CN111244950B - 一种分布式光伏配电网的分区方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种分布式光伏配电网的分区方法及装置，通过平均灵敏度公式计算出每个子社区的电压变化对有功功率或无功功率变化的平均灵敏度，通过位置矩阵公式计算出光伏逆变器的接入位置矩阵，最后通过改进模块度公式计算出每个子社区的改进模块度，并根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区，使得电力系统的分区结果不仅考虑到网络拓扑结构，还考虑了有功/无功相对于调压的敏感度程度以及光伏逆变器的接入位置，从而解决了现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，而导致分区结果不够合理的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种分布式光伏配电网的分区方法及装置。
背景技术
随着新能源发电行业的兴起，大量的分布式发电系统被接入到配电网络中。近年随着用户侧分布式光伏规模越来越大，装机容量占比越来越高，全国分布式光伏呈现出规模增大、电源分布点多、并网点分散、渗透率高、调控面广、单配电网变成多电源供电结构等特点。
其中光伏逆变器(PV)高渗透引起的过电压是限制光伏逆变器接入配电网的主要因素，现有的使用fast-newman算法对整个分布式的电力系统进行分区以对分布式的光伏电源连接的所有逆变器进行统一调节，从而解决配电网电压越限的问题，然而现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，导致分区结果不够合理。
发明内容
本申请提供了一种分布式光伏配电网的分区方法及装置，用于解决现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，而导致分区结果不够合理的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种分布式光伏配电网的分区方法，包括：
获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个所述节点的原始模块度，每个所述节点为一个子社区；
根据所述节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个所述子社区的平均灵敏度，所述平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度；
根据所述节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个所述子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵；
根据所述原始模块度、所述平均灵敏度和所述接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个所述子社区的改进模块度；
根据所述改进模块度对所述分布式光伏配电网的所有所述子社区进行分区。
可选地，所述平均灵敏度公式为：
其中，
为平均灵敏度，i和j为分布式光伏配电网的节点，
为节点i和节点j间的电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，k为自然数，Ck为第k个子社区。
可选地，所述位置矩阵公式为：
其中，G为接入位置矩阵，若节点i和j均接入光伏逆变器，则Gii和Gjj均为1，否则Gii和Gjj为0，若节点i和j之间接入光伏逆变器，则Gij和Gji均为1，否则则Gij和Gji均为0。
可选地，所述改进模块度公式为：
其中，ρim为每个子社区的改进模块度，ρ为每个子社区的原始模块度，N为子社区的数量。
可选地，所述获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个所述节点的原始模块度，每个所述节点为一个子社区，之前还包括：
通过潮流计算检测所述分布式光伏配电网是否发生电压越限，若是则进入下一步，若否则结束操作。
本申请第二方面提供了一种分布式光伏配电网的分区装置，包括：
获取单元，用于获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个所述节点的原始模块度，每个所述节点为一个子社区；
第一计算单元，用于根据所述节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个所述子社区的平均灵敏度，所述平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度；
第二计算单元，用于根据所述节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个所述子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵；
第三计算单元，用于根据所述原始模块度、所述平均灵敏度和所述接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个所述子社区的改进模块度；
分区单元，用于根据所述改进模块度对所述分布式光伏配电网的所有所述子社区进行分区。
可选地，所述平均灵敏度公式为：
其中，
为平均灵敏度，i和j为分布式光伏配电网的节点，
为节点i和节点j间的电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，k为自然数，Ck为第k个子社区。
可选地，所述位置矩阵公式为：
其中，G为接入位置矩阵，若节点i和j均接入光伏逆变器，则Gii和Gjj均为1，否则Gii和Gjj为0，若节点i和j之间接入光伏逆变器，则Gij和Gji均为1，否则则Gij和Gji均为0。
可选地，所述改进模块度公式为：
其中，ρim为每个子社区的改进模块度，ρ为每个子社区的原始模块度，N为子社区的数量。
可选地，还包括：
检测单元，用于通过潮流计算检测分布式光伏配电网是否发生电压越限，若是则触发所述获取单元，若否则结束操作。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请公开了一种分布式光伏配电网的分区方法，包括以下步骤：获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个节点的原始模块度，每个节点为一个子社区；根据节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个子社区的平均灵敏度，平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度；根据节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵；根据原始模块度、平均灵敏度和接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个子社区的改进模块度；根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区。
本申请通过平均灵敏度公式计算出每个子社区的电压变化对有功功率或无功功率变化的平均灵敏度，通过位置矩阵公式计算出光伏逆变器的接入位置矩阵，最后通过改进模块度公式计算出每个子社区的改进模块度，并根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区，使得电力系统的分区结果不仅考虑到网络拓扑结构，还考虑了有功/无功相对于调压的敏感度程度以及光伏逆变器的接入位置，从而解决了现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，而导致分区结果不够合理的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种分布式光伏配电网的分区方法的第一实施例的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种分布式光伏配电网的分区方法的第二实施例的流程示意图；
图3为本申请提供的采用fast-newman算法中改进模块度对IEEE33节点的待调节点的筛选情况；
图4为本申请提供的使用本发明调整后各节点的电压曲线、接入光伏后各节点的电压曲线，以及使用非分区方法调整后各节点的电压曲线的对比示意图；
图5为本申请实施例提供的一种分布式光伏配电网的分区装置的结构示意图。
具体实施方式
光伏逆变器高渗透引起的过电压是限制光伏逆变器接入配电网的一个突出因素，使用光伏逆变器进行有功功率削减和无功功率补偿是解决过压问题的两种主要方法。但是，由于分布式光伏配电网的分散性，将整个配电网作为一个整体处理，在计算上是十分耗时的，如果节点数目过多则运算效率低下，目前，对整个分布式光伏配电网进行分区，可用于多节点系统的电压调整。然而现有的使用fast-newman算法对整个分布式的电力系统进行分区以对分布式的光伏电源连接的所有逆变器进行统一调节，由于使用的是传统的fast-newman算法，导致分区过程没有设置权重和方向，只考虑网络的拓扑结构，将会导致配电网的分区结果不够合理准确，在计算每个光伏逆变器需要调节的有功和无功量时，使用常用的PSO算法，运算后的结果精度不够高，从而使得调整的效果也不够好。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种分布式光伏配电网的分区方法，用于解决现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，而导致分区结果不够合理的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种分布式光伏配电网的分区方法，包括：
步骤S101、获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个节点的原始模块度，每个节点为一个子社区。
需要说明的是，将分布式光伏配电网的所有节点初始化为一个子社区，将每个节点看作是一个子社区，并通过原始模块度的定义公式，计算每个节点的原始模块度，其中原始模块度的定义公式为：
其中，Aij为配电网的加权邻接矩阵，
表示与节点i连接的链路的所有加权值的总和，
表示与节点j连接的链路的所有加权值的总和，
为总边缘权重，如果节点i和j在相同的子社区起作用则δ(i,j)＝0，否则δ(i,j)＝1。
步骤S102、根据节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个子社区的平均灵敏度，平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度。
需要说明的是，通过平均灵敏度公式计算得到的平均灵敏度作为改进模块度的一个参考指标，平均灵敏度的值越大，代表子社区中的电压分布对该区域中的无功功率或有功功率的注入更加敏感。
步骤S103、根据节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵。
步骤S104、根据原始模块度、平均灵敏度和接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个子社区的改进模块度。
步骤S105、根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区。
本申请实施例通过平均灵敏度公式计算出每个子社区的电压变化对有功功率或无功功率变化的平均灵敏度，通过位置矩阵公式计算出光伏逆变器的接入位置矩阵，最后通过改进模块度公式计算出每个子社区的改进模块度，并根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区，使得电力系统的分区结果不仅考虑到网络拓扑结构，还考虑了有功/无功相对于调压的敏感度程度以及光伏逆变器的接入位置，从而解决了现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，而导致分区结果不够合理的技术问题。
以上为本申请提供的一种分布式光伏配电网的分区方法的第一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种分布式光伏配电网的分区方法的第二个实施例的详细说明。
请参阅图2，本申请实施例提供了一种分布式光伏配电网的分区方法，包括：
步骤S201、通过潮流计算检测分布式光伏配电网是否发生电压越限，若是则进入下一步，若否则结束操作。
需要说明的是，配电网并不是一直都会出现电压越限的情况，而是需要通过潮流计算检查是否发生电压越限。
步骤S202、获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个节点的原始模块度，每个节点为一个子社区。
步骤S203、根据节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个子社区的平均灵敏度，平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度。
需要说明的是，平均灵敏度公式为：
其中，
为平均灵敏度，i和j为分布式光伏配电网的节点，
为节点i和节点j之间的电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，k为自然数，Ck为第k个子社区。
步骤S204、根据节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵。
需要说明的是，位置矩阵公式为：
其中，G为接入位置矩阵，若节点i和节点j均接入光伏逆变器，则Gii和Gjj均为1，否则Gii和Gjj均为0，若节点i和节点j之间接入光伏逆变器，则Gij和Gji均为1，否则Gij和Gji均为0。
步骤S205、根据原始模块度、平均灵敏度和接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个子社区的改进模块度。
需要说明的是，改进模块度公式为：
其中，ρim为每个子社区的改进模块度，ρ为每个子社区的原始模块度，N为子社区的数量。
步骤S206、根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区。
本申请实施例通过平均灵敏度公式计算出每个子社区的电压变化对有功功率或无功功率变化的平均灵敏度，通过位置矩阵公式计算出光伏逆变器的接入位置矩阵，最后通过改进模块度公式计算出每个子社区的改进模块度，并根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区，使得电力系统的分区结果不仅考虑到网络拓扑结构，还考虑了有功/无功相对于调压的敏感度程度以及光伏逆变器的接入位置，从而解决了现有的只考虑配电网络的拓扑结构，即网络中的节点是否有连接，而导致分区结果不够合理的技术问题。
为了使本申请的技术方案更加清楚，以下是本申请提供的应用例的详细说明。
检测出配电网出现电压越限的问题时，先将每个节点初始化为子社区，并通过本申请提供的方法计算每个节点的改进模块度，此时改进模块度中包括的参数平均灵敏度是指电压变化对节点中的无功功率注入的敏感程度；对于每个节点i，从其余配电网中随机选择任何其他节点j，形成具有两个节点的子社区，然后计算该子社区的改进模块度ρ′imQ，并通过公式
计算改进模块度的增量ΔρQ。若ΔρQ＜0，则选择其他节点以形成新的候选子社区，并计算改进模块度的增量ΔρQ。若ΔρQ＞0，则节点i和节点j将被分组到相同的子社区中，并通过公式
更新总的改进模块度。将新的候选子社区继续与其余的节点合并，直到改进模块度的增量ΔρQ的值不能再增加为止，形成一个新的完整的子社区，剩下的节点也跟前面所讲的一样，与其他节点进行合并，直到所有节点都合并完。
在分好的每个子社区中，电压幅度最高的节点被视为该子社区的代表节点，然后选择代表节点中具有最大电压幅度的子社区作为候选节点集，在候选节点集中包含光伏逆变器的这些节点形成优先级节点集
如果候选节点集中不存在带有pv的节点，则选择代表节点具有次高电压幅度的子社区作为候选节点集，如图3所示，使用fast-newman算法中的改进模块度对IEEE33节点的待调节点的筛选情况，
和
为分别为采用无功补偿策略的优先级节点集和有功功率削减的优先级节点集。
通过CSO算法对候选节点集中的光伏逆变器进行无功补偿量的计算。将罚函数加入到目标函数中，目标函数从系统安全性出发，选取节点电压偏离量与节点有功、无功功率最小的目标，通过CSO算法计算出每个选中的光伏逆变器的最佳无功补偿量，最后通过潮流计算算出调节后的电压。CSO算法中目标函数为：
min F＝F1+∑a∈n(Va-Valim)2；
其中：ΔQi和ΔPi分别定义如下：
CSO算法的约束条件：
s.t.
其中，PGi，QGi分别是传统发电机和光伏发电机组产生的有功功率和无功功率，PDi，QDi分别是负载有功和无功功率需求，Vi，Vj分别是节点i和节点j的电压幅度，Bij，Gij分别是由节点i和j组成的分支的电纳和电导；θij是节点i和节点j的相位差；
分别是第d个PV单元的有功功率和吸收无功功率，
是子社区中节点i的电压幅度，
ΔQd分别是第d个PV单元的最大有功功率和可吸收无功功率，
是第d个逆变器的功率因数角。
在进行无功补偿的电压调节后更新所有节点的电压，并检查所有网络节点的电压是否在正常范围内。如果是，则终止电压调节，否则将启动使用有功功率削减的电压调节。
有功削减的电压分配策略的过程与无功补偿的过程一样，只是改进模块度中包括的参数平均灵敏度是指电压变化对节点中的有功功率注入的敏感程度。
预期效果是调整后的配电网所有节点的电压在0.95p.u到1.025.p.u之间，如图4所示，横坐标为节点数，纵坐标为电压幅度，曲线A为使用本发明调整后各节点的电压曲线，曲线B为接入光伏后各节点的电压曲线，曲线C为使用非分区方法调整后各节点的电压曲线，显然，可看出本发明的电压调整效果良好，可使越限的电压调节到标准范围内(0.95p.u到1.05p.u)。从表1可以看出，分区调压需要的无功补偿以及有功削减量明显小于非分区调压方案所需量，且运算时间大幅减少。
表1非分区调压和分区调压的效果对比
以上为本申请提供的一种分布式光伏配电网的分区方法的第二个实施例和应用例的详细说明，下面为本申请提供的一种分布式光伏配电网的分区装置。
请参阅图5，本申请实施例提供了一种分布式光伏配电网的分区装置，包括：
获取单元501，用于获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个节点的原始模块度，每个节点为一个子社区。
第一计算单元502，用于根据节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个子社区的平均灵敏度，平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度。
第二计算单元503，用于根据节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵。
第三计算单元504，用于根据原始模块度、平均灵敏度和接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个子社区的改进模块度。
分区单元505，用于根据改进模块度对分布式光伏配电网的所有子社区进行分区。
进一步地，还包括：
检测单元506，用于通过潮流计算检测分布式光伏配电网是否发生电压越限,若是则触发获取单元501，若否则结束操作。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以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全部或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-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种分布式光伏配电网的分区方法，其特征在于，包括：
获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个所述节点的原始模块度，每个所述节点为一个子社区；
根据所述节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个所述子社区的平均灵敏度，所述平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，所述平均灵敏度公式为：
其中，
为平均灵敏度，i和j为分布式光伏配电网的节点，
为节点i和节点j之间的电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，k为自然数，Ck为第k个子社区；
根据所述节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个所述子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵，所述位置矩阵公式为：
其中，G为接入位置矩阵，若节点i和节点j均接入光伏逆变器，则Gii和Gjj均为1，否则Gii和Gjj为0，若节点i和节点j之间接入光伏逆变器，则Gij和Gji均为1，否则Gij和Gji均为0；
根据所述原始模块度、所述平均灵敏度和所述接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个所述子社区的改进模块度，所述改进模块度公式为：
其中，ρim为每个子社区的改进模块度，ρ为每个子社区的原始模块度，N为子社区的数量；
根据所述改进模块度对所述分布式光伏配电网的所有子社区进行分区。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏配电网的分区方法，其特征在于，所述获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个所述节点的原始模块度，每个所述节点为一个子社区，之前还包括：
通过潮流计算检测所述分布式光伏配电网是否发生电压越限，若是则进入下一步，若否则结束操作。
3.一种分布式光伏配电网的分区装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取分布式光伏配电网中的所有节点的信息，并计算每个所述节点的原始模块度，每个所述节点为一个子社区；
第一计算单元，用于根据所述节点之间的电压变化对有功功率或无功功率的变化，通过平均灵敏度公式计算每个所述子社区的平均灵敏度，所述平均灵敏度为电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，所述平均灵敏度公式为：
其中，
为平均灵敏度，i和j为分布式光伏配电网的节点，
为节点i和节点j间的电压变化对有功功率或无功功率变化的敏感度，k为自然数，Ck为第k个子社区；
第二计算单元，用于根据所述节点接入光伏逆变器的情况，通过位置矩阵公式计算每个所述子社区的光伏逆变器的接入位置矩阵，所述位置矩阵公式为：
其中，G为接入位置矩阵，若节点i和j均接入光伏逆变器，则Gii和Gjj均为1，否则Gii和Gjj为0，若节点i和j之间接入光伏逆变器，则Gij和Gji均为1，否则则Gij和Gji均为0；
第三计算单元，用于根据所述原始模块度、所述平均灵敏度和所述接入位置矩阵，通过改进模块度公式计算得到每个所述子社区的改进模块度，所述改进模块度公式为：
其中，ρim为每个子社区的改进模块度，ρ为每个子社区的原始模块度，N为子社区的数量；
分区单元，用于根据所述改进模块度对所述分布式光伏配电网的所有所述子社区进行分区。
4.根据权利要求3所述的分布式光伏配电网的分区装置，其特征在于，还包括：
检测单元，用于通过潮流计算检测分布式光伏配电网是否发生电压越限，若是则触发所述获取单元，若否则结束操作。
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