}，其中n为子分群的个数；

步骤2，检测所有子分群内节点是否过电压，若所有电压节点都合格，则结束；如果有过电压节点，则将所有过电压节点对应的子分群记为可调节分群集合m，其他的子分群记为不可调节分群集合t，并进入步骤3；

步骤3，在可调节分群集合m中选取电压幅值最大的节点i，设其所对应的子分群为cj^q；

步骤4，按照无功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内无功电压控制，对cj^q内光伏进行无功补偿后的整个配电网进行一次潮流计算，若全网电压均合格，则结束，否则，进入下一步；

步骤5，将子分群cj^q划分到不可调节分群集合t内，并判断可调节分群集合m中是否存在过电压节点；其中，如果存在，则对可调节分群集合m内的无功分群重复步骤3～4；若可调节分群集合m中不存在过电压节点而不可调节分群集合t内存在过电压节点时，则进行下一步；

步骤6，根据有功分群原则进行有功电压分群，以确定有功子分群序列{c1^p,c2^p,…,ck^p,…,cn^p}；

步骤7，在所有过电压节点中选取电压幅值最大的节点g，设其所对应的子分群为ch^p；

步骤8，按照有功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内有功电压剪切控制，使ch^p内所有电压均合格，对ch^p内光伏进行有功剪切后的整个配电网进行一次潮流计算；

步骤9，若全网电压均满足电网要求，则结束控制；若全网电压仍存在过电压节点，则对未进行电压调节的子分群重复步骤7～8，直至所有节点电压均位于电网要求的范围内。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群系统，所述系统包括：

第一分群模块度函数计算单元，用于确定配电网的分群原则，将配电网中的每个节点作为一个单独的子分群，并根据分群原则计算每个子分群的改进的第一分群模块度函数；

第二分群模块度函数计算单元，用于对于任一个节点i，从其他节点中随机选择一个节点j组合形成一个新的子分群(i，j)，重新计算新的子分群(i，j)对应改进的第二分群模块度函数；

更新单元，用于根据所述改进的第一分群模块度函数和改进的第二分群模块度函数计算每种组合情况下该任一个节点i对应的分群模块度函数变化量，并当分群模块度函数变化量达到最大正值时，将与分群模块度函数变化量达到最大正值时对应的两个节点(i,j)划分到同一子分群内，并更新此时的改进的分群模块度函数；

最优分群结果确定单元，用于将新形成的子分群看作一个独立的节点，并进入第二分群模块度函数计算单元重新计算，直至没有任何节点能进行合并且改进的第二分群模块度函数达到最大值时，分群过程停止，，确定当前的分群为最优分群结果；其中，所述分群原则包括：有功分群原则和无功分群原则。

优选地，其中所述第一分群模块度函数计算单元和第二分群模块度函数计算单元，在当所述分群原则为无功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的无功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的无功分群模块度函数；ρ^vq为未改进的无功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的无功平衡度指标；为子分群ck对应的无功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的无功权重之和；m^q为网络中所有边的无功权重之和；为进行无功层面分群时，v-q权重；squ为无功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；qsupplied为子分群ck内所有光伏能够提供的无功功率；qneed为在在子分群ck内，最小无功需求量；δvi为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，其中所述第一分群模块度函数计算单元和第二分群模块度函数计算单元，在当所述分群原则为有功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的有功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的有功分群模块度函数；ρ^vp为未改进的有功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的有功平衡度指标；为子分群ck对应的有功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的有功权重之和；m^p表示网络中所有边的有功权重之和；为进行有功层面分群时，v-p权重；spu为有功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；pcurtailed为子分群ck内所有光伏允许剪切的有功功率；pneed为在在子分群ck内，最小有功需求量；δvi为为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，其中所述系统还包括：

电压调节单元，用于根据预设的有功/无功分群内部的电压控制策略，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群进行控制。

优选地，其中所述预设的有功/无功分群内部的电压控制策略，包括：

在无功/有功子分群内部，将可调无功/有功容量有剩余的光伏记为可调光伏节点集群，将可调无功/有功容量为0的光伏记为不可调光伏节点集群，同时将各负荷节点分为过电压节点集合和正常节点集合；

确定过电压节点集合中的电压幅值最大的节点为关键负荷节点，根据无功/有功电压灵敏度矩阵，在可调光伏集群中找出与关键负荷节点的无功/有功电压灵敏度值最大的光伏pvi作为关键光伏节点；

根据无功/有功电压灵敏度，利用公式δvmax/smax计算将所述关键光伏节点的灵敏度vmax调回正常范围内所需要的pvi无功输出量/有功剪切量；其中，δvmax为所述关键负荷节点的电压幅值与节点电压上限值的差值；

若pvi无功可调节容量/有功可调节容量大于无功输出量/有功剪切量，则根据无功输出量/有功剪切量对vmax进行无功补偿，然后进行一次分群内的潮流计算，若潮流计算后仍存在过电压节点，则重复上述过程，直至pvi无功/有功可调节容量小于无功输出量/有功剪切量，用无功/有功可调节容量对vmax进行补偿，并将该光伏节点划分到不可调光伏节点集群中，在更新过的可调光伏节点集群中，寻找最大无功灵敏度对应的光伏继续进行上述过程的无功补偿，当子分群ck^q内所有电压节点电压都在可调范围之内或者子分群内无可调光伏时，则区内无功/有功电压控制过程结束。

优选地，其中所述电压调节单元，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群控制，包括：

无功分群模块，用于根据无功分群原则进行无功电压分群，以确定无功子分群序列{c1^q,c2^q,…,ck^q,…,cn^q}，其中n为子分群的个数；

分类模块，用于检测所有子分群内节点是否过电压，若所有电压节点都合格，则结束；如果有过电压节点，则将所有过电压节点对应的子分群记为可调节分群集合m，其他的子分群记为不可调节分群集合t，并进入第一选取模块；

第一选取模块，用于在可调节分群集合m中选取电压幅值最大的节点i，设其所对应的子分群为cj^q；

无功电压控制模块，用于按照无功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内无功电压控制，对cj^q内光伏进行无功补偿后的整个配电网进行一次潮流计算，若全网电压均合格，则结束，否则，进入下一步；

第一判断模块，用于将子分群cj^q划分到不可调节分群集合t内，并判断可调节分群集合m中是否存在过电压节点；其中，如果存在，则对可调节分群集合m内的无功分群重复执行第一选取模块和无功电压控制模块的操作；若可调节分群集合m中不存在过电压节点而不可调节分群集合t内存在过电压节点时，则进入有功分群模块；

有功分群模块，用于根据有功分群原则进行有功电压分群，以确定有功子分群序列{c1^p,c2^p,…,ck^p,…,cn^p}；

第二选取模块，用于在所有过电压节点中选取电压幅值最大的节点g，设其所对应的子分群为ch^p；

有功电压控制模块，用于按照有功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内有功电压剪切控制，使ch^p内所有电压均合格，对ch^p内光伏进行有功剪切后的整个配电网进行一次潮流计算；

第二判断模块，用于若全网电压均满足电网要求，则结束控制；若全网电压仍存在过电压节点，则对未进行电压调节的子分群重复执行第二选取模块和有功电压控制模块的操作，直至所有节点电压均位于电网要求的范围内。

本发明提供了一种基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法及系统，基于有功/无功电压灵敏度矩阵，利用改进的模块度函数，对含高比例分布式光伏的配电网同时进行有功、无功解耦分群；并能够在已有的分群基础上，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，在有功、无功分群内部制定电压控制策略，实现对高比例分布式光伏的集群控制，解决了未来高比例分布式光伏接入引起的过电压及控制复杂性问题，并在控制速度上具有优越性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群系统200的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法，基于有功/无功电压灵敏度矩阵，利用改进的模块度函数，对含高比例分布式光伏的配电网同时进行有功、无功解耦分群；并能够在已有的分群基础上，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，在有功、无功分群内部制定电压控制策略，实现对高比例分布式光伏的集群控制，解决了未来高比例分布式光伏接入引起的过电压及控制复杂性问题，并在控制速度上具有优越性。本发明实施方式提供的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法100，从步骤101处开始，在步骤101确定配电网的分群原则，将配电网中的每个节点作为一个单独的子分群，并根据分群原则计算每个子分群的改进的第一分群模块度函数。

在步骤102，对于任一个节点i，从其他节点中随机选择一个节点j组合形成一个新的子分群(i,j),重新计算新的子分群(i,j)对应改进的第二分群模块度函数。

优选地，其中所述方法在当所述分群原则为无功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的无功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的无功分群模块度函数；ρ^vq为未改进的无功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的无功平衡度指标；为子分群ck对应的无功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的无功权重之和；m^q为网络中所有边的无功权重之和；为进行无功层面分群时，v-q权重；squ为无功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；qsupplied为子分群ck内所有光伏能够提供的无功功率；qneed为在在子分群ck内，最小无功需求量；δvi为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，其中所述方法在当所述分群原则为有功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的有功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的有功分群模块度函数；ρ^vp为未改进的有功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的有功平衡度指标；为子分群ck对应的有功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的有功权重之和；m^p表示网络中所有边的有功权重之和；为进行有功层面分群时，v-p权重；spu为有功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；pcurtailed为子分群ck内所有光伏允许剪切的有功功率；pneed为在在子分群ck内，最小有功需求量；δvi为为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

在大电网侧，根据电压灵敏度矩阵对大电网进行分群时，考虑大电网的网络阻抗特性(电阻远远小于电抗)，往往忽略有功变化对电网电压的影响，只对大电网进行无功分群与无功电压控制。但在配电网侧，由于配电网的阻抗比值较大，且电压控制策略涉及光伏逆变器有功功率控制，所以有功功率变化对电网分群的影响不可忽略。

因此，本发明从配电网的节点电压灵敏度角度出发，对有功、无功电压灵敏度进行解耦，实现有功、无功两层分群。

本发明通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到有功/无功电压灵敏度。在含n个节点的配电网中，各节点电压幅值变化量δu与有功和无功变化量序列δp，δq满足下式：

δu＝spu·δp+squ·δq(1)

其中，灵敏度因子spu、squ分别表示节点注入单位数量的有功功率和无功功率节点电压幅值的变化；δp＝[δp1,δp2,…,δpn]t；δq＝[δq1,δq2,…,δqn]t；在实际中，δp、δq的调节还要受到光伏逆变器功率因数的限制，满足下式：

其中，smax表示光伏逆变器的最大容量；φmax为光伏逆变器最大功率因数角。

当在npv个光伏可安装节点接入不同容量光伏构成光伏容量序列[δp，δq]时，第i个节点电压除了受自身电压影响还受其他节点δpj、δqj注入的影响。所以第i个节点电压可表示为：

式中：vi⁰为未加入光伏时i节点电压；分别为spu、squ第(i，j)个元素。

当有功功率不变时，注入单位数量的无功，电压幅值变化仅与无功灵敏度矩阵有关；当无功功率不变时，注入单位数量的有功，电压幅值变化仅与有功灵敏度矩阵有关。因此，本发明以无功电压灵敏度矩阵进行无功分群，以有功电压灵敏度进行有功分群，可以使有功、无功分群互不影响，实现解耦。

本发明运用模块度函数的方法自动生成最佳分群数目，从而实现馈线的最优分群。

配电网的权重主要由无功电压灵敏度矩阵squ和有功电压灵敏度矩阵spu决定。为了描述两个节点之间的耦合度，本发明用边权重的均值来表示有功/无功分群权重aij。

在进行无功层面分群时，v-q权重可表示为：

可以得到无功分群模块度函数为：

上式中，分别表示所有与节点i、节点j相连边的无功权重之和；m^q表示网络中所有边的无功权重之和。由式(4)与式(5)处理后，无功权重矩阵和有功权重矩阵能够变为对称矩阵。

若利用网络拓扑结构计算出模块度函数，只能根据网络拓扑表征不同节点之间耦合程度，将耦合程度不同的节点进行最优分群，但配电网中若有高比例分布式光伏接入时，仅仅依据配电网络的拓扑结构进行分群是不合理的。因此，考虑到高比例分布式光伏的无功、有功功率参与电压调节以及光伏安装位置的分散性，本发明在原有模块度函数的基础上，增加无功/有功平衡度指标γ与区内耦合度指标β。无功/有功平衡度指标γ表征分群内光伏无功或有功平衡能力，防止分群内部含光伏单元数量不均衡，出现可调功率不足或者可调功率过剩的情况发生。区内耦合度指标β表征区内各节点之间的耦合程度，能在模块度函数ρ的基础上增强分群精度，β值越大，标识区内各节点之间的耦合程度越高，反之则越低。

对于无功分群，无功平衡度指标表示如下：

式中：qsupplied表示子分群ck内所有光伏可提供的无功功率。

而在子分群ck内，最小无功需求量可表示为：

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

无功分群区内耦合度指标β表示如下：

其中，avg表示求均值运算。

综合以上各类指标，本发明了提出改进的无功分群模块度函数，其表达式如下：

上式中，将各分群无功平衡度指标与区内耦合度指标取平均值，分别表征当前分群状态所对应的各分群无功平衡与区内节点耦合程度的好坏，将二者与表征当前分群状态下节点之间耦合程度好坏的模块度函数相加，作为改进的模块度函数，不仅考虑了网络的拓扑结构，而且还能反映光伏加入后分群内部的无功平衡能力以及区内节点的耦合程度。

同理，改进的有功分群模块度函数表达式为：

其中：

上述各等式中，为改进的无功分群模块度函数；ρ^vq为未改进的无功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的无功平衡度指标；为子分群ck对应的无功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的无功权重之和；m^q为网络中所有边的无功权重之和；为进行无功层面分群时，v-q权重；squ为无功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；qsupplied为子分群ck内所有光伏能够提供的无功功率；qneed为在在子分群ck内，最小无功需求量；δvi为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

在步骤103，根据所述改进的第一分群模块度函数和改进的第二分群模块度函数计算每种组合情况下该任一个节点i对应的分群模块度函数变化量，并当分群模块度函数变化量达到最大正值时，将与分群模块度函数变化量达到最大正值时对应的两个节点(i,j)划分到同一子分群内，并更新此时的改进的分群模块度函数。

在步骤104，将新形成的子分群看作一个独立的节点，并返回s2重新计算，直至没有任何节点能进行合并且改进的第二分群模块度函数达到最大值时，分群过程停止，，确定当前的分群为最优分群结果；其中，所述分群原则包括：有功分群原则和无功分群原则。

在已有的电网侧的研究中，分群结果主要与网络的拓扑结构有关，但在配电网侧，配电网的运行方式(如网络重构等)常常会在较短的时间尺度内(小时级或天)产生较大的变化，改变网络拓扑结构，且随时间变化的负荷需求与光伏出力等因素都会影响最终的分群结果。本报告提出的分群方法能够跟随网络拓扑结构的变化，且能适应任何光伏节点的接入或切除，反映负荷需求与光伏出力随时间变化对分群结果的影响，是一个动态分群的过程。

但考虑到控制的平稳性，只在如下情况发生时才会对网络分群进行更新：1)配电网运行方式改变引起网络拓扑结构变化；2)光伏随季度变化时出力发生改变。

对于条件2)，本发明中考虑了云层遮挡等因素引起光伏短时波动对分群的影响，由于这种短时波动会快速消失，因此忽略类似的短时波动影响，但考虑到光伏不同季度出力会存在较大差异，应针对每个季度光伏出力变化进行一次分群更新。

在本发明中，对于一个含n个节点的配电网，以无功分区为例，利用改进的模块度函数进行无功分群的过程，包括：

步骤1：初始化配电网分群，以每个节点作为一个单独的子分群，并利用式(10)计算改进的无功模块度函数

步骤2：对于节点i，从其他节点中随机选择节点j组合形成新的子分群(i，j)，并重新计算改进的无功模块度函数ρ′im；然后，计算每种组合情况下，无功分群的模块度函数变化量当δρ达到最大正值时，则将此时对应的两个节点(i，j)划分到同一子分群内，更新此时的改进的无功模块度函数

步骤3：将新形成的子分群看作一个独立的节点，重复步骤2实现分群过程，形成新的分群结果。

步骤4：当没有任何节点能进行合并且无功分群模块度函数ρ′im达到最大值时，分群过程停止，此时的分群为最优分群结果。

本发明的有功分群方法的实现过程与无功分群相同，在此不再赘述。

优选地，其中所述方法还包括：

根据预设的无功/有功分群内部的电压控制策略，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群进行控制。

优选地，其中所述预设的无功/有功分群内部的电压控制策略，包括：

在无功/有功子分群内部，将可调无功/有功容量有剩余的光伏记为可调光伏节点集群，将可调无功/有功容量为0的光伏记为不可调光伏节点集群，同时将各负荷节点分为过电压节点集合和正常节点集合；

确定过电压节点集合中的电压幅值最大的节点为关键负荷节点，根据无功/有功电压灵敏度矩阵，在可调光伏集群中找出与关键负荷节点的无功/有功电压灵敏度值最大的光伏pvi作为关键光伏节点；

根据无功/有功电压灵敏度，利用公式δvmax/smax计算将所述关键光伏节点的灵敏度vmax调回正常范围内所需要的pvi无功输出量/有功剪切量；其中，δvmax为所述关键负荷节点的电压幅值与节点电压上限值的差值；

若pvi无功可调节容量/有功可调节容量大于无功输出量/有功剪切量，则根据无功输出量/有功剪切量对vmax进行无功补偿，然后进行一次分群内的潮流计算，若潮流计算后仍存在过电压节点，则重复上述过程，直至pvi无功/有功可调节容量小于无功输出量/有功剪切量，用无功/有功可调节容量对vmax进行补偿，并将该光伏节点划分到不可调光伏节点集群中，在更新过的可调光伏节点集群中，寻找最大无功灵敏度对应的光伏继续进行上述过程的无功补偿，当子分群ck^q内所有电压节点电压都在可调范围之内或者子分群内无可调光伏时，则区内无功/有功电压控制过程结束。

优选地，其中所述按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群控制，包括：

步骤1，根据无功分群原则进行无功电压分群，以确定无功子分群序列{c1^q,c2^q,…,ck^q,…,cn^q}，其中n为子分群的个数；

步骤2，检测所有子分群内节点是否过电压，若所有电压节点都合格，则结束；如果有过电压节点，则将所有过电压节点对应的子分群记为可调节分群集合m，其他的子分群记为不可调节分群集合t，并进入步骤3；

步骤3，在可调节分群集合m中选取电压幅值最大的节点i，设其所对应的子分群为cj^q；

步骤4，按照无功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内无功电压控制，对cj^q内光伏进行无功补偿后的整个配电网进行一次潮流计算，若全网电压均合格，则结束，否则，进入下一步；

步骤5，将子分群cj^q划分到不可调节分群集合t内，并判断可调节分群集合m中是否存在过电压节点；其中，如果存在，则对可调节分群集合m内的无功分群重复步骤3～4；若可调节分群集合m中不存在过电压节点而不可调节分群集合t内存在过电压节点时，则进行下一步；

步骤6，根据有功分群原则进行有功电压分群，以确定有功子分群序列{c1^p，c2^p，…，ck^p，…，cn^p}；

步骤7，在所有过电压节点中选取电压幅值最大的节点g，设其所对应的子分群为ch^p；

步骤8，按照有功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内有功电压剪切控制，使ch^p内所有电压均合格，对ch^p内光伏进行有功剪切后的整个配电网进行一次潮流计算；

步骤9，若全网电压均满足电网要求，则结束控制；若全网电压仍存在过电压节点，则对未进行电压调节的子分群重复步骤7～8，直至所有节点电压均位于电网要求的范围内。

在本发明中，为了最大化地进行光伏消纳，按照先最大程度地利用逆变器无功调节能力，后最小化地进行光伏有功剪切的原则，先在无功子分群内，利用光伏的无功调节能力进行电压调节，当无功调节能力不足时，再转到有功分群层面，进行光伏有功剪切。在子分群内进行电压控制时，利用灵敏度矩阵，通过控制关键光伏节点出力来控制子分群内负荷节点电压，可以利用最少量的光伏无功或者有功容量将过电压节点快速地调节到合理范围之内，比传统集中式对所有光伏节点进行控制的方式更高效。

由于子分群内部节点之间的强耦合、不同分群节点之间的弱耦合特性，所以每个子分群内部的电压控制是独立的。

在本发明中，在无功分群内基于电压控制策略进行电压控制的过程包括：首先在分群内部，将所有的光伏节点集合记为光伏集群h，在光伏集群内部，将可调无功容量有剩余的光伏记为可调光伏节点集群，将可调无功容量为0的光伏记为不可调光伏节点集群，同时将各负荷节点进行分类，分为过电压节点集合和正常节点集合。在过电压节点集合中，取电压幅值最大的节点作为关键负荷节点，电压幅值记为vmax，其超过节点电压上限值为δvmax，根据无功电压灵敏度矩阵，在可调光伏集群中，找出与关键负荷节点无功电压灵敏度值最大的光伏pvi作为关键光伏节点，其灵敏度值为smax。根据无功电压灵敏度，计算将vmax调回正常范围内所需要的pvi无功输出量qneed：

qneed＝δvmax/smax(15)

当pvi无功可调节容量qsupplied(满足式(2)的要求)大于qneed，则根据qneed对vmax进行无功补偿，然后进行一次分群内的潮流计算，若潮流计算后仍存在过电压节点，则重复上述过程。当pvi无功可调节容量qsupplied小于qneed，则用qsupplied对vmax进行补偿，然后将该光伏节点划分到不可调光伏节点集群中，在更新过的可调光伏节点集群中，寻找最大无功灵敏度对应的光伏继续进行上述过程的无功补偿。当子分群ck^q内所有电压节点电压都在可调范围之内或者子分群内无可调光伏时，则区内电压控制过程结束。

对于区内有功控制，与无功控制相同，在本发明中，在有功分群内基于电压控制策略进行电压控制的过程包括：首先在分群内部，将所有的光伏节点集合记为光伏集群h，在光伏集群内部，将可调有功容量有剩余的光伏记为可调光伏节点集群，将可调有功容量为0的光伏记为不可调光伏节点集群，同时将各负荷节点进行分类，分为过电压节点集合和正常节点集合。在过电压节点集合中，取电压幅值最大的节点作为关键负荷节点，电压幅值记为vmax，其超过节点电压上限值为δvmax，根据有功电压灵敏度矩阵，在可调光伏集群中，找出与关键负荷节点有功电压灵敏度值最大的光伏pvi作为关键光伏节点，其灵敏度值为smax。根据有功电压灵敏度，计算将vmax调回正常范围内所需要的pvi有功剪切量pneed：

pneed＝δvmax/smax(16)

当pvi有功可调节容量pcurtailed(满足式(2)的要求)大于pneed，则根据pneed对vmax进行有功补偿，然后进行一次分群内的潮流计算，若潮流计算后仍存在过电压节点，则重复上述过程。当pvi有功可调节容量pcurtailed小于pneed，则用pcurtailed对vmax进行补偿，然后将该光伏节点划分到不可调光伏节点集群中，在更新过的可调光伏节点集群中，寻找最大有功灵敏度对应的光伏继续进行上述过程的有功补偿。当子分群ck^q内所有电压节点电压都在可调范围之内或者子分群内有可调光伏时，则区内电压控制过程结束。

本发明按照最大化的利用光伏无功调节能力、最小化的进行有功剪切原则，提出先进行光伏无功调节，当光伏无功可调能力不足时，再进行有功剪切的策略。由于实现分群后，各子分群之间存在弱耦合，调节某一分群电压会对相邻子分群电压产生微弱影响，为了消除由分群间弱耦合性产生的影响，避免光伏过多地进行无功吸收或者有功剪切，在无功和有功层面进行电压控制时，将每个子分群中的最大电压幅值进行排序，按幅值从大到小的顺序，依次调节各子分群内的关键节点电压，消除各子分群之间弱耦合特性对子分群之间电压的影响，实现子分群之间的协调控制。实现过程如下：

步骤1：根据无功分群电压原则进行无功电压分群，记为{c1^q,c2^q,…,ck^q,…,cn^q}。

步骤2：检测所有子分群内节点是否过电压，若所有电压节点都合格，则结束。如果有过电压节点，将所有过电压节点对应的子分群记为可调节分群集合m，其他的子分群记为不可调节分群集合t，转到步骤3。

步骤3：在可调节分群集合m中选取电压幅值最大的节点i，设其所对应的子分群为cj^q。

步骤4：在子分群cj^q内进行区内无功电压控制，对cj^q内光伏进行无功补偿后的整个配电网进行一次潮流计算，当全网电压均合格，则结束，否则，转到下一步。

步骤5：将子分群cj^q划分到不可调节分群集合t内。判断可调节分群集合m中是否存在过电压节点，如果存在，对可调节分群集合m内的无功分群重复步骤3～4。当可调节分群集合m中不存在过电压节点而不可调节分群集合t内存在过电压节点时，则进行下一步。

步骤6：根据有功分群电压原则进行有功电压分群，记为{c1^p，c2^p，…，ck^p,…,cn^p}。

步骤7：在所有过电压节点中选取电压幅值最大的节点g，设其所对应的子分群为ch^p。

步骤8：在子分群cj^q内进行区内有功电压剪切控制，使ch^p内所有电压均合格，对ch^p内光伏进行有功剪切后的整个配电网进行一次潮流计算。

步骤9：当全网电压均满足要求，结束控制。当全网电压仍存在过电压节点时，对未进行电压调节的子分群重复步骤7～8，直至所有节点电压均在合理范围之内。

本发明的基于无功/有功电压灵敏度解耦的分群方法及分群电压控制策略，可以实现对高比例分布式光伏的集群控制，解决未来高比例分布式光伏接入引起的过电压及控制复杂性问题，并在控制速度上具有优越性。

图2为根据本发明实施方式的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群系统200的结构示意图。如图2所示，本发明实施方式提供的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群系统200，包括：第一分群模块度函数计算单元201、第二分群模块度函数计算单元202、更新单元203和最优分群结果确定单元204。

优选地，所述第一分群模块度函数计算单元201，用于确定配电网的分群原则，将配电网中的每个节点作为一个单独的子分群，并根据分群原则计算每个子分群的改进的第一分群模块度函数。

优选地，所述第二分群模块度函数计算单元202，用于对于任一个节点i，从其他节点中随机选择一个节点j组合形成一个新的子分群(i,j)，重新计算新的子分群(i,j)对应改进的第二分群模块度函数。

优选地，其中所述第一分群模块度函数计算单元201和第二分群模块度函数计算单元202，在当所述分群原则为无功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的无功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的无功分群模块度函数；ρ^vq为未改进的无功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的无功平衡度指标；为子分群ck对应的无功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的无功权重之和；m^q为网络中所有边的无功权重之和；为进行无功层面分群时，v-q权重；squ为无功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；qsupplied为子分群ck内所有光伏能够提供的无功功率；qneed为在在子分群ck内，最小无功需求量；δvi为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，其中所述第一分群模块度函数计算单元201和第二分群模块度函数计算单元202，在当所述分群原则为有功分群时，利用如下方式计算子分群的改进的有功分群模块度函数，包括：

其中，为改进的有功分群模块度函数；ρ^vp为未改进的有功分群模块度函数；n为子分群的个数；为子分群ck对应的有功平衡度指标；为子分群ck对应的有功分群区内耦合度指标；分别为所有与节点i、节点j相连边的有功权重之和；m^p表示网络中所有边的有功权重之和；为进行有功层面分群时，v-p权重；spu为有功电压灵敏度矩阵，通过对潮流雅可比矩阵进行变换得到；pcurtailed为子分群ck内所有光伏允许剪切的有功功率；pneed为在在子分群ck内，最小有功需求量；δvi为为节点i的电压增量；为在子分群ck内，第α个光伏单元对第i个节点的有功电压灵敏度；avg表示求均值运算；m为网络中边的数目。

优选地，所述更新单元203，用于根据所述改进的第一分群模块度函数和改进的第二分群模块度函数计算每种组合情况下该任一个节点i对应的分群模块度函数变化量，并当分群模块度函数变化量达到最大正值时，将与分群模块度函数变化量达到最大正值时对应的两个节点(i，j)划分到同一子分群内，并更新此时的改进的分群模块度函数。

优选地，所述最优分群结果确定单元204，用于将新形成的子分群看作一个独立的节点，并进入第二分群模块度函数计算单元重新计算，直至没有任何节点能进行合并且改进的第二分群模块度函数达到最大值时，分群过程停止，，确定当前的分群为最优分群结果；其中，所述分群原则包括：有功分群原则和无功分群原则。

优选地，其中所述系统还包括：

电压调节单元，用于根据预设的有功/无功分群内部的电压控制策略，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群进行控制。

优选地，其中所述预设的有功/无功分群内部的电压控制策略，包括：

在无功/有功子分群内部，将可调无功/有功容量有剩余的光伏记为可调光伏节点集群，将可调无功/有功容量为0的光伏记为不可调光伏节点集群，同时将各负荷节点分为过电压节点集合和正常节点集合；

确定过电压节点集合中的电压幅值最大的节点为关键负荷节点，根据无功/有功电压灵敏度矩阵，在可调光伏集群中找出与关键负荷节点的无功/有功电压灵敏度值最大的光伏pvi作为关键光伏节点；

根据无功/有功电压灵敏度，利用公式δvmax/smax计算将所述关键光伏节点的灵敏度vmax调回正常范围内所需要的pvi无功输出量/有功剪切量；其中，δvmax为所述关键负荷节点的电压幅值与节点电压上限值的差值；

若pvi无功可调节容量/有功可调节容量大于无功输出量/有功剪切量，则根据无功输出量/有功剪切量对vmax进行无功补偿，然后进行一次分群内的潮流计算，若潮流计算后仍存在过电压节点，则重复上述过程，直至pvi无功/有功可调节容量小于无功输出量/有功剪切量，用无功/有功可调节容量对vmax进行补偿，并将该光伏节点划分到不可调光伏节点集群中，在更新过的可调光伏节点集群中，寻找最大无功灵敏度对应的光伏继续进行上述过程的无功补偿，当子分群ck^q内所有电压节点电压都在可调范围之内或者子分群内无可调光伏时，则区内无功/有功电压控制过程结束。

优选地，其中所述电压调节单元，按照“优先最大程度地利用光伏逆变器无功调节能力，再最小化地进行光伏有功剪切”的原则，对高比例分布式光伏的集群控制，包括：

无功分群模块，用于根据无功分群原则进行无功电压分群，以确定无功子分群序列{c1^q,c2^q,…,ck^q,…,cn^q}，其中n为子分群的个数；

分类模块，用于检测所有子分群内节点是否过电压，若所有电压节点都合格，则结束；如果有过电压节点，则将所有过电压节点对应的子分群记为可调节分群集合m，其他的子分群记为不可调节分群集合t，并进入第一选取模块；

第一选取模块，用于在可调节分群集合m中选取电压幅值最大的节点i，设其所对应的子分群为cj^q；

无功电压控制模块，用于按照无功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内无功电压控制，对cj^q内光伏进行无功补偿后的整个配电网进行一次潮流计算，若全网电压均合格，则结束，否则，进入下一步；

第一判断模块，用于将子分群cj^q划分到不可调节分群集合t内，并判断可调节分群集合m中是否存在过电压节点；其中，如果存在，则对可调节分群集合m内的无功分群重复执行第一选取模块和无功电压控制模块的操作；若可调节分群集合m中不存在过电压节点而不可调节分群集合t内存在过电压节点时，则进入有功分群模块；

有功分群模块，用于根据有功分群原则进行有功电压分群，以确定有功子分群序列{c1^p,c2^p,…,ck^p,…,cn^p}；

第二选取模块，用于在所有过电压节点中选取电压幅值最大的节点g，设其所对应的子分群为ch^p；

有功电压控制模块，用于按照有功分群内部的电压控制策略在子分群cj^q内进行区内有功电压剪切控制，使ch^p内所有电压均合格，对ch^p内光伏进行有功剪切后的整个配电网进行一次潮流计算；

第二判断模块，用于若全网电压均满足电网要求，则结束控制；若全网电压仍存在过电压节点，则对未进行电压调节的子分群重复执行第二选取模块和有功电压控制模块的操作，直至所有节点电压均位于电网要求的范围内。

本发明的实施例的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群系统200与本发明的另一个实施例的基于无功/有功电压灵敏度解耦的电网分群方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。