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基于电气距离的主动配电网集群划分和调压方法研究

2018-04-02 09:59:00
分类: 技术应用
导读

随着分布式可再生能源的大量接入,配电网的规划和运行面临着新的问题与挑战。为了提高可再生能源的消纳比例和调度运行效率,需要将配网系统划分为不同的集群,并在相应的关键节点上配置储能和智能测控装置。本文提出以等效阻抗作为电气距离的量化参数,使用K-means算法划分集群,并将群内关联度、群间关联度、集群规模、集群内部连接性等指标综合起来判断划分结果的优劣。对IEEE 33节点系统进行了划分和计算,对配电网电压调节的试验仿真结果验证了本文中所提方法的合理性和有效性。

黄少雄1,丁津津2,张道农3,李圆智2

1.国网安徽省电力公司;2.国网安徽省电力公司电力科学研究院;

3.华北电力设计院有限公司

摘 要:随着分布式可再生能源的大量接入,配电网的规划和运行面临着新的问题与挑战。为了提高可再生能源的消纳比例和调度运行效率,需要将配网系统划分为不同的集群,并在相应的关键节点上配置储能和智能测控装置。本文提出以等效阻抗作为电气距离的量化参数,使用K-means算法划分集群,并将群内关联度、群间关联度、集群规模、集群内部连接性等指标综合起来判断划分结果的优劣。对IEEE 33节点系统进行了划分和计算,对配电网电压调节的试验仿真结果验证了本文中所提方法的合理性和有效性。

1 引言

大规模分布式可再生能源与配电网的联合运行,给电压合格率、稳定性、供电可靠性、电能质量、继电保护等方面带来挑战[1-2]。目前,对分布式电源及配电网的研究多以工业园区[3]、海岛[4],实验平台[5-6]为研究对象,规模不大,对象相对简单,亟待深入进行高渗透率分布式电源接入配电网网架结构分析和分区划分下的优化运行研究。

为了提高可再生能源集群的消纳比例和调度运行效率,需要将配网系统划分为不同的集群,并在相应关键节点上配置储能和智能测控装置。目前,基于配网系统的集群划分尚处于探索阶段。文献[7]根据节点的动态特性和静态特性将系统划分成不同“区块”,文献[8]使用人工神经网络将系统划分为各个“子群”。

本文采用等效阻抗作为电气距离的量化参数,使用K-means算法进行集群划分,并将群内关联度、群间关联度、集群规模、集群内部连接性等指标综合在一起作为判断集群划分优劣的目标函数。在实际算例中,对IEEE标准33节点进行划分,给出集群划分性能指标和划分结果,最后通过对主动配电网电压的调节来验证算法的合理性和有效性。

2 集群划分

由于可再生能源渗透率的不断增加,为了达到在县域配电网范围内的分布式电源合理规划和并网消纳,考虑采用集群的方法实现不同区域内分布式电源和负荷的最佳匹配。本文以电气距离为基础,以电压等级为参考,进行合理的集群划分。

2.1 集群划分目标

传统配电网一般为单电源的放射状链式结构,本文研究以集群内部节点间的电气距离最小为目标进行初步划分。通过反复迭代改变分组,使得同一集群中的电气距离逐渐变小,而不同集群间电气距离逐渐变大,最终获得合理的集群划分。

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3 集群划分合理性判断

为了合理衡量集群划分结果,将多个集群划分指标进行综合考虑,通过加入权重因子,可以用来调节各个指标在综合指标中的比重。

3.1 集群内部关联度指标(Electrical Cohesiveness Index,ECI)

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4 基于电气距离的IEEE 33节点系统集群划分

4.1 IEEE 33节点系统集群划分

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从表1和图3可以看出,节点3、7、4与系统整体的电气距离最短,其次是节点24、8和23。考虑选取总电气距离较小的节点为初始聚类中心,进行集群划分。

4.2 K-means聚类方法及结果

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4.3 集群划分指标的验证

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表3中显示了集群划分数目不同而得到的目标函数值。从表中可以看出,并不是数目多,集群划分的效果就理想。因为集群数过多,可能出现连通性指标 ,控制成本急剧增加,丧失了集群划分与控制的意义。综合表2和表3,将IEEE 33节点系统划分为5个集群时,此时目标函数值最大,也就是划分的效果最佳。可以以此划分结果为基础,增加分区控制策略,优化配电网的调度运行特性。

5 基于集群的主动配电网集群电压调节

5.1 确定DG接入的IEEE 33节点模型

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6 总结

本文较为详细的介绍了主动配电网集群划分原则与方法,提出采用等效阻抗作为计算电气距离的量化参数。然后基于K-means算法对IEEE33标准节点系统进行了集群划分。最后建立多目标的目标函数来判断集群划分的优劣,并以此为基础开展基于集群的主动配电网电压调节。

因为电气距离的物理意义和表达形式多种多样,而且每次K-means集群划分的结果也均有所不同,今后将进一步研究电气距离的多种表现形式,详细计算集群划分后主动配电网提升指标,改进和更换集群划分算法,以更好的实现群内自治、群间协调,有效提高主动配电网的电压调节能力。

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参考文献

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[10] Bompard E,Napoli R,Xue F.Analysis of structural vulnerabilities in power transmission grids[J].International Journal of Critical Infrastructure Protection,2009,2(2):5-12.

作者简介

黄少雄(1985- ),硕士,高级工程师,主要从事电力系统自动化相关工作。

丁津津(1985- ),博士研究生,工程师,主要从事电力系统自动化相关工作。

张道农(1961- ),教授级高级工程师/设计总工程师,全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会委员、全国时间频率计量委员会委员、中国电工技术学会理事、中国电工技术学会电力系统控制与保护专业委员会委员、全国电力系统管理及其信息交换标准化委员会委员、WAMS及时间同步工作组组长,中国电机工程学会高级会员,主要从事继电保护及安全自动装置的设计与研究以及大型工程项目的项目管理工作。

李圆智(1990- ),硕士,高级工程师,主要从事电力系统自动化相关工作。

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来源:万选通资讯
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