本發(fā)明涉及一種基于模塊化指數(shù)和區(qū)域電壓調節(jié)能力的分布式光伏發(fā)電集群劃分方法。
背景技術：
隨著分布式光伏發(fā)電在配電網中滲透率的提高，配電網穩(wěn)定運行面臨諸多挑戰(zhàn)，其中潮流倒送和電壓越限問題尤為嚴重。過電壓不僅限制了配電網接納分布式光伏滲透率的能力，而且嚴重威脅到配電網的安全穩(wěn)定運行。目前，在一些地區(qū)的配電網中接入了大量的分布式光伏，使得當?shù)嘏潆娋W運行中面臨的調壓問題日趨嚴重。
目前的電壓控制方式主要分為三大類：集中控制方式，以全局優(yōu)化為目標，但投資成本高、通訊負擔重；就地控制方式，具有快響應速度和低投資成本優(yōu)勢，但調壓能力有限；分布式控制方式，通過區(qū)域協(xié)調，改善了電壓調節(jié)能力和投資成本，但是優(yōu)化效果有限。
針對上述不足，將分布式光伏發(fā)電進行集群劃分，以此為基礎進行電壓控制，能夠通過分群自治和群間協(xié)調綜合集中控制、就地控制和分布式控制的優(yōu)勢，具有巨大潛力。針對集群劃分控制，現(xiàn)有集群劃分指標主要有以下兩種：
(1)多屬性集群綜合性能指標，利用分區(qū)算法能夠確定最優(yōu)分區(qū)方案。但是這一指標中未考慮節(jié)點間的電壓功率耦合關系。
(2)基于社團檢測算法，改進模塊化指標，考慮無功電壓靈敏度和區(qū)域無功平衡度。但是該指標忽略有功功率對節(jié)點電壓的影響。
此外，上述集群劃分方式都缺乏區(qū)域電壓調控能力和調控成本的考慮，因而集群劃分的合理性不足，集群控制效果有限。
技術實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，結合分布式光伏特點，提出一種分布式光伏發(fā)電集群劃分方法，采用本發(fā)明的集群劃分方法進行全局電壓快速，可以能夠充分考慮電氣距離和區(qū)域電壓可控能力，有效降低電壓控制成本。本發(fā)明的技術方案如下：
一種基于模塊化指數(shù)的分布式光伏集群劃分方法，包括如下步驟：
(1)設τ為權重系數(shù)，τ/(1-τ)表征有功參與電壓調節(jié)和單純利用無功補償?shù)谋壤瑂vp和svq分別為節(jié)點間的有功和無功電壓靈敏度矩陣，計算節(jié)點i和j之間電氣距離
(2)計算節(jié)點間鄰接矩陣：節(jié)點間的鄰接矩陣aij為節(jié)點間電氣距離eij的函數(shù)，aij＝1-eij/maxeij，其值位于[0,1]之間；
(3)計算節(jié)點的度：ki＝∑jaij，為節(jié)點i的度，m＝∑i∑jaij/2，為所有節(jié)點權重之和的一半；
(4)計算模塊化指數(shù)：模塊化指數(shù)ρ0是群內關聯(lián)度和群間關聯(lián)度綜合指標，ρ0能夠保證群內節(jié)點間的強電氣聯(lián)系，
(5)計算集群內無功資源對過電壓的解決能力：
其中，δvi為集群k內電壓最高節(jié)點i的電壓越上限量，電壓不越限時其值為0，ql(j)為節(jié)點j的無功裕度；
(6)計算集群內儲能對剩余過電壓的解決能力；
其中，δvi為集群k內電壓最高節(jié)點i的電壓越上限量，電壓不越限時其值為0，pinj(j)為節(jié)點j的儲能吸收有功功率裕度；
(7)計算集群內光伏對剩余過電壓的解決能力：
其中，δvi為集群k內電壓最高節(jié)點i的電壓越上限量，電壓不越限時其值為0，pdec(j)為節(jié)點j的可控光伏的有功最大縮減量，當無功補償和儲能調壓能力不足，縮減可控光伏的有功依舊不能消除過電壓時，
(8)計算集群調壓能力指標：對于集群ci，集群調壓能力指標如下：
(9)計算基于模塊化指數(shù)和區(qū)域電壓調節(jié)能力的分布式光伏發(fā)電集群綜合性能指標如下：
集群性能指標ρim的值越大集群劃分性能越佳；
(10)依據(jù)上述指標進行集群劃分。
本發(fā)明針對分布式光伏發(fā)電并網特點，與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：
(1)提出基于模塊化指數(shù)和區(qū)域電壓調節(jié)能力的分布式光伏發(fā)電集群綜合性能指標，根據(jù)此指標進行集群劃分。
(2)集群綜合性能指標基于社團檢測算法，綜合考慮節(jié)點間電氣距離和區(qū)域電壓可控能力及調控成本，使分群優(yōu)化自治后的全局總電壓控制成本最小。
(3)集群數(shù)量可以由集群綜合性能指標優(yōu)化確定。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一條10kv線路的集群劃分結果。
表1是壓縮成10個場景的全網凈功率
表2是設定的電壓調節(jié)資源
表3是模塊化指數(shù)ρ0和集群性能指標ρim的對比
表4為不同集群劃分結果的調壓成本對比
表5是增大無功補償能力對集群劃分結果與調壓成本的影響
表6是增大儲能容量和降低儲能成本對集群劃分結果與調壓成本的影響
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行說明。
(一)集群劃分綜合性能指標
鑒于節(jié)點間有功svp和無功電壓靈敏度矩陣svq的不成比例，電氣距離
集群性能指標ρim的值越大集群劃分性能越佳。其中aij為節(jié)點間的鄰接矩陣，為節(jié)點間電氣距離eij的函數(shù)，aij＝1-eij/maxeij，其值位于[0,1]之間。eij由電壓靈敏度矩陣確定。ki＝∑jaij，為節(jié)點i的度。m＝∑i∑jaij/2，為所有節(jié)點權重之和的一半。
模塊化指數(shù)ρ0是群內關聯(lián)度和群間關聯(lián)度綜合指標，
ρ0能夠保證群內節(jié)點間的強電氣聯(lián)系。以集群ci為例，集群調壓能力指標如下：
表示集群內無功資源對過電壓的解決能力，
表示集群內儲能對剩余過電壓的解決能力，
表示集群內光伏對剩余過電壓的解決能力。其中，δvi為集群k內電壓最高節(jié)點i的電壓越上限量，電壓不越限時其值為0。ql(j)、pinj(j)和pdec(j)分別為節(jié)點j的無功裕度、儲能吸收有功功率裕度和可控光伏的有功最大縮減量。為使集群電壓控制成本最小，系數(shù)關系為1＝α＞β＞γ＞0，決定三種調節(jié)手段的先后順序，并由無功、儲能和光伏的成本決定，三者取值影響集群劃分結果。當無功補償和儲能調壓能力不足，縮減可控光伏的有功依舊不能消除過電壓時，
(二)實例說明
對如圖1所示配網的7天數(shù)據(jù)(每15min)進行壓縮，保證誤差1％以下可壓縮成10個場景如表1所示。
采用禁忌搜索算法搜尋使集群性能指標最大的線路分區(qū)方案。這種集群劃分的方式能夠保證集群內部節(jié)點的連通性，并可通過約束條件限制集群規(guī)模。利用模塊化指數(shù)對上述10個場景進行集群劃分，10個場景的劃分結果相同，均如圖1所示。這說明集群劃分結果與網架參數(shù)有關，受潮流變化的影響較小。
同時考慮區(qū)域電壓調節(jié)能力，利用綜合性能指標對10個場景進行集群劃分。假設儲能的度電成本0.7元/kwh，光伏單位有功成本0.8元/kwh，據(jù)此，標幺化設定β＝0.8，γ＝0.7。
設定電壓調節(jié)資源如表2所示。
10個場景的集群劃分結果不變：節(jié)點5和22處分群。如表3和圖1所示。
1.不同集群劃分結果的調壓成本進行對比。
調壓成本設為無功功率電價為100元/mvar，儲能充電功率電價為700元/mw，光伏有功電價為800元/mw，有功網損電價為400元/mw。電壓控制方法是僅利用群內資源消除群內過電壓，先無功再儲能后光伏，同一類資源的先后順序由電壓靈敏度大小決定?；谇霸O的電壓調節(jié)資源，對兩個電壓越限場景1和7進行過電壓控制，并計算調壓成本，如表4所示。
從表4結果可以看出：不分群的方式雖然能調用全局的無功和儲能調節(jié)手段，但因為節(jié)點間電氣距離較遠，單位功率的調壓效果并不好，反而會使調壓成本增大；集群劃分范圍太小(7和22分群)不能使用電氣距離較近的群外資源，造成調壓成本較高；利用所提集群綜合性能指標指導集群劃分，能夠有效降低集群電壓自治的調壓成本。表中網損成本變化為負，是因為儲能和光伏減小了線路上倒送的有功功率，造成線路損耗降低。
2.增大無功補償能力對集群劃分結果與調壓成本的影響
增大無功補償能力，場景1和7的集群劃分結果不變，仍是節(jié)點5和22分群,調壓成本的影響如表5所示。由表5結果可見，適量增大區(qū)域無功補償能力能夠有效降低電壓控制成本。
3.增大儲能容量和降低儲能成本對集群劃分結果與調壓成本的影響
增大儲能容量后，場景1和7的集群劃分結果不變，仍為節(jié)點5和22分群，調壓成本稍有降低；若儲能度電成本降低至0.6元/kwh以下，則集群劃分結果將發(fā)生變化，場景1由線路4和22分群，場景7不變。如表6所示。
表1
表2
表3
表4
表5
表6