CN114421459A - 一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法及系统 - Google Patents

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CN114421459A CN202210022155.XA CN202210022155A CN114421459A CN 114421459 A CN114421459 A CN 114421459A CN 202210022155 A CN202210022155 A CN 202210022155A CN 114421459 A CN114421459 A CN 114421459A
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Abstract

一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1，建立分布式电源集群划分的结构性指标，采用模块度作为评价指标；步骤2，建立分布式电源集群划分的功能性指标，采用无功和有功功率平衡度作为评价指标；步骤3，建立分布式集群划分的灵活性指标，采用集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标；步骤4，依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果。本发明提出了一种综合考虑结构、功能和灵活性的集群划分综合评估指标体系，有利于分布式电源规模化并网的集群划分的合理规划调度和稳定运行控制。

Description

一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法及系统
技术领域
本发明涉及分布式电源并网运行调控领域，具体是一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法及系统。
背景技术
人们对可再生能源需求的不断增加和对环境问题的关注促进了可再生能源发电的迅速发展。大量分布式电源(DG，Distributed Generation)接入电网，给电网的规划和运行带来了巨大挑战。
电力系统集群划分具有广泛的工程应用，可以简化电网规划、运行监控和调度控制的过程。对于电力系统来说，集群是一系列设备的组合，对外集成，接受上级的单一命令控制，便于调度管理；对内为了实现共同目标，电气设备高效地发挥协调合作能力。现有技术中，集群划分主要基于电气耦合程度、电压控制能力、有功功率调节等。
随着随机波动性较强的风能和太阳能成为主要电力能源，灵活性成为电网规划和运行的核心问题，如何将灵活性要求考虑到集群划分中是未来新型电力系统面临的一个关键技术难题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种分布式电源规模化并网的集群划分方法及系统。
本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，包括以下步骤：
步骤1，建立分布式电源集群划分的结构性指标，采用模块度作为评价指标；
步骤2，建立分布式电源集群划分的功能性指标，采用无功和有功功率平衡度作为评价指标；
步骤3，建立分布式集群划分的灵活性指标，采用集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标；
步骤4，依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果。
优选地，步骤1中，采用基于电气距离的模块度指标。
优选地，步骤1具体包括：
步骤1.1，建立系统内节点电压与无功功率关系式，获得无功电压灵敏度矩阵SVQ；
步骤1.2，以步骤1.1获得的无功电压灵敏度矩阵SVQ，计算节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比；
步骤1.3，以步骤1.2获得的节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比dij，计算节点i与节点j之间的电气距离；
步骤1.4，以步骤1.3中的节点i与节点j之间的电气距离Lij，计算节点i与节点j之间所连接线路的权重；
步骤1.5，步骤1.4中获得的权重建立基于电气距离的模块度指标。
优选地，步骤2具体包括：
步骤2.1，以t时刻集群内可提供的最大无功功率和无功功率需求值，计算各个集群的无功功率平衡度；
步骤2.2，以步骤2.1获得的各个集群的无功功率平衡度，计算各个集群的无功功率平衡度数学期望，作为系统的无功功率平衡指标；
步骤2.3，以规划研究周期内各个集群的净有功功率，计算各个集群的有功功率平衡度；
步骤2.4，以步骤2.3获得的各个集群的有功功率平衡度，计算各个集群的有功功率平衡度数学期望，作为系统的有功功率平衡指标。
优选地，步骤3中，使用调峰能力和集群调峰需求建立集群调峰指标；调峰能力是指，在设定响应时间尺度下，集群内各类调峰资源供给能力大于等于集群爬坡需求；集群调峰需求是指，集群净负荷的时序爬坡功率。
优选地，建立集群调峰指标包括：
步骤3.1.1，计算各个集群的调峰供给能力，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000031
式中：
Figure BDA0003462850160000032
表示集群的调峰供给能力；
Figure BDA0003462850160000033
表示可调节常规机组的调峰资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000034
表示可中断负荷的调峰资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000035
表示储能系统的调峰资源供给能力；
步骤3.1.2，计算集群调峰需求，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000036
式中：
∑k∈iPk(t)表示集群i中节点k在t时刻的净负荷功率；
∑k∈iPk(t-τ)表示集群i中节点k在t-τ时刻的净负荷功率；
步骤3.1.3，以步骤3.1.1获得的调峰供给能力和步骤3.1.2获得的集群调峰需求，计算集群的调峰能力，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000037
式中：
Figure BDA0003462850160000038
表示集群调峰能力；
步骤3.1.4，以步骤3.1.3获得的集群调峰能力，进行标幺化处理，得到集群调峰指标，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000039
式中：
Y4表示集群调峰指标；
c表示集群数；
T表示规划研究周期；
Figure BDA0003462850160000041
表示在规划研究周期T内集群i累计调峰需求值。
优选地，步骤3中，以调频为目的的有功功率调节的灵活性作为集群调频指标。
优选地，计算集群调频指标，包括：
步骤3.2.1，计算集群的调频供给能力，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000042
式中：
Figure BDA0003462850160000043
表示集群i的调频供给能力；
Figure BDA0003462850160000044
表示可调节常规机组的调频资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000045
表示可中断负荷的调频资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000046
表示直接控制负荷的调频资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000047
表示储能系统的调频资源供给能力；
步骤3.2.2，以步骤3.2.1获得的集群调频供给能力，计算集群的调频能力，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000048
式中：
Δfmax表示所允许的最大频率波动范围；
KDi表示负荷频率调节效应系数；
ΔM表示集群的调频需求量，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000049
Figure BDA00034628501600000410
步骤3.2.3，以步骤3.2.2获得的调频能力，计算集群调频指标，以如下公式表示，
Figure BDA00034628501600000411
式中：
Y5表示集群调频指标。
优选地，步骤3中，以集群平衡时间在规划的研究周期中的比例计算灵活性平衡时间指标。
优选地，步骤3中，计算灵活性平衡时间指标，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000051
式中：
T表示规划研究周期；
Figure BDA0003462850160000052
表示集群灵活性供给满足灵活性需求的累计时间。
优选地，计算无功调节指标具体包括：
步骤3.4.1，计算正常运行状态下，集群的无功功率裕量，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000053
式中：
Gk(t)表示集群k的无功功率裕量；
Qgmax(t)表示t时刻无功输出最大值；
Qd(t)表示t时刻无功负荷；
Ik表示集群k中无功电源的个数；
Jk表示集群k中无功负载的个数；
步骤3.4.2，计算电压越限状态下，集群的无功功率裕量，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000054
Figure BDA0003462850160000055
式中：
Qs(t)表示储能系统的无功输出；
M0表示储能调节系数；
M1表示惯性系数；
M2表示积分系数；
ΔU(t)表示电压偏差；
Δo(t)表示电压偏差变化率；
ΔE(t)表示电压累积变化率；
UPCCN表示储能系统连接点电压额定值；
步骤3.4.3，计算两种情况下的无功调节指标，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000061
式中：
Y7表示无功调节指标。
优选地，步骤4具体包括：
步骤4.1，给出同一电力系统的h种不同的集群划分方案作为h个评估样本，计算每个评估样本的各指标原始数据；
步骤4.2，在步骤4.1每个评估样本的各指标原始数据的基础上，利用隶属度函数计算样本指标数据的隶属度值；
步骤4.3，根据步骤4.2计算得到的各指标隶属度值建立的模糊评价矩阵R；
步骤4.4，采用序关系法确定每个评估样本的各评价指标的权重，形成各个指标的权重形成权重系数矩阵W；
步骤4.5，权重系数矩阵W得到之后，可以计算出综合评估结果，以如下公式表示，
B＝WR
式中：
B表示评估结果。
优选地，步骤4.2中，选择梯型隶属度函数，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000071
式中：
a＝0，b＝0.4，c＝0.5，d＝0.9。
优选地，步骤4.3中，以如下公式表示，模糊评价矩阵如下：
Figure BDA0003462850160000072
式中：
s表示指标的个数；
h表示样本的个数；
μi，j是样本中指标的规范化后的隶属度值。
优选地，步骤4.4包括：
步骤4.4.1，根据三个不同场景下的优先级电气联系、集群功能性和集群灵活性，确定各指标的排序关系Y′1＞Y′2＞…＞Y′7，然后计算相邻指标Y′k-1和Y′k的相关重要程度，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000073
步骤4.4.2，计算各指标的权重，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000074
式中：
m表示指标的个数，即m＝7，k＝1，2，…，m。
以各个指标的权重形成权重系数矩阵W，即W＝[w1，w2，…，wm]。
本发明的第二方面提供了一种分布式电源规模化并网的集群划分评估系统，运行所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，包括：结构性指标模块、功能性指标模块、灵活性指标模块和综合评估模块，所述结构性指标模块采用模块度作为评价指标，用于生成结构性指标Y1；所述功能性指标模块采用无功和有功功率平衡度作为评价指标，用于生成无功功率平衡指标Y2和有功功率平衡指标Y3；所述灵活性指标模块采用集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标，用于生成集群调峰指标Y4、集群调频指标Y5、活性平衡时间指标Y6和无功调节指标Y7；所述综合评估模块用于依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：提出了一种综合考虑结构、功能和灵活性的集群划分综合评估指标体系，有利于分布式电源规模化并网的集群划分的合理规划调度和稳定运行控制。在现有技术的基础上，分析了源-荷-储多种灵活性资源的供给能力，为了使各种灵活性资源更好地实现优化配置，从调峰调频和调压角度提出了集群的有功和无功调节灵活性权衡指标，从时间特性角度提出了集群的灵活性平衡时间指标，对整个系统的集群划分提出更加综合有效的评估方法。
附图说明
图1是本发明分布式电源规模化并网集群划分的综合评估指标体系；
图2是本发明实施例的综合评估结果的折线图；
图3是本发明分布式电源规模化并网的集群划分评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种分布式电源规模化并网的集群划分方法，其目的在于针对大规模分布式电源并网，综合考虑结构、功能和灵活性需求等多种因素以优化集群划分的多目标性。
请参阅图1，本发明提供一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，包括下述步骤：
步骤1，建立分布式电源集群划分的结构性指标；在系统的结构方面采用模块度指标。为保证节点之间的耦合联系，根据集群内部节点间联系紧密，各集群之间联结松散的结构特点，采用基于电气距离的模块度指标。
在本发明优选的实施方式中，步骤1具体包括：
步骤1.1，建立系统内节点电压与无功功率关系式，获得无功电压灵敏度矩阵。优选地，以如下公式表示，
ΔQ＝SVQ·ΔV (1)
式中：
ΔQ表示无功功率变化量；
ΔV表示电压变化量；
SVQ表示无功电压灵敏度矩阵。
值得注意的是，公式(1)可以由潮流方程推导并求解。
步骤1.2，以步骤1.1获得的无功电压灵敏度矩阵SVQ，计算节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000091
式中：
dij表示节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比；
SVQ，ij表示无功电压灵敏度矩阵SVQ的第i行第j列元素。
步骤1.3，以步骤1.2获得的节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比dij，计算节点i与节点j之间的电气距离。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000092
式中：
Lij表示节点i与节点j之间的电气距离。
步骤1.4，以步骤1.3中的节点i与节点j之间的电气距离Lij，计算节点i与节点j之间所连接线路的权重，用来反映网络中两个节点之间耦合的紧密程度。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000101
式中：
vij表示系统节点i和节点j之间所连接线路的权重。
步骤1.5，为了表示集群的结构强度和节点间耦合的紧密程度，采用模块度的概念来加以描述，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000102
式中：
Y1表示结构性指标；
vij表示系统节点i和节点j之间所连接线路的权重；
m表示集群网络中所有支路的权重之和；优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000103
ki表示所有节点中与节点i直接相连支路的权重之和；优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000104
δ(i，j)表示优化变量；优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000105
步骤2，建立分布式集群划分的功能性指标；在系统的功能方面采用无功和有功功率平衡度作为评价指标。首先要对集群的电压控制性能进行评估，良好的集群应具有一定的自调节能力，需要在节点电压超过极限时提供无功功率使电压恢复到允许范围内，所以以无功功率平衡度作为评价指标；与此同时，分布式电源集群划分基于功率匹配原则，应该充分考虑有功功率互补和匹配程度，其评价指标采用有功平衡度表示。
关于所述的无功功率平衡指标构建问题，主要是来衡量集群内部的电压调节能力，即在电压越限的情况下，集群内通过供给无功功率来满足无功功率就地平衡，减少集群间无功传输损耗。所述的集群有功平衡度指标主要体现为集群实现有功功率平衡的能力。
在本发明优选的实施方式中，步骤2具体包括：
步骤2.1，计算各个集群的无功功率平衡度。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000111
式中：
Qi表示集群i的无功功率平衡度；
Qsup表示t时刻集群内可提供的最大无功功率；
Qneed(t)表示t时刻无功功率的需求值。
步骤2.2，以步骤2.1获得的各个集群的无功功率平衡度，计算系统的无功功率平衡指标。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000112
Y2表示无功功率平衡指标；
c表示系统的集群数。
步骤2.3，计算各个集群的有功功率平衡度。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000113
式中：
Pi表示集群i的有功功率平衡度；
Pclu(t)i表示集群i在t时刻的净有功功率
T表示规划研究周期。
步骤2.4，以步骤2.3获得的各个集群的有功功率平衡度，计算系统的有功功率平衡指标。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000121
式中：
Y3表示有功功率平衡指标。
步骤3，建立分布式集群划分的灵活性指标；在系统的灵活性方面，建立起集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标。本发明中，集群灵活性的评估主要考虑方向性和多时间尺度特性两个方面。首先为了在有功功率的实时平衡的基础上完成长时间尺度内(24h)调峰和短时间尺度内(15min)调频的任务，建立了集群调峰指标和调频指标；其次提出灵活性平衡时间指标，目的在于从时间角度上对系统的供需平衡进行描述；最后从无功功率供给灵活性角度出发，为了满足集群内部的无功功率平衡，减少集群之间的无功传输，采用无功调节指标作为评价指标。
也就是说，随着大规模并网DG的接入，可再生能源的剧烈波动使得节点净负荷的爬坡能力大大增加，对集群灵活性的要求也越来越高。因此考虑到集群灵活性需求建立的指标包括集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标、无功调节指标。
在本发明优选的实施方式中，步骤3具体包括：
步骤3.1，建立集群调峰指标。所述的集群调峰指标建立问题，调峰能力是指，在一定响应时间尺度下，集群内各类调峰资源供给能力大于等于集群爬坡需求。
在本发明进一步优选的实施方式中，步骤3.1包括：
步骤3.1.1，计算各个集群的调峰供给能力。集群的调峰供给能力为群内所有源荷储调峰资源调节能力的综合表现，调峰资源有三种，分别为可调节常规机组、可中断负荷、储能系统。因此优选地，调峰供给能力以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000122
式中：
Figure BDA0003462850160000123
表示集群的调峰供给能力；
Figure BDA0003462850160000131
表示可调节常规机组的调峰资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000132
表示可中断负荷的调峰资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000133
表示储能系统的调峰资源供给能力。
步骤3.1.2，计算集群调峰需求。集群调峰需求是指，集群净负荷的时序爬坡功率。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000134
式中：
∑k∈iPk(t)表示集群i中节点k在t时刻的净负荷功率；
∑k∈iPk(t-τ)表示集群i中节点k在t-τ时刻的净负荷功率。
步骤3.1.3，以步骤3.1.1获得的调峰供给能力和步骤3.1.2获得的集群调峰需求，计算集群的调峰能力。集群的调峰能力是指在一定时间尺度内各调峰资源的供给与净负荷需求之间的关系。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000135
式中：
Figure BDA0003462850160000136
表示集群调峰能力。
步骤3.1.4，以步骤3.1.3获得的集群调峰能力，进行标幺化处理，得到集群调峰指标。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000137
式中：
Y4表示集群调峰指标；
c表示集群数；
T表示规划研究周期；
Figure BDA0003462850160000138
表示在规划研究周期T内集群i累计调峰需求值。
步骤3.2，计算集群调频指标。所述的集群调频指标是指，以调频为目的的有功功率调节的灵活性指标。由于时间尺度较短，实时有功功率调节应充分考虑各种可以参与调频的资源，包括可调常规机组、可中断负荷、直接控制负荷和储能系统。
在本发明进一步优选的实施方式中，步骤3.2包括：
步骤3.2.1，计算集群的调频供给能力。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000141
式中：
Figure BDA0003462850160000142
表示集群i的调频供给能力；
Figure BDA0003462850160000143
表示可调节常规机组的调频资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000144
表示可中断负荷的调频资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000145
表示直接控制负荷的调频资源供给能力；
Figure BDA0003462850160000146
表示储能系统的调频资源供给能力。
步骤3.2.2，以步骤3.2.1获得的集群调频供给能力，计算集群的调频能力。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000147
式中：
Δfmax表示所允许的最大频率波动范围；
KDi表示负荷频率调节效应系数；
ΔM表示集群的调频需求量，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000148
Figure BDA0003462850160000149
步骤3.2.3，以步骤3.2.2获得的调频能力，计算集群调频指标。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA00034628501600001410
式中：
Y5表示集群调频指标。
步骤3.3，计算灵活性平衡时间指标，其表示集群平衡时间在规划的研究周期中的比例。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000151
式中：
Y6表示活性平衡时间指标；
T表示规划研究周期；
Figure BDA0003462850160000152
表示集群灵活性供给满足灵活性需求的累计时间。
该指标的建立更直接地从时间维度反映了系统灵活性平衡的特点，有助于提高未来运行控制要求高的分布式配电网络规划中集群灵活性资源优化配置的准确性。
步骤3.4，计算无功调节指标。所述的无功调节指标主要用于描述集群电压控制的灵活性问题。
正常运行时，电源的无功输出与负载的无功消耗和系统网损之和是平衡的，储能系统不需要参与稳态电压调节控制；当发生故障导致电压急剧下降时，储能系统需要参与紧急无功支撑，使节点电压加速恢复到稳定水平。
在本发明的进一步优选实施方式中，步骤3.4具体包括：
步骤3.4.1，计算正常运行状态下，集群的无功功率裕量。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000153
式中：
Gk(t)表示集群k的无功功率裕量；
Qgmax(t)表示t时刻无功输出最大值；
Qd(t)表示t时刻无功负荷；
Ik表示集群k中无功电源的个数；
Jk表示集群k中无功负载的个数。
步骤3.4.2，计算电压越限状态下，集群的无功功率裕量。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000161
Figure BDA0003462850160000162
式中：
Qs(t)表示储能系统的无功输出；
M0表示储能调节系数；
M1表示惯性系数；
M2表示积分系数；
ΔU(t)表示电压偏差；
Δo(t)表示电压偏差变化率；
ΔE(t)表示电压累积变化率；
UPCCN表示储能系统连接点电压额定值。
步骤3.4.3，计算两种情况下的无功调节指标。优选地，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000163
式中：
Y7表示无功调节指标。
步骤4，依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果并进行分析。
在本发明优选的实施方式中，步骤4具体包括：
步骤4.1，先通过遗传算法给出同一电力系统的五种不同的集群划分方案作为5个评估样本，再根据如图1所示的分布式电源规模化并网集群划分的综合评估指标体系，分别求出5个集群划分样本各项指标的原始数据如表1所示。
表1被评估对象的各指标原始数据
Figure BDA0003462850160000171
步骤4.2，利用隶属度函数计算样本指标数据的隶属度值。隶属度函数属于模糊评价方法，分为偏小型、偏大型和中间型。考虑到集群划分的评价指标很多，为了提高所选隶属函数的普遍性，本发明选择了一种中间隶属函数——梯型隶属度函数，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000172
式中：
参数a和d确定梯形的下底边，b和c确定上底边。为了保证该梯型隶属度函数在几何上的对称性和对表1中各项指标原始数据进行模糊评价的合理性，规定各参数的值a＝0，b＝0.4，c＝0.5，d＝0.9。
步骤4.3，根据计算得到的各指标隶属度值建立的模糊评价矩阵如下：
Figure BDA0003462850160000173
式中：
s表示指标的个数；
h表示样本的个数；
μi，j是样本中指标的规范化后的隶属度值。如表2所示，
表2各指标数据的隶属度值
1 2 3 4 5
Y<sub>1</sub> 0.08449 0.14216 0.14425 0.10850 0.13659
Y<sub>2</sub> 0.07896 0.03822 0.05032 0.07234 0.00881
Y<sub>3</sub> 0.20136 0.15439 0.16605 0.21861 0.19034
Y<sub>4</sub> 0.03838 0.06558 0.06424 0.07467 0.09103
Y<sub>5</sub> 0.12468 0.10945 0.14718 0.08745 0.10072
Y<sub>6</sub> 0.18588 0.19421 0.16505 0.19916 0.20700
Y<sub>7</sub> 0.28625 0.29601 0.26292 0.23927 0.26551
步骤4.4，采用序关系法确定每个评估样本的各评价指标的权重，形成各个指标的权重形成权重系数矩阵W。在本发明进一步优选的实施方式中，步骤4.4包括：
步骤4.4.1，根据三个不同场景下的优先级电气联系、集群功能性和集群灵活性，确定各指标的排序关系Y′1＞Y′2＞…＞Y′7，然后计算相邻指标Y′k-1和Y′k的相关重要程度，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000181
步骤4.4.2，计算各指标的权重，以如下公式表示，
Figure BDA0003462850160000182
式中：
m表示指标的个数，即m＝7，k＝1，2，…，m。
以各个指标的权重形成权重系数矩阵W，即W＝[w1，w2，…，wm]。
步骤4.5，权重系数矩阵W得到之后，可以计算出综合评估结果B，以如下公式表示，
B＝WR (29)
表3基于不同优先度的综合评估结果
Figure BDA0003462850160000191
最后根据得到的综合评价结果绘制出折线图如图2所示。结合表1中的原始数据，我们分析了五个样本在不同场景下的综合评价值的差异性，以及它们是否有效地反映了不同需求的优先级。最后，对综合评价指标体系进行了客观公正的评价。
在场景1中，以集群间电气联系为评估优先度。首先根据各指标的结构属性由强到弱给出一种排序关系，在此基础上求出指标隶属度值和权重值，计算出综合评价结果。从评价结果来看，样本3的综合评价值最高。根据表1中的原始数据，虽然样本3的模块度指标不是最高的，但由于其在功能指标和灵活性指标上的优势更大，其综合评价结果是最高的，这反映了本发明方法的综合有效性。
表3还给出了系统功能需求优先和灵活性需求优先情况下的指标序关系和综合评价结果，分别对应场景2和场景3。结果表明，当优先考虑系统功能需求时，样本3的评价结果仍然是最高的。通过对表1中的原始数据进行分析，可以看出样本3的有功和无功平衡度指标和模块化指标较高。因此，评价结果与系统的实际情况是一致的。在灵活性优先的情况下，样本1的综合评价结果较高，因为其各项灵活性指标较好。图2绘制了五个样本在不同场景下的评价结果折线图，可看出样本3的集群划分方案在三种不同优先度的场景下具有最佳的综合评估结果。
综上，本发明提出的综合评价指标体系从多个目标定量评价分布式电源集群的划分方法，对分布式电源规模化并网的集群建设规划和优化配置具有重要意义。
本发明的第二实施例提供了一种分布式电源规模化并网的集群划分评估系统，运行所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，包括：结构性指标模块、功能性指标模块、灵活性指标模块和综合评估模块，所述结构性指标模块采用模块度作为评价指标，用于生成结构性指标Y1；所述功能性指标模块采用无功和有功功率平衡度作为评价指标，用于生成无功功率平衡指标Y2和有功功率平衡指标Y3；所述灵活性指标模块采用集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标，用于生成集群调峰指标Y4、集群调频指标Y5、活性平衡时间指标Y6和无功调节指标Y7；所述综合评估模块用于依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立分布式电源集群划分的结构性指标，采用模块度作为评价指标；
步骤2，建立分布式电源集群划分的功能性指标，采用无功和有功功率平衡度作为评价指标；
步骤3，建立分布式集群划分的灵活性指标，采用集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标；
步骤4，依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果。
2.根据权利要求1所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤1中，采用基于电气距离的模块度指标。
3.根据权利要求2所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤1具体包括：
步骤1.1，建立系统内节点电压与无功功率关系式，获得无功电压灵敏度矩阵SVQ；
步骤1.2，以步骤1.1获得的无功电压灵敏度矩阵SVQ，计算节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比；
步骤1.3，以步骤1.2获得的节点j无功功率发生变化时其自身电压变化值与节点i电压变化值之比dij，计算节点i与节点j之间的电气距离；
步骤1.4，以步骤1.3中的节点i与节点j之间的电气距离Lij，计算节点i与节点j之间所连接线路的权重；
步骤1.5，步骤1.4中获得的权重建立基于电气距离的模块度指标。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤2具体包括：
步骤2.1，以t时刻集群内可提供的最大无功功率和无功功率需求值，计算各个集群的无功功率平衡度；
步骤2.2，以步骤2.1获得的各个集群的无功功率平衡度，计算各个集群的无功功率平衡度数学期望，作为系统的无功功率平衡指标；
步骤2.3，以规划研究周期内各个集群的净有功功率，计算各个集群的有功功率平衡度；
步骤2.4，以步骤2.3获得的各个集群的有功功率平衡度，计算各个集群的有功功率平衡度数学期望，作为系统的有功功率平衡指标。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤3中，使用调峰能力和集群调峰需求建立集群调峰指标；调峰能力是指，在设定响应时间尺度下，集群内各类调峰资源供给能力大于等于集群爬坡需求；集群调峰需求是指，集群净负荷的时序爬坡功率。
6.根据权利要求5所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
建立集群调峰指标包括：
步骤3.1.1，计算各个集群的调峰供给能力，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000021
式中：
Figure FDA0003462850150000022
表示集群的调峰供给能力；
Figure FDA0003462850150000023
表示可调节常规机组的调峰资源供给能力；
Figure FDA0003462850150000024
表示可中断负荷的调峰资源供给能力；
Figure FDA0003462850150000025
表示储能系统的调峰资源供给能力；
步骤3.1.2，计算集群调峰需求，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000026
式中：
∑k∈iPk(t)表示集群i中节点k在t时刻的净负荷功率；
∑k∈iPk(t-τ)表示集群i中节点k在t-τ时刻的净负荷功率；
步骤3.1.3，以步骤3.1.1获得的调峰供给能力和步骤3.1.2获得的集群调峰需求，计算集群的调峰能力，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000031
式中：
Figure FDA0003462850150000032
表示集群调峰能力；
步骤3.1.4，以步骤3.1.3获得的集群调峰能力，进行标幺化处理，得到集群调峰指标，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000033
式中：
Y4表示集群调峰指标；
c表示集群数；
T表示规划研究周期；
Figure FDA0003462850150000034
表示在规划研究周期T内集群i累计调峰需求值。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤3中，以调频为目的的有功功率调节的灵活性作为集群调频指标。
8.根据权利要求7所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
计算集群调频指标，包括：
步骤3.2.1，计算集群的调频供给能力，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000035
式中：
Figure FDA0003462850150000036
表示集群i的调频供给能力；
Figure FDA0003462850150000041
表示可调节常规机组的调频资源供给能力；
Figure FDA0003462850150000042
表示可中断负荷的调频资源供给能力；
Figure FDA0003462850150000043
表示直接控制负荷的调频资源供给能力；
Figure FDA0003462850150000044
表示储能系统的调频资源供给能力；
步骤3.2.2，以步骤3.2.1获得的集群调频供给能力，计算集群的调频能力，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000045
式中：
Δfmax表示所允许的最大频率波动范围；
KDi表示负荷频率调节效应系数；
ΔM表示集群的调频需求量，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000046
Figure FDA0003462850150000047
步骤3.2.3，以步骤3.2.2获得的调频能力，计算集群调频指标，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000048
式中：
Y5表示集群调频指标。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤3中，以集群平衡时间在规划的研究周期中的比例计算灵活性平衡时间指标。
10.根据权利要求9所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤3中，计算灵活性平衡时间指标，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000051
式中：
T表示规划研究周期；
Figure FDA0003462850150000052
表示集群灵活性供给满足灵活性需求的累计时间。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
计算无功调节指标具体包括：
步骤3.4.1，计算正常运行状态下，集群的无功功率裕量，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000053
式中：
Gk(t)表示集群k的无功功率裕量；
Qgmax(t)表示t时刻无功输出最大值；
Qd(t)表示t时刻无功负荷；
Ik表示集群k中无功电源的个数；
Jk表示集群k中无功负载的个数；
步骤3.4.2，计算电压越限状态下，集群的无功功率裕量，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000054
Figure FDA0003462850150000055
式中：
Qs(t)表示储能系统的无功输出；
M0表示储能调节系数；
M1表示惯性系数；
M2表示积分系数；
ΔU(t)表示电压偏差；
Δo(t)表示电压偏差变化率；
ΔE(t)表示电压累积变化率；
UPCCN表示储能系统连接点电压额定值；
步骤3.4.3，计算两种情况下的无功调节指标，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000061
式中：
Y7表示无功调节指标。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤4具体包括：
步骤4.1，给出同一电力系统的h种不同的集群划分方案作为h个评估样本，计算每个评估样本的各指标原始数据；
步骤4.2，在步骤4.1每个评估样本的各指标原始数据的基础上，利用隶属度函数计算样本指标数据的隶属度值；
步骤4.3，根据步骤4.2计算得到的各指标隶属度值建立的模糊评价矩阵R；
步骤4.4，采用序关系法确定每个评估样本的各评价指标的权重，形成各个指标的权重形成权重系数矩阵W；
步骤4.5，权重系数矩阵W得到之后，可以计算出综合评估结果，以如下公式表示，
B＝WR
式中：
B表示评估结果。
13.根据权利要求12所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤4.2中，选择梯型隶属度函数，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000071
式中：
a＝0，b＝0.4，c＝0.5，d＝0.9。
14.根据权利要求13所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤4.3中，以如下公式表示，模糊评价矩阵如下：
Figure FDA0003462850150000072
式中：
s表示指标的个数；
h表示样本的个数；
μi,j是样本中指标的规范化后的隶属度值。
15.根据权利要求14所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，其特征在于：
步骤4.4包括：
步骤4.4.1，根据三个不同场景下的优先级电气联系、集群功能性和集群灵活性，确定各指标的排序关系Y′1>Y′2>…>Y′7，然后计算相邻指标Y′k-1和Y′k的相关重要程度，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000073
步骤4.4.2，计算各指标的权重，以如下公式表示，
Figure FDA0003462850150000074
式中：
m表示指标的个数，即m＝7，k＝1,2,…,m。
以各个指标的权重形成权重系数矩阵W，即W＝[w1,w2,…,wm]。
16.一种分布式电源规模化并网的集群划分评估系统，运行根据权利要求1至15中任一项所述的一种分布式电源规模化并网的集群划分评估方法，包括：结构性指标模块、功能性指标模块、灵活性指标模块和综合评估模块，其特征在于：
所述结构性指标模块采用模块度作为评价指标，用于生成结构性指标Y1；
所述功能性指标模块采用无功和有功功率平衡度作为评价指标，用于生成无功功率平衡指标Y2和有功功率平衡指标Y3；
所述灵活性指标模块采用集群调峰指标、集群调频指标、灵活性平衡时间指标及无功调节指标，用于生成集群调峰指标Y4、集群调频指标Y5、活性平衡时间指标Y6和无功调节指标Y7；
所述综合评估模块用于依据所建立的分布式电源集群划分指标体系，利用隶属度函数进行模糊评价和序关系法求解权重系数，得到最终的综合评估结果。
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