一种基于电气距离的发电集群划分及优化方法与流程

本发明属于电力系统分布式无功优化调压领域，尤其涉及一种分布式集群无功优化调压策略和装置。

背景技术：

1、随着局部地区分布式光伏电源总输出功率占比的增大，地区电能质量受光伏影响程度也随之上升。在传统的配电网中，主要是调节有载调压变压器分接头、限制有功功率、安装无功调节装置如电容器组、电抗器、静止无功补偿器等来进行无功优化。但是，分布式电源的并网改变了配电网的潮流分布，其特有的随机性和波动性增加了配电网无功调节的难度，传统的无功优化手段已经难以应对。基于分布式发电集群的调控方式通过集群内的独立自治与集群间的协调优化，能够简化配电网控制的复杂程度，为分布式能源高效有序并入配电网提供了一个重要的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于电气距离的发电集群划分及优化方法，具有对配电网进行优化的优点。

2、实现上述目的，本发明提供一种基于电气距离的发电集群划分及优化方法，所述方法用于优化包含n个节点的配电网，i＝1，2，3……n；所述方法包括：步骤s1，对配电网进行潮流计算，获得电力系统负载潮流雅克比矩阵；步骤s2，对潮流雅克比矩阵进行统一变量名矩阵变换；步骤s3，根据统一变量名矩阵变换后的潮流雅克比矩阵确定无功灵敏度矩阵squ；步骤s4，根据无功灵敏度矩阵squ计算配电网中所有节点间的电气距离di→j；步骤s5，利用k-means聚类算法，以电气距离di→j作为指标对配电网进行集群划分，得到集群划分结果；步骤s6，利用mojaya算法分析集群划分结果并对电压进行优化。

3、优选地，所述步骤s1包括：获取配电网第i个节点下的参数δpi、δqi、δδi、δui，构建第i个节点下的电力系统负载潮流雅克比矩阵，具体如下，电力系统负载潮流雅克比矩阵满足如下方程：

4、

5、式中：δpi表示第i个节点注入有功功率变化量；δqi表示第i个节点注入无功功率变化量；δδi表示第i个节点电压相角变化量；δui表示第i个节点电压幅值变化量；是由apδi、bpui、cqδi、dqui组成的集合，表示第i个节点下节点注入的功率波动与节点电压变化之间的关系。

6、优选地，所述步骤s2包括：对第i个节点下的电力系统负载潮流雅克比矩阵进行统一变量名矩阵变换；具体地，将转化为满足如下方程：

7、

8、spui表示第i个节点注入单位数量的有功功率时节点电压幅值的变化、squi表示第i个节点注入单位数量的无功功率时节点电压幅值的变化；spδi表示第i个节点注入单位数量的有功功率时节点电压相角的变化、sqδi表示第i个节点注入单位数量无功功率时节点电压相角的变化。

9、优选地，，所述步骤s3包括：逐一提取配电网中第1个节点至第n个节点的节点电压幅值变化量δu1～δun、节点注入有功功率变化量δp1～δpn、节点注入无功功率变化量δq1～δqn、电压相角变化量δδ1～δδn，确定配电网的无功灵敏度矩阵squ；如下公式：

10、δu＝spu·δp+squ·δq

11、δp＝[δp1,δp2,…,δpn]t

12、δq＝[δq1,δq2,…,δqn]t

13、δu＝[δu1,δu2,…,δun]t

14、

15、其中，δu表示配电网的电压幅值变化量矩阵、δp表示配电网的注入有功功率变化量矩阵、δq表示配电网的注入无功功率变化量矩阵；求得中的所有参数值，将中的第i个节点注入单位数量的无功功率时节点电压幅值的变化squi逐一整理得到无功灵敏度矩阵squ。

16、优选地，，所述步骤s4包括：选取第二节点j，j＝1，2，3……n，且j≠i，根据无功灵敏度矩阵squ逐个计算所有节点间的电气距离di→j；如下公式：

17、

18、dij＝squi/squj

19、其中，dij表示节点i的注入单位数量的无功功率时节点电压幅值的变化squi与节点j注入单位数量的无功功率时节点电压幅值的变化squj之比。

20、优选地，所述步骤s5包括：步骤s51，将n个节点拟分为k个拟集群a1(temp)～ak(temp)，p＝1、2……k，从第一个拟集群a1(temp)至第k个拟集群ak(temp)，逐一并随机选取一个节点作为每个拟集群ap(temp)的拟集群中心cp；步骤s52，计算配电网中除拟集群中心cp的每个节点分别与各个拟集群ap(temp)中心cp的距离，并选择与其距最小的的中心cp所在拟集群ap(temp)加入，得到了拟集群划分结果ntemp＝{a1(temp),a2(temp),…,ak(temp)}；步骤s53，逐个对拟集群ap(temp)进行节点最小值运算，依次获取第p个拟集群中的聚类中心εp：

21、

22、其中，|cp(total number)|表示对应集群中的节点个数；此处表示拟集群ap(temp)中的节点个数；步骤s54，判断是否cp＝εp，若是，则划分结束，输出该聚类中心εp下的集群划分结果ncomp＝{a1(comp),a2(comp),…,ak(comp)}与对应的聚类中心εp；若否，令cp＝εp返回步骤s52。

23、优选地，所述步骤s6包括：步骤s61，构建无功优化的目标函数，对输出集群ap(comp)和对应的聚类中心εp求解得到对应的优化电压幅值下的电压方案组集合x＝{x1,x2,…,xy}，q＝1、2……y，其中，x1～xy表示求得的所有电压方案组；单个电压方案组xq为对聚类中心εp求得优化电压幅值后的集合εp∈n；步骤s62，对无功优化的目标函数求得的电压方案组集合x＝{x1,x2,…,xy}再优化，求得最优电压方案组best(x)。

24、优选地，所述步骤s61包括：以系统总的线路有功损耗f1和节点电压偏差总量f2为目标函数，建立无功优化的最小化目标函数，求得优化电压幅值下的电压方案组集合x＝{x1,x2,…,xy}，如下：

25、

26、式中：其中f1为有功损耗最小的目标函数，f2为节点电压偏差总量最小的目标函数，n为配电网节点总数；为聚类中心εp与节点j之间的电导；为聚类中心εp的优化电压幅值；vj为j节点的电压幅值，为聚类中心εp与节点j之间的电压相角差；vspec为聚类中心εp的期望电压值；电压约束方程：

27、

28、vmin≤vj≤vmax j＝1，2，3……n

29、其中，vmax和vmin分别是节点所允许的电压上下限，n为配电网节点数量。

30、优选地，所述步骤s62包括：步骤s621，逐个计算电压方案组集合x中电压方案组xq在系统总的线路有功损耗目标函数f1和节点电压偏差总量目标函数f2下的对应运算值eq＝(f1，f2)：

31、

32、vmin≤vi≤vmax i＝1，2，3……n

33、vmin≤vj≤vmax j＝1，2，3……n

34、其中，f1为有功损耗的目标函数，f2为节点电压偏差总量的目标函数，n为配电网节点总数；gij为节点i与节点j之间的电导；vi为i节点的电压幅值；vj为i节点的电压幅值，θij为节点i与节点j之间的电压相角差；vi(spec)为节点i的期望电压值；步骤s622，逐一确定运算值e1～ey下的f1的最小值与最大值f2的最小值与最大值得到极值集合

35、

36、步骤s623，利用模糊隶属度mojaya算法，根据获取的计算逐一计算电压方案组xq的第一模糊隶属度γq1与第二模糊隶属度γq2：

37、

38、其中，γq1表示电压方案组xq在目标函数f1下的模糊隶属度，γq2表示电压方案组xq在目标函数f2下的模糊隶属度，f1(xq)表示电压方案组xq在函数f1下的求值，f2(xq)电压方案组xq在函数f2下的求值；步骤s624，根据γ11～γy1，γ12～γy2，逐个计算电压方案组xq对应的综合模糊隶属度γq：

39、

40、步骤s625，选取最大综合模糊隶属度γq下的解作为最优电压方案组best(x)。

41、优选地，所述拟集群的个数k值的确定方法为：逐个求解k值得到对应集群划分结果ncomp＝{a1(comp),a2(comp),…,ak(comp)}后，逐个求得对输出集群ap(comp)的聚类中心εp与输出集群ap(comp)中其余节点与距离的平方和sse函数值，通过所有sse函数值的导数的绝对值的大小或相邻点之间的平方差进行最优k值求解：

42、

43、式中：是节点j与对应输出集群ap(comp)的聚类中心εp之间的距离，|cp(total number)|表示对应集群中的节点个数；此处表示单个输出集群ap(comp)中的节点个数。

44、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种基于电气距离的发电集群划分及优化方法，具有如下有益效果：

45、第一，采用以无功电压灵敏度计算出的电气距离作为k-means聚类算法的距离指标，完成对配电网进行集群划分，其具有高效性。

46、第二，提出采用模糊隶属度mojaya算法对集群聚类节点进行无功优化，能够有效地为配电网进行优化。