一种分布式光伏多集群电压控制方法、系统及存储介质

1.本发明涉及一种新能源电力系统配电网电压控制领域，特别是关于一种基于集群电压偏差度的分布式光伏多集群电压控制方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.以光伏为代表的清洁能源因其经济、清洁、环保的优势在世界范围内快速发展，大力缓解了化石能源枯竭和生态环境恶化的压力。随着分布式光伏电源在配电网中的渗透率不断提高，由分布式光伏电源出力间歇性、随机性、功率波动大引发的电压和频率波动、越限等问题凸显，给配电网运行带来巨大挑战。为了实现新型电力系统下的配网电压快速控制达到实时稳定的目的，为新型能源结构下的电力系统安全稳定运行奠定理论基础，有必要研究分布式光伏接入后稳定控制。光伏集群惯性小、阻尼小、响应迅速，集群电压稳定控制成为一个难点。分布式光伏电源逆变器控制模式、参数设置不合理导致pv利用率低、经济性差且电网电压波动大。因此，亟待开展新形势下分布式光伏电源集群并网无功-电压动态切换控制技术以及分布式电源集群之间相配合的频率、电压主动支撑技术研究，为高比例新能源接入的项目建设提供决策依据。
3.近几年来，有不少文献针对分布式光伏接入配电网后稳定方法开展研究，其关注点主要包括：逆变器控制模式、与储能相配合、改变变压器分接头等方法以及其相应改进方法措施。
4.目前，针对分布式光伏系统的调压手段主要包括无功补偿和有功缩减。在就地无功补偿方面，德国电气工程师协会提出适用于分布式光伏的四种无功控制策略：恒无功功率q控制、恒功率因数cosφ控制、基于光伏有功出力的cosφ(p)控制和基于并网点电压幅值的q(u)控制。但作为一种基础方法，其各有利弊，恒无功方法无法及时参与电网调压；功率因数法在光伏发电量大与就地负荷大时，赘余功率传输导致大量损耗；基于并网点电压的控制模式在并网点位置调压能力弱。逆变器输出容量达到额定容量而电压仍然越限时采用有功缩减方法。针对光伏逆变器的无功调节能力展开研究，结合无功电压灵敏度矩阵建立低压配电网多模式电压控制模型，当网络出现电压越限运行风险时,以风险的抑制为目标调节逆变器无功功率；当网络运行无风险时,则以网损和功率因数的优化作为逆变器的无功调节依据，但是处理整个配网数据量大，效率低、实时性差进而导致电压波动控制效果不好。


技术实现要素：

5.针对目前分布式光伏接入配网后电压稳定性问题的不足，本发明的目的是提供一种分布式光伏多集群电压控制方法、系统及存储介质，其能有效适应调节电网运行电压。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种分布式光伏多集群电压控制方法，其包括：利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对所述危险集群进行就地调压；所述就地调压失效，则计算各所述集群之间无功-电压灵
敏度因子，根据所述无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；选取各所述集群内主导节点与所述危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；循环检测各所述集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
7.进一步，所述利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，包括：利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度判断各所述集群内电压是否越限，若越限则为危险集群，反之为安全集群。
8.进一步，所述对所述危险集群进行就地调压，包括：调度所述危险集群内有可调无功容量的逆变器，将所述逆变器切换为改进下垂控制模式进行就地调压。
9.进一步，所述集群电压偏差度的确定，包括：基于集群划分结果得到各个光伏集群微网；对于集群内各节点，计算各节点对于主导节点的无功电压灵敏度大小；根据集群内节点数和无功电压灵敏度计算得到各集群电压偏差度。
10.进一步，所述电压偏差度为：
[0011][0012]
式中，m
θ
为集群电压偏差度；n为集群内节点数；ui为i节点实时运行电压，s
iθ
为节点i对于主导节点θ的无功电压灵敏度系数，u
min
为集群内各节点端电压最小值， u
max
为集群内各节点端电压最大值。
[0013]
进一步，所述总无功量为：
[0014][0015]
式中，δqj为安全集群内光伏逆变器增发总无功量；s
ij
为安全集群主导节点j与危险集群主导节点i之间的无功-电压灵敏度因子，u
min
为集群内各节点端电压最小值，u
max
为集群内各节点端电压最大值，ui为i节点实时运行电压。
[0016]
进一步，所述基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率，包括：
[0017]
建立各集群之间与各节点之间的有功/无功电压灵敏度矩阵；
[0018]
根据节点有功/无功电压灵敏度矩阵得到节点电压幅值变化量与功率变化关系，得到节点的实时电压与电压额定值之间差值；
[0019]
根据节点的实时电压与额定值之间差值计算得到各节点光伏无功变化量，由各节点光伏无功变化量k和无功-电压灵敏度因子得到集群内各分布式光伏电源发出的无功功率，实现将总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率。
[0020]
一种分布式光伏多集群电压控制系统，其包括：初级划分模块，利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对所述危险集群进行就地调压；集群确定模块，所述就地调压失效，则计算各所述集群之间无功-电压灵敏度因子，根据所述无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；功率分配模块，选取各所述集群内主导节点与所述危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；检测模块，循环检测各所述集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之
则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
[0021]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如权利要求上述方法中的任一方法。
[0022]
一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
[0023]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0024]
本发明基于电压电流双闭环控制，对并网逆变器采用改进下垂控制与pq控制模式切换，建立分布式光伏电源接入配网模型。然后利用集群划分结果和各集群的电压偏差水平指标评估各集群电压越限的风险，建立各集群之间与各节点之间的无功电压灵敏度矩阵。最后对各集群内分布式光伏逆变器采用电压自适应控制模式进而实现电网电压稳定，能够有效适应调节电网运行电压。
附图说明
[0025]
图1是本发明一实施例中的分布式光伏多集群电压控制方法示意图；
[0026]
图2是本发明一实施例中的光伏电源等值电路图；
[0027]
图3是本发明一实施例中的光伏电源并网图；
[0028]
图4是本发明一实施例中的下垂控制逆变器控制框图；
[0029]
图5是本发明一实施例中的分布式光伏接入ieee33节点仿真系统；
[0030]
图6是本发明一实施例中的ieee33节点系统电压水平示意图；
[0031]
图7a是本发明一实施例中的pq模式下分布式光伏有功输出示意图；
[0032]
图7b是本发明一实施例中的pq模式下分布式光伏无功输出示意图；
[0033]
图7c是本发明一实施例中的q(u)模式下分布式光伏电压变化图；
[0034]
图7d是本发明一实施例中的q(u)模式下分布式光伏无功变化图；
[0035]
图8是本发明一实施例中的改进ieee33节点系统无功电压灵敏度关系图；
[0036]
图9是本发明一实施例中的基于集群电压偏差度的调控模式前后ieee33节点电压变化图。
具体实施方式
[0037]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]
本发明提出一种分布式光伏多集群电压控制方法、系统及存储介质，其包括：根据
改进电气距离对实际含有分布式光伏的配网进行集群划分并将并网逆变器控制模式设置为可根据集群电压偏差度自动切换。根据各集群的集群电压偏差度评估各集群电压越限水平，并在建立各集群之间与各节点之间的无功电压灵敏度矩阵基础上选取集群主导节点并计算主导节点之间灵敏度关系。最后对各安全集群与危险集群采用基于集群电压偏差度的控制模式协调配合进而实现电网电压稳定。该方法避免了处理配网各节点的大量数据而增加的工作量与降低了电压控制的实时有效性，具有更强针对性与适应性，使电网电压更快速地稳定在安全范围内。
[0040]
本发明针对含高比例分布式光伏的配电网，以基于阻抗的电气距离作为分群指标并对含分布式光伏的配电网进行分群，计算各集群电压偏差度，对于越限严重的集群采用基于虚拟阻抗的改进下垂控制，并调节各安全运行的集群内无功对电网内各集群电压进行调节，在此基础上，实时监测电网运行状态，实现动态集群划分并实现相应控制模式切换。该方法对配电网电压控制进行了简化，避免了对每个节点进行控制进而极大增加了处理数据的复杂度且不易操作。同时，通过高比例光伏接入的配电网分群，实现了多级电压控制，使得本发明所采取的控制方法能够实时跟踪电网运行特性并采取相应控制模式，维持电网电压稳定。
[0041]
在本发明的一个实施例中，提供一种分布式光伏多集群电压控制方法。本实施例中，如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0042]
1)利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对危险集群进行就地调压；
[0043]
2)就地调压失效，则计算各集群之间无功-电压灵敏度因子，根据无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；
[0044]
3)选取各集群内主导节点与危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；
[0045]
4)循环检测各集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
[0046]
在本实施例中，需建立分布式光伏电源接入配网模型。首先建立光伏电源侧模型，如图2所示，光伏电源输出电流i为：
[0047][0048]
其中i
sc
为光伏电池短路电流，id为二极管饱和电流，i
sh
为光伏电池的漏电流，i0为反向饱和电流，rs为串联等效电阻，r
sh
为并联等效电阻，u为光伏电源输出电压。
[0049]
考虑工程实用性，建立光伏电源实用型数学模型，此时光伏电源输出电流i为：
[0050][0051][0052][0053]
其中，u为光伏电源输出电压，c1为电流比例系数，c2为电流指数系数；u
oc
为开路电
压，um为最大功率电压，im为最大功率电流。pv电源输出(负载吸收)的有功功率p为：
[0054][0055]
其中，r1为负荷电阻，x1为负荷阻抗，r0为电源内阻，x0为电源内抗。
[0056]
则当x0+x1＝0时，功率可以有最大值，代入式(1-5)并求导得：
[0057][0058]
所以负载获得最大功率的条件是r1＝r0，x1＝-x0。此时负载z
l
消耗的最大有功功率为需要注意的是z0上同样消耗了相同数值的功率，最大功率传输效率为50％， z0为电源阻抗。采用干扰观测法等方法可实现最大功率点跟踪控制。
[0059]
然后建立光伏并网模型，如图3所示，光伏并网逆变器接入电网中经过滤波电感与电容，滤波电感lm电压方程为：
[0060][0061][0062]
其中，m为可控正弦调制信号，i
pv
为逆变器输出电流，v
l
为负荷电压矢量，k为电压调制系数，v
pv
为逆变器输出电压，ω为三相电气量的角频率大小，t为运行时间，为初相角，i为相位系数。忽略逆变器所接滤波电阻rm(其值很小)，则滤波电容电流方程可写为：
[0063][0064]
其中，cm为滤波电容大小，i
l
为流向负载电流大小，i
pcc
为流向并网点电流大小。
[0065]
外环控制为电压环，结合pi控制实现稳定负载电压到给定电压的功能，内环控制为电流环，提高系统动态响应能力。
[0066]
在光伏电源并网模型三相对称的时候，滤波器输出负荷电压矢量(负载侧电压) v
l
与逆变器输出电压v
pv
的传递函数如式(1-10)所示。
[0067][0068]
式中，
[0069]
考虑分布式光伏接入配电网后，当光伏采用单位功率因数控制且有功出力远大于就地负荷，并忽略无功损耗时，设电网电压为v
pcc
,则有：
[0070][0071]
式中，p
pv
表示逆变器输出有功功率，x表示系统等效电抗。
[0072]
如果想要维持并网点电压在接入光伏前后保持不变，忽略纵轴电压差增量，则所需要的发出的无功功率q
pv
大小为：
[0073][0074]
式中，q
l
表示负荷无功功率，p
l
表示负荷有功功率。
[0075]
上述步骤1)中，利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，具体为：利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度判断各集群内电压是否越限，若越限则为危险集群，反之为安全集群。
[0076]
其中，对危险集群进行就地调压：调度危险集群内有可调无功容量的逆变器，将逆变器切换为改进下垂控制模式进行就地调压。
[0077]
在本实施例中，逆变器控制中，q(u)基本控制原理如图4所示，光伏并网采用电压源型逆变器拓扑结构时，基于abc三相静止坐标系计算逆变器输出有功功率p和无功功率q分别为：
[0078][0079][0080]
其中，θi为逆变器与并网点之间阻抗功率因数角，α为逆变器输出端与并网点电压相角差，zm为线路阻抗，u
pv
为逆变器端电压，u
pcc
为并网点电压。
[0081]
以两分布式光伏并网逆变器并联为例，当线路阻抗zm主要呈现感性时：
[0082][0083][0084]
频率积分后才为相角，即：
[0085][0086]
其中，f
σ
为额定频率，α
σ
为额定功率角，xm为负荷电抗，t0为积分计算结束时间。
[0087]
对应的下垂控制表达式为：
[0088][0089][0090]
其中，pm为光伏实测输出有功功率，f为光伏实测频率，f
σ
为光伏额定频率，k
p
为有功下垂系数，kq为无功下垂系数，u
σ
为光伏额定输出电压。
[0091]
将实时测量的分布式光伏并网逆变器端三相电压电流进行派克变换，可分别得到电压电流dq轴分量，实现功率解耦计算，派克变换矩阵t
abc/dq
为：
[0092][0093]
其中ω为三相电气量的角频率大小。三相电压电流经过派克变换后得到dq轴分量分别为u
md
、u
mq
、i
md
、i
mq
，计算此时逆变器输出功率大小：
[0094]
p＝u
mdimd
+u
mqimq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-21)
[0095]
q＝u
mqimd-u
mdimq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-22)
[0096]
采用电网电压定向矢量控制，将光伏并网逆变器输出侧电流、同步旋转坐标系d 轴与电网电压矢量同步旋转，且同步旋转坐标系d轴与电网电压矢量同方向，则实现功率解
耦，在此基础上实现逆变器pq控制与下垂控制策略。
[0097]
逆变器输出瞬时功率测量后，由于高频分量变化迅速且幅度一般比较小会引起控制器不必要的频繁动作，减少其使用寿命，因此需要经过低通滤波器去除其高频分量以增强系统稳定性：
[0098][0099][0100]
其中ω
σ
为低通滤波器的截止频率。
[0101]
对于采用下垂控制的分布式光伏集群，其内部功率应按照容量分配防止逆变器过载损坏引起电压进一步波动甚至越限，当系统处于稳定运行状态时，集群内部各单元工作频率相同，即ω1＝ω2,因此根据式(1-15)、(1-18)可知，只需要集群内所有逆变器在额定有功功率下参考频率相同、下垂系数(k
1p
、k
2p
)定功率比即满足式(1-25)、(1-26)：
[0102]
ω
1σ
＝ω
2σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-25)
[0103][0104]
此时可达到逆变器输出有功功率在集群内部按照额定功率均分：
[0105]k1p
p
1m
＝k
2p
p
2m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-27)
[0106]
根据式(1-16)、(1-19)可知，在(1-28)、(1-29)成立的前提下，要实现无功功率按容量分配，即(1-30)成立的前提是容量e1＝e2。
[0107]u1σ
＝u
2σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-28)
[0108][0109]
此时可达到逆变器输出无功功率在集群内部按照额定功率均分：
[0110]k1qq1m
＝k
2qq2m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-30)
[0111]
无功电压下垂控制曲线中斜率一般较小，电压之间小扰动偏差会导致较大的无功差值，将会出现逆变器过流。在(1-28)、(1-29)成立时，集群内分布式光伏之间电压差值为：
[0112]
δu＝u
2-u1＝k
2qq2m-k
1qq1m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-31)
[0113]
将式(1-19)代入式(1-16)得
[0114][0115]
将式(1-32)代入式(1-31)得
[0116][0117]
由最终推导式(1-33)可得，在(1-28)、(1-29)成立的前提下，只有当集群内分布式光伏逆变器无功电压下垂系数控制与阻抗成反比才能保证u2＝u1,进而实现无功功率在集群内部按容量进行均分。
[0118]
本实施例中采用的改进下垂控制系数范围确定方法为：考虑分布式光伏接入虚拟阻抗实现功率按容量分配。分布式光伏集群内部下垂系数比例确定，为了选取合适的大小，
推导无功下垂控制系数：
[0119]
设集群内有n个节点，b条支路，e
vir
、e
σ
、p、q、p
l
、q
l
、u分别为虚拟并网电压、额定参考电压、各节点分布式光伏/储能输出的有功功率、各节点分布式光伏输出的无功功率、有功负荷、无功负荷、各节点电压矩阵，e0为额定电压矩阵，rm、xm、 kq分别为虚拟电阻、虚拟电抗、无功下垂系数n
×
n对角阵，ub、pb、qb分别为线路压降、传输有功、传输无功矩阵。rb、xb为线路电阻、电抗矩阵，m为节支关联矩阵。
[0120]
其中q’为无功功率在集群内部按容量分配时各分布式pv输出无功功率大小。各分布式光伏电源虚拟输出电压为：
[0121]evir
＝e
σ-kqq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-34)
[0122]
集群内各节点端电压为：
[0123][0124]
支路上电压降落为：
[0125][0126]
由基尔霍夫电流定律，有：
[0127]
ub＝m
tuꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-37)
[0128]
各节点潮流平衡方程，有：
[0129]
pb＝m
t
(p-p
l
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-38)
[0130]
qb＝m
t
(q-q
l
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-39)
[0131]
由式(1-34)—式(1-39)可得：
[0132]
[m(e0kq+xm)+xbm
t
]q＝e0m
teσ-(m
trm
+rbm
t
)p+rbm
t
p
l
+xbm
tql
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-40)
[0133][0134]
根据前面分析可知，有功可实现按容量分配，则有：
[0135]
p＝ke1×np
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-41)
[0136][0137]
又由于一般情况下分布式电源有功与无功承担比例相同，则有：
[0138]
q’＝ke1×
nql
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-43)
[0139]
电网实际运行时无功功率矩阵方程为：
[0140]
q＝q’+δq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-44)
[0141]ql
q＝q’+δq
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-45)
[0142]
又由于：
[0143][0144]
则式(1-40)可表示为：
[0145]
[m(e0kq+xm)+xbm
t
]q
[0146]
＝(m
t
xm+xbm
t
)q
’‑
[(m
trm
+rbm
t
)ke1×
n-rbm
t
]p
l
+xbm
tql
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-47)
[0147][0148]
由式(1-43)-式(1-47)，代入微网集群的系统参数，便可确定出下垂系数的选择范围。
[0149]
上述步骤1)中，集群电压偏差度的确定，包括以下步骤：
[0150]
1.1)基于集群划分结果得到各个光伏集群微网；
[0151]
1.2)对于集群内各节点，计算各节点对于主导节点的无功电压灵敏度大小；
[0152]
1.3)根据集群内节点数和无功电压灵敏度计算得到各集群电压偏差度。
[0153]
其中，电压偏差度为：
[0154][0155]
式中，m
θ
为集群电压偏差度；n为集群内节点数；ui为i节点实时运行电压，s
iθ
为节点i对于主导节点θ的无功电压灵敏度系数，u
min
为集群内各节点端电压最小值， u
max
为集群内各节点端电压最大值。
[0156]
在本实施例中，计算集群与集群之间、各节点之间的无功电压灵敏度关系，把集群内所有节点电压输入到集群控制系统中，得到各个集群电压偏差度，从而得到各个集群的运行控制模式以及对应模式下系统参数。
[0157]
上述步骤1.1)中，集群划分方法包括以下步骤：
[0158]
确定模块度指标：集群结构的强度通常由集群的外部特征来解释，如内部关联程度、集群之间的关联程度、集群的数量、集群规模的规模、集群逻辑的合理性。模块化指标可以量化地描述群落的外部特征。模块度指标量化了社区的结构强度，并决定了每个分区之间的最佳分区数量，定义如下：
[0159][0160]
式中a
ij
表示节点i与节点j的边的权重大小，∑
jaij
为所有与节点i相连的边的权重之和，如果i节点与j节点分到同一集群内，则δ(i,j)值为1，否则为0.模块度接近1的水平反映了集群内节点的联系紧密度。
[0161]
确定电气距离：节点的电气关系相比空间距离意义更大，因此选取电气距离作为加权邻接矩阵的计算模块度指标，同时衡量划分集群的结构性能与电气联系的强度。工程实践中，为了简化得到电气距离方法，常采用节点阻抗矩阵来表示电气距离矩阵。本发明所提到的集群划分方法中，对于接地点之间电气距离仍用阻抗矩阵来表示,但采用二端口网络输入阻抗z
ij
′
表示非接地点的电气距离：
[0162]zij
′
＝z
ii
+z
jj-2z
ij
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2-2)
[0163]
上述步骤1.2)中，主导节点为：选择集群主导节点主要依据节点电压的监测和控制。也就是说，所选的集群优势节点既要具有可观测性，又要具有可控性。根据集群主导节点的特点，计算分布式电源集群中所有节点的综合灵敏度s，s值最大的为主导节点：
[0164]
maxs＝max(v+dc)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2-4)
[0165]
其中v表示节点的可观性，c表示节点的可控性,d为权重系数。
[0166][0167]
[0168]
其中n为集群内所有节点的集合，为节点j对节点i的节点电压灵敏度，n为集群内接有分布式光伏/储能设备的可控节点集合，为节点i电压幅值相对于节点 j注入无功功率的无功电压灵敏度。
[0169]
上述步骤3)中，总无功量为：
[0170][0171]
式中，δqj为安全集群内光伏逆变器增发总无功量；s
ij
为安全集群主导节点j与危险集群主导节点i之间的无功-电压灵敏度因子，u
min
为集群内各节点端电压最小值，u
max
为集群内各节点端电压最大值，ui为i节点实时运行电压。
[0172]
上述步骤3)中，基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率，包括以下步骤：
[0173]
3.1)建立各集群之间与各节点之间的有功/无功电压灵敏度矩阵；
[0174]
在本实施例中，由电力系统负载潮流雅克比矩阵知，配电网中潮流计算满足如下方程：
[0175][0176]
上式进行矩阵变换有：
[0177][0178]
有功/无功电压灵敏度矩阵为：
[0179][0180][0181]
3.2)根据节点有功/无功电压灵敏度矩阵得到节点电压幅值变化量与功率变化关系，得到节点的实时电压与电压额定值之间差值δu；
[0182]
在本实施例中，根据节点有功/无功电压灵敏度矩阵可知，集群内n个节点含有分布式光伏/储能时，节点电压幅值变化量与功率变化关系矩阵为：
[0183]
δu＝s
up
δp+s
uq
δq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3-5)
[0184]
集群内各节点的电压vi不仅受到自身功率变化的影响,而且还受其他节点注入有功功率和无功功率的大小影响：
[0185][0186]
3.3)根据节点的实时电压与额定值之间差值计算得到各节点光伏无功变化量，由各节点光伏无功变化量k和无功-电压灵敏度因子得到集群内各分布式光伏电源发出的无功功率，实现将总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率。
[0187]
在本实施例中，由式(3-1)可知，改变分布式光伏输出无功改变本集群或其他集群的电压，且不同位置接入分布式光伏输出功率改变对同一点电压幅值变化影响大小不一。
为了计算各节点光伏无功变化量k，需要根据集群内各节点无功电压灵敏度关系合理分配其功率大小。已知节点a的实时电压与额定值之间差值为δu时有：
[0188][0189]
其中，为无功-电压灵敏度系数。
[0190]
则计算集群内各分布式光伏电源发出无功功率为：
[0191][0192]
式中εi为一个布尔量，当集群内节点i接有分布式光伏电源并且存在可调功率时，其值为1，否则为0。
[0193]
实施例：
[0194]
采用matlab/simulink搭建如图所示ieee33节点含高比例分布式光伏配电网模型，机组型号相同，如图5所示。分布式光伏通过变压器(311v/12.66kv)连接到配电网中，其中节点1为配电网接入大电网的并网点。
[0195]
集群与节点定义如下：本实施例中所考虑的节点为配电网的各个汇流母线，算例中的节点为ieee33节点中的33个母线，另外本实施例所指集群特指含有分布式光伏接入的配电网在集群划分后的各个集群微网，并且算例中各集群为图5虚线框中的多个节点组成的各微网系统。
[0196]
利用电气距离集群划分算法，基于ieee33节点配电网系统分区的分群结果如表1 所示。
[0197]
表1分群结果
[0198][0199]
在未接入光伏系统时，若设置并网点电压为额定电压12.66kv，得到如图6所示 ieee33节点电压图。
[0200]
搭建分布式光伏电源经逆变器并网模型，其中包括采用pq功率解耦控制的光伏电源与采用适用于并网点电压的改进下垂控制的光伏电源模型。前者设置短时间内辐照度不变，即p不变，改变无功使得分布式光伏参与集群与集群之间/集群内调压。后者设置在0.02s时刻并网点电压升高。
[0201]
由图7a至图7d所示，可知功率解耦控制模式下，在有功输出不变时单独改变无功输出大小参与调压时，不影响有功输出大小，实现解耦控制，q(u)控制模式下，监测点电压升高时，自动降低输出无功大小参与调压，能减少电压波动并有效调节本地电压接近额定电压。
[0202]
计算某节点单位无功改变引发其他节点电压变化，即无功电压灵敏度，生成如图 8所示灵敏度因子图，x轴为单位无功改变节点，y轴为电压改变节点，z轴为改变单位无功后相应节点电压增高的标幺值。
[0203]
通过计算，对于含有分布式光伏的集群根据集群电压偏差度所采取的控制模式分别为：含20、22所接入光伏集群5集群电压偏差度在稳定裕度内，集群电压偏差度大小为0.005348，可采用pq控制参与电网调压，而且集群5内20、22节点所接光伏仍有无功裕度，由各集群无功电压灵敏度关系可知，20、22节点增发无功时，危险集群 3、4、7电压增大，验证集群与集群之间协调配合合理性。其他安全集群采取同样方法即可参与电网级电压调控。
[0204]
含有31节点的光伏集群7集群电压偏差度较大，集群电压偏差度大小为0.0533，采用基于虚拟阻抗的改进下垂控制，集群内光伏参与调压。含有14、16节点的光伏集群3集群电压偏差度较大，集群电压偏差度大小为0.0606，采用基于虚拟阻抗的改进下垂控制，光伏参与调压。含有18节点的光伏集群4集群电压偏差度较大，集群电压偏差度大小为0.0647，采用基于虚拟阻抗的改进下垂控制，光伏参与调压。对比基于集群的pq控制方法，各方法优化前后系统电压大小如图9所示。
[0205]
由图9可以看出常规的pq控制方法下，集群3仍越限，电压偏差度为0.0506，而采用本文所提出的集群电压控制方法使得配网电压恢复水平明显，经计算各集群恢复至安全的电压偏差度水平内，均降低到0.05以下，说明其有较好的电压调节能力，验证了本文所提的基于集群电压偏差度的调压控制方法的合理性。
[0206]
本发明在配电网结构复杂节点数众多时，单一电网级控制需要处理数据巨大，难以满足实时性控制要求且数据处理效率低，难以达到需要的控制效果，单一场站级控制仅仅能根据就地信息就行调控，难以最大化各节点电压协调配合，因此集群级作为一种综合方法电压控制效果得到显著提升，首先根据改进电气距离对实际含分布式光伏的配网进行集群划分。对并网逆变器控制模式设置为可根据电压越限水平自动切换。然后根据各集群的集群电压偏差度指标评估各集群电压越限水平，基于各节点之间的无功电压灵敏度矩阵选择各集群主导节点并计算集群之间电压灵敏度关系。最后对各集群内分布式光伏逆变器采用基于集群电压偏差度的电压控制模式进而实现电网电压稳定。其中集群电压偏差度度电压控制模式为：在某个集群出现电压偏差度超过所设阈值的情况时即为危险集群，该集群优先采用改进q(u)模式就地电压控制；其他电压偏差度在阈值安全范围内的安全集群，选取各集群内主导节点与危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发
△
q，然后再返回判定危险集群是否进入安全域，若没有则再选择安全集群配合调压。其中安全集群内无功分配准则为存在可调无功容量的逆变器之间按照灵敏度因子大小按比例进行分配。该方法对电网电压控制进行了简化，避免了处理配网各节点的大量数据而增加的工作量与降低了电压控制的实时有效性。同时通过对各集群采用不同的控制模式，具有更强针对性与适应性，且考虑集群与集群之间的协调控制，使电网电压更快速地稳定在安全范围内。
[0207]
综上，本发明基于电压电流双闭环控制，对并网逆变器采用改进下垂控制与pq控制模式切换，建立分布式光伏电源接入配网模型。然后利用集群划分结果和各集群的电压偏差水平指标评估各集群电压越限的风险，建立各集群之间与各节点之间的无功电压灵敏度矩阵。最后对各集群内分布式光伏逆变器采用电压自适应控制模式进而实现电网电压稳定。通过算例仿真，结果表明所采取的集群电压支撑方法能够有效适应调节电网运行电压，从而验证了该方法的有效性。
[0208]
在本发明的一个实施例中，提供一种分布式光伏多集群电压控制系统，其包括：
[0209]
初级划分模块，利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对危险集群进行就地调压；
[0210]
集群确定模块，就地调压失效，则计算各集群之间无功-电压灵敏度因子，根据无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；
[0211]
功率分配模块，选取各集群内主导节点与危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；
[0212]
检测模块，循环检测各集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
[0213]
本实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
[0214]
本发明一实施例中提供的一种计算设备结构，该计算设备可以是终端，其可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)、显示屏和输入装置。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。该处理器用于提供计算和控制能力。该存储器包括非易失性存储介质、内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现一种控制方法；该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、管理商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如下方法：利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对危险集群进行就地调压；就地调压失效，则计算各集群之间无功-电压灵敏度因子，根据无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；选取各集群内主导节点与危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；循环检测各集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
[0215]
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得
一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random accessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0216]
本领域技术人员可以理解，上述计算机设备的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算设备的限定，具体的计算设备可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0217]
在本发明的一个实施例中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对危险集群进行就地调压；就地调压失效，则计算各集群之间无功-电压灵敏度因子，根据无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；选取各集群内主导节点与危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；循环检测各集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
[0218]
在本发明的一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法，例如包括：利用集群划分结果和各集群的集群电压偏差度初步确定安全集群和危险集群，并对危险集群进行就地调压；就地调压失效，则计算各集群之间无功-电压灵敏度因子，根据无功-电压灵敏度因子重新确定安全集群和危险集群；选取各集群内主导节点与危险集群主导节点之间的灵敏度因子最大的安全集群，使该安全集群内逆变器增发总无功量
△
q，并基于该总无功量向集群内各分布式光伏电源分配无功功率；循环检测各集群电压偏差度，若仍处于危险集群，则重新确定安全集群，反之则各集群电压在安全裕度内，实现电网级电压稳定的控制。
[0219]
上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
[0220]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0221]
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。
[0222]
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。
[0223]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。