一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，涉及大规模配电网分区技术领域，根据局部灵敏度计算，结合配电网线路导纳参数，计算节点间电压灵敏度矩阵，推导电气距离；然后将电气距离作为配电网络拓扑的边权重，结合模块度的概念使用Louvain算法得到初步分区结果；接着根据分区数目约束选择流动法或分层流动法进行子区域合并，得到非重叠分区结果；最后根据分布式算法需求可对上述非重叠分区结果基于最大信息交互原则进行重叠分区，本发明专利技术不仅解决了三相不平衡对分区的影响，而且加快了分区算法的速度，且在分区效果、分区稳定性上更有优势。分区稳定性上更有优势。分区稳定性上更有优势。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法


[0001]本专利技术属于大规模配电网分区
，具体涉及一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法。

技术介绍

[0002]社区发现算法为配电网分区算法提供了一个很好的思路。文献[肖传亮,赵波,周金辉,等.配电网中基于网络分区的高比例分布式光伏集群电压控制[J].电力系统自动化,2017,,41(21):147
–
155.]提出了基于无功/有功电压灵敏度的分区方法，并使用改进的模块度方法与社区发现算法进行分区。该方法确实得到了内部电气耦合紧密的分区结果，但其分区数目、子区域规模均不可控，在大规模配电网中难以得到有效的运用。文献[Network Partition
‑
Based Zonal Voltage Control for Distribution Networks With Distributed PV Systems]提出一种同样基于电压/无功灵敏度矩阵和社区发现算法的分区方法，同时利用贪婪算法获得子区域间规模相似的分区结果。但贪婪算法容易陷入局部最优，且基于有功或无功的灵敏度方法都依赖于潮流结果，无法作用于三相不平衡的算例中。
[0003]另一方面，针对三相不平衡的配电网分区方法也已经开始有了一些研究。文献[Community
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detection
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based approach to distribution networkpartition]提出了一种基于电压/导纳矩阵的灵敏度计算方法，该方法与潮流解耦，但是灵敏度计算结果与电气距离大小并不成正比，该方法后续通过社区发现
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贪心
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禁忌搜索算法获得规模相似的子区域，但是过多次使用启发式算法会导致分区结果的不稳定性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，方法包括以下步骤：
[0006]基于局部灵敏度计算方法，结合现实给定的配电网线路导纳参数，计算节点间电压灵敏度矩阵，来推导节点电气距离；
[0007]将节点电气距离作为网络拓扑中节点间边的权重，基于社区发现算法中计算效率高的Louvain算法获得网络初步分区结果；
[0008]利用获得的网络初步分区结果根据网络规模确定分区总数，并在分区总数基础上使用流动法或分层流动法对网络进行子区域合并，通过分支限界法求解并输出与子区域规模相似的非重叠分区结果；
[0009]根据后续分布式算法需求，若对区域进行重叠划分，则在非重叠分区结果的基础上，基于网络拓扑节点的度最大原则，即最大信息交互原则，生成重叠分区结果。
[0010]优选地，所述局部灵敏度计算方法包括：
[0011][0012]式中，为i节点p相电压幅值，为j节点q相注入电流幅值，其中，p,q∈{a,b,c}，节点注入电流由节点电压与节点导纳矩阵中元素得到：
[0013][0014]式中，Y
ijpq
表示i节点p相与j节点q相间的导纳值；i节点p相和j节点q相的灵敏度表达式通过阻抗矩阵表示：
[0015][0016]3、根据权利要求1所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述节点电气距离的计算方法包括：
[0017][0018]式中，d
ij
表示i节点与j节点间电气距离的大小；根据公式(4)，代表节点电气距离与灵敏度的正相关特性，两节点间的电气耦合程度越高，节点电气距离越大，而对于没有线路直接相连的两节点，则节点电气距离为0。
[0019]优选地，所述将节点电气距离作为网络拓扑中节点间边的权重，基于社区发现算法中计算效率高的Louvain算法获得网络初步分区结果的过程包括：
[0020]根据模块度准则，使用Louvain算法进行初步分区，所述模块度概念如下：
[0021][0022]式中，A表示配电网拓扑的邻接矩阵，A
ij
即为节点i和j的连接关系，相邻则为1，不相邻则为0；C表示社区；P为网络中社区的集合；c
i
表示i顶点所属的社区；δ(c
i
,c
j
)表示若i、j顶点属于同个社区，则取1，否则为0；k
i
和k
j
为顶点的度，分别表示与点i或者点j相连的所有边的权重之和，m为网络中所有边的权重之和；函数δ，变量u、v均为对应于c
i
、c
j
的计算中间量。
[0023]优选地，所述Louvain算法流程包括以下步骤：
[0024]将每个顶点都视作一个初始子社区；
[0025]对于每一个单一的节点，将节点所在的社区中提取节点，再依次加入到与节点自
身相邻的节点所在的社区中，并分别计算其在不同社区中的模块度增益ΔQ，若此时的最大的ΔQ≤0，则将节点放回原来的社区中，若此时最大的ΔQ＞0，则将该节点放入到增益最大的社区中；
[0026]重复以上步骤，直到每次对模块度增益进行计算时，模块度增益均小于或等于零；
[0027]所述模块度增益ΔQ计算方法如下：
[0028][0029]式中，∑in是社区内部边权重之和；∑out是所有社区内部节点相连的权之和；K
i,in
是节点i和社区C之间的权之和，所述节点间电气距离的大小作为各边的权重。
[0030]优选地，所述根据网络规模确定分区总数的方法如下：
[0031]max(N
min
,N
F
‑
2)≤N≤min(N
max
,N
F
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0032]式中，N
F
为理论最大分区数目，取经验值为其中n为网络节点数；N
min
为网络分区最小值，取2；N
max
为网络分区最大值，配电网中含有量测的节点数目加1；在分区数目选取时，当N大于6时，选取可进行整数分解的分区总数，若均可整数分解，则选取整数分解后各分解值更接近的分区数目N；而当N较小且不需要选取分层流动法时，取所有符合约束的候选值的中位数。
[0033]优选地，所述流动法或分层流动法的方法如下：
[0034]根据网络初步分区结果，将各分区视作新节点，新节点的权重就是各原分区所包含的原节点的数目；同时，根据原各节点的网络拓扑，新节点将继承其中各原节点所有的连接关系，从而生成了新的无向图(G,ω)且G＝(V,E)，其中G表示新无向图，ω是顶点权重集，V表示顶点集，E表示边权重集；
[0035]对于所需使用流动法或分层流动法进行合并分区的无向图(G,ω)且G＝(V,E)，需构造新的有向图D，构造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，方法包括以下步骤：基于局部灵敏度计算方法，结合现实给定的配电网线路导纳参数，计算节点间电压灵敏度矩阵，来推导节点电气距离；将节点电气距离作为网络拓扑中节点间边的权重，基于社区发现算法中计算效率高的Louvain算法获得网络初步分区结果；利用获得的网络初步分区结果根据网络规模确定分区总数，并在分区总数基础上使用流动法或分层流动法对网络进行子区域合并，通过分支限界法求解并输出与子区域规模相似的非重叠分区结果；根据后续分布式算法需求，若对区域进行重叠划分，则在非重叠分区结果的基础上，基于网络拓扑节点的度最大原则，即最大信息交互原则，生成重叠分区结果。2.根据权利要求1所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述局部灵敏度计算方法包括：式中，为i节点p相电压幅值，为j节点q相注入电流幅值，其中，p,q∈{a,b,c}，节点注入电流由节点电压与节点导纳矩阵中元素得到：式中，表示i节点p相与j节点q相间的导纳值；i节点p相和j节点q相的灵敏度表达式通过阻抗矩阵表示：3.根据权利要求1所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述节点电气距离的计算方法包括：式中，d
ij
表示i节点与j节点间电气距离的大小；根据公式(4)，代表节点电气距离与灵敏度的正相关特性，两节点间的电气耦合程度越高，节点电气距离越大，而对于没有线路直接相连的两节点，则节点电气距离为0。4.根据权利要求1所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述将节点电气距离作为网络拓扑中节点间边的权重，基于社区发现算法中计算效率高的Louvain算法获得网络初步分区结果的过程包括：根据模块度准则，使用Louvain算法进行初步分区，所述模块度概念如下：
式中，A表示配电网拓扑的邻接矩阵，A
ij
即为节点i和j的连接关系，相邻则为1，不相邻则为0；C表示社区；P为网络中社区的集合；c
i
表示i顶点所属的社区；δ(c
i
,c
j
)表示若i、j顶点属于同个社区，则取1，否则为0；k
i
和k
j
为顶点的度，分别表示与点i或者点j相连的所有边的权重之和，m为网络中所有边的权重之和；函数δ，变量u、v均为对应于c
i
、c
j
的计算中间量。5.根据权利要求4所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述Louvain算法流程包括以下步骤：将每个顶点都视作一个初始子社区；对于每一个单一的节点，将节点所在的社区中提取节点，再依次加入到与节点自身相邻的节点所在的社区中，并分别计算其在不同社区中的模块度增益ΔQ，若此时的最大的ΔQ≤0，则将节点放回原来的社区中，若此时最大的ΔQ＞0，则将节点放入到增益最大的社区中；重复以上步骤，直到每次对模块度增益进行计算时，模块度增益均小于或等于零；所述模块度增益ΔQ计算方法如下：式中，∑in是社区内部边权重之和；∑out是所有社区内部节点相连的权之和；K
i,in
是节点i和社区C之间的权之和，所述节点间电气距离的大小作为各边的权重。6.根据权利要求1所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述根据网络规模确定分区总数的方法如下：max(N
min
,N
F
‑
2)≤N≤min(N
max
,N
F
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中，N
F
为理论最大分区数目，取经验值为其中n为网络节点数；N
min
为网络分区最小值，取2；N
max
为网络分区最大值，配电网中含有量测的节点数目加1；在分区数目选取时，当N大于6时，选取可进行整数分解的分区总数，若均可整数分解，则选取整数分解后各分解值更接近的分区数目N；而当N较小且不需要选取分层流动法时，取所有符合约束的候选值的中位数。7.根据权利要求1所述的一种考虑三相功率不平衡的配电网优化分区方法，其特征在于，所述流动法或分层流动法的方法如下：根据网络初步分区结果，将各分区视作新节点，新节点的权重就是各原分区所包含的原节点的数目；同时，根据原各节点的网络拓扑，新节点将继承其中各原节...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴在军，葛佳成，徐俊俊，徐东亮，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：