基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法技术

本发明专利技术针对现有技术中尚无一种较好的有源配电网集群划分方法，目前基于有源配电网系统的集群划分尚处于探索阶段的问题，提供一种基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法。该方法，包括：以有源配电网系统中节点之间的等效阻抗为量化的参数表征节点之间的电气距离；依据节点之间的电气距离，对有源配电网系统中的节点进行集群划分；将所有集群划分方式中，集群内节点之间的电气距离最小、集群间节点之间的电气距离最大的集群划分方式，认定为最优集群划分方式。本发明专利技术提出采用等效阻抗作为计算电气距离的量化参数，然后基于K‑means算法进行了集群划分，最后建立多目标的目标函数来判断集群划分的优劣，给出最有效的集群划分结果。

【技术实现步骤摘要】
基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法
本专利技术涉及分布式可再生能源与有源配电网相关
，具体地说，涉及一种基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法。
技术介绍
随着分布式可再生能源的大量接入，配电网的规划和运行面临着新的问题与挑战。大规模分布式可再生能源与配电网的联合运行，给电压合格率、稳定性、供电可靠性、电能质量、继电保护等方面带来挑战。目前对分布式电源及有源配电网的研究多以工业园区、海岛，实验平台为研究对象，规模较小，结构相对简单，亟待深入研究大规模高渗透率分布式电源的消纳与优化运行。为了提高可再生能源集群的消纳比例和调度运行效率，需要将有源配电网系统划分为不同的集群，并在相应的关键节点上配置储能和智能测控装置。现有技术中，一种方式为，根据节点的“介数”或支路的“介数”来衡量该节点或支路的关键性，并将系统划分成不同“区块”。该种方法忽略了支路阻抗的影响，所得结论往往与实际相差较大，只具参考价值。另一种方式为，使用等值导纳作为电气距离的量化参数，依据人工神经网络将系统划分为各个“子群”。该种方法采用的是等值导纳作为量化参数，距离矩阵为稀疏矩阵，绝大多数参数为0，并不能全面反应某节点和整个系统的电气关系。总之，现有技术中尚无一种较好的有源配电网集群划分方法，目前基于有源配电网系统的集群划分尚处于探索阶段。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中尚无一种较好的有源配电网集群划分方法，目前基于有源配电网系统的集群划分尚处于探索阶段的问题，提供一种基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法。本专利技术所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：一种基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于，包括：以有源配电网系统中节点之间的等效阻抗最为量化的参数表征节点之间的电气距离；依据节点之间的电气距离，对有源配电网系统中的节点进行集群划分；将所有集群划分方式中，集群内节点之间的电气距离最小、集群间节点之间的电气距离最大的集群划分方式，认定为最优集群划分方式。本专利技术中，对有源配电网系统中的节点采用基于划分的聚类算法进行集群划分。本专利技术中，对有源配电网系统中的节点采用K-means算法进行集群划分。本专利技术中，计算每个节点与其余节点之间的总电气距离，将总电气距离较小的节点作为集群划分时的聚类中心节点。本专利技术中，认定最优集群划分方式，包括：建立集群内部关联度指标，用于表征集群内某一节点与集群内其余节点的电气距离的大小；建立集群间关联度指标，用于表征集群内某一节点与集群外节点的电气距离的大小；建立综合评价指标，用于表征集群划分的优劣，所述综合评价指标至少通过对所述集群内部关联度指标和集群间关联度指标分别设置权值获取。所述综合评价指标其中，ECI为集群内部关联度指标，为所有节点集群内部关联度指标的平均值，α为集群内部关联度指标的权值；BCCI为集群间关联度指标，为所有节点集群间关联度指标的平均值，β为集群间关联度指标的权值。所述ECI和BCCI为：其中，i是节点编号，n为总节点数，Mi代表节点i所在的集群，eij表示节点i与节点j之间的电气距离，表示节点i与集群内其余节点的电气距离之和，表示节点i与所有节点的电气距离之和；其中，i是节点编号，n为总节点数，Mi代表节点i所在的集群，eij表示节点i与节点j之间的电气距离，表示节点i与集群外各节点的电气距离之和，表示节点i与所有节点的电气距离之和。本专利技术中，进一步包括集群规模指标CCI，用于表征某一集群内节点数目和期望之间的偏差程度，所述综合评价指标修正为：其中，为所有集群的集群规模指标的平均值，χ为集群规模指标的权值。所述集群规模指标CCI，满足：σ＝wIn(n)其中，s表示集群内实际的节点数，s*表示集群内期望的节点数，p*是所期望划分的集群数目，w为惩罚因子。所述惩罚因子w为0.05至0.3。本专利技术中，进一步包括集群内部连接性指标CC，用于表征集群内节点之间的电气连接关系，当集群内部的节点与该集群内其余节点都没有直接的电气连接，此时CC＝0，否则CC＝1。综上所述，综合评价指标修正为：本专利技术的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，提供了一种含分布式可再生能源配电网集群划分原则与方法，提出采用等效阻抗作为计算电气距离的量化参数，然后基于K-means算法对IEEE33标准节点系统和安徽金寨县10kV熊家河04线节点系统进行了集群划分，最后建立多目标的目标函数来判断集群划分的优劣，给出最有效的集群划分结果。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为IEEE33节点系统拓扑图。图2为标准化后的IEEE33节点系统节点总电气距离示意图。图3为金寨县35kV全军变典型日的负荷功率情况。图4为熊家河04线电气拓扑图。图5为标准化后熊家河04线节点系统节点总电气距离示意图。图6为熊家河04线节点系统集群划分效果图。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。本专利技术的主旨在于，通过对现有有源配电网系统划分为不同的集群方式的分析，发现现有技术中尚无一种较好的有源配电网集群划分方法，目前基于有源配电网系统的集群划分尚处于探索阶段的问题，通过本专利技术提供一种基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法及相关测试方法以解决上述问题。由于可再生能源渗透率的不断增加，为了达到在县域或城区配电网范围内的分布式电源合理规划和并网消纳，考虑采用集群的方法实现不同区域内分布式电源和负荷的最佳匹配。本专利技术基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，以节点之间的电气距离为基础，以电压等级为参考，进行合理的集群划分。进行集群划分之前应首先确定集群划分的量化参数，本专利技术的基础是以有源配电网系统中节点之间的等效阻抗来表征节点之间的电气距离。已知V＝ZI(1)展开为其中Zij(i≠j)代表节点i和节点j之间的等效阻抗，在节点i处注入单位电流，使其他节点全部开路，电流只能从节点j流出，即令而(j＝1,2,…，n，j≠i)则根据式(2)，有此时，等效阻抗等于节点i和j之间的电压差。此处的电气距离只考虑2个节点之间的电气关系而忽略其他节点。节点之间的电气距离越小，说明节点间耦合程度越高。令eij＝Zij，令其作为节点之间的电气距离的量化参数，以此为基础进行集群划分。实际上，在本专利技术中对有源配电网系统节点进行集群划分，只要还是依据节点之间的电气距离，如何进行集群划分是本专利技术需要解决的核心问题，针对有源配电网系统的集群划分，所有集群划分方式中，使得集群内节点之间的电气距离最小、集群间节点之间的电气距离最大的集群划分方式，可以认定为最优集群划分方式。这是因为，此时该节点仅与集群内部的节点有紧密联系，而与集群外部节点无电气上的紧密联系。那么，从实质上来说，采用基于划分的聚类算法对有源配电网系统节点进行集群划分是一种较好的划分方式，较好的是采用聚类分析的方式进行集群划分，例如现有技术中的K-means、K-medoids、K-modes、K-medians、KernelK-means等聚类算法都可以用于本专利技术对有源配电网系统节点进行集群划分。为了便于说明本专利技术的技术方案，以下以采用K-means算法对有源配电网系统中的节点进行集群划分进行示例性说明。K-means算本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于，包括：以有源配电网系统中节点之间的等效阻抗为量化的参数表征节点之间的电气距离；依据节点之间的电气距离，对有源配电网系统中的节点进行集群划分；将所有集群划分方式中，集群内节点之间的电气距离最小、集群间节点之间的电气距离最大的集群划分方式，认定为最优集群划分方式。

【技术特征摘要】
1.基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于，包括：以有源配电网系统中节点之间的等效阻抗为量化的参数表征节点之间的电气距离；依据节点之间的电气距离，对有源配电网系统中的节点进行集群划分；将所有集群划分方式中，集群内节点之间的电气距离最小、集群间节点之间的电气距离最大的集群划分方式，认定为最优集群划分方式。2.根据权利要求1所述的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于：对有源配电网系统中的节点采用基于划分的聚类算法进行集群划分。3.根据权利要求2所述的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于：对有源配电网系统中的节点采用K-means算法进行集群划分。4.根据权利要求3所述的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于：计算每个节点与其余节点之间的总电气距离，将总电气距离较小的节点作为集群划分时的聚类中心节点。5.根据权利要求1至4任一所述的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于：认定最优集群划分方式，包括：建立集群内部关联度指标，用于表征集群内某一节点与集群内其余节点的电气距离的大小；建立集群间关联度指标，用于表征集群内某一节点与集群外节点的电气距离的大小；建立综合评价指标，用于表征集群划分的优劣，所述综合评价指标至少通过对所述集群内部关联度指标和集群间关联度指标分别设置权值获取。6.根据权利要求5所述的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于：所述综合评价指标其中，ECI为集群内部关联度指标，为所有节点集群内部关联度指标的平均值，α为集群内部关联度指标的权值；BCCI为集群间关联度指标，为所有节点集群间关联度指标的平均值，β为集群间关联度指标的权值。7.根据权利要求6所述的基于等效阻抗的有源配电网集群划分方法，其特征在于：所述ECI和BCCI为：其中，i是节点编号，n为总节点数...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁津津，金炜，王刘芳，李伟，徐斌，骆晨，高博，盛万兴，吴鸣，李洋，
申请(专利权)人：国网安徽省电力公司电力科学研究院，国网安徽省电力公司，中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34