一种基于集群划分的分布式储能群间协同的电压控制方法

本发明属于分布式储能领域，尤其针对分布式光伏高渗透率接入配电网后引起的节点电压越限的问题，提出一种基于集群划分的分布式储能群间协同的电压控制方法。

背景技术：

1、随着分布式光伏在配电网中渗透率的不断提高，其对配电网的安全稳定运行造成很大影响，尤其是功率倒送和节点过电压，过电压问题会直接影响到配电网的安全运行并且会增加弃光电量；一方面，对于光伏高渗透率下的配电网，功率输出周期性强，若出现电压越限问题，则在可预测的很长一段时间内，都会发生电压越限现象，且会导致光伏发电功率的浪费；另一方面，储能在配电网中呈现数量较多、位置分散等特点，在调压时还需考虑其对潮流、经济性等多种因素的影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的在基于集群划分的分布式储能群间协同的电压控制方法，旨在通过集群的控制方式对电网进行分区控制，进一步实现对于所有电压越限集群的就地消纳，降低区域间功率流动对电网产生的影响。

2、实现本发明目的采取的技术方案是：一种提高配电网中新能源消纳的分布式储能集群优化控制方法，其特征是，它包括以下步骤：

3、步骤1，建立配电网集群划分指标

4、1)以有功-电压灵敏度矩阵和边权平均值构成改进的模块化指数，反应结点间的电器耦合度；

5、2)以所述改进的模块化指数作为衡量分区质量的参数，综合考虑有功灵敏度指标，对配电网进行集群划分；

6、步骤2，建立分布式储能优化调压模型

7、1)目标函数

8、①储能经济收益，

9、②减少网络损耗带来的收益，

10、③分布式储能的等年值投资成本，

11、④分布式储能的运行维护成本；

12、2)约束条件

13、①配电网潮流约束，

14、②储能荷电状态约束，

15、③电压约束，

16、④单个集群内节点接入的des功率约束，

17、⑤节点电压与储能调节点有功功率约束；

18、步骤3，建立控制方法的评价指标

19、1)电压越限频次指标；

20、2)电压偏移率对储能配置的需求度指标；

21、步骤4，分析不同方案储能调压的有效性

22、方案一为未提前对配电网进行集群划分的分布式控制调压方案，所述未提前对配电网进行集群划分的分布式储能电压控制是根据电压灵敏度矩阵，确定附近需要动作的储能，对配电网越限电压进行就地消纳调节，综合该支路的储能额定功率和荷电状态，分配储能动作功率；

23、方案二为采用改进的模块化指数对配电网进行集群划分的分布式储能控制调压方案，所述改进的模块化指数对配电网进行集群划分的分布式储能电压控制是基于集群划分的分布式储能群间协同的电压控制方法，即采用改进的模块化指数对配电网进行集群划分，以储能运行收益最大为目标，确定储能最优的动作功率。

24、进一步，所述步骤1的1)所述改进的模块化指数，具体为：

25、

26、

27、

28、

29、式中：ρm,i为改进的模块化指数；avg(aij)表示权重的平均值；c为被划分的集群个数；psub为集群ck内分布式储能所提供的总有功功率消纳能力；pneed为消纳有功功率所需的最小值；ρ为系统模块化指数；为系统网络中所有权重之和；aij为节点i与节点j连接边的权重；ki为与i节点相连的边权之和，kj为与j节点相连的边权之和；δ(i,j)为节点i和j是否在一个集群；为有功功率的消纳能力。

30、进一步，所述步骤1的2)所述对配电网集群划分方法，具体为：

31、首先初始化系统内部所有节点，每个节点对应一个集群并计算每个集群的初始模块化指数

32、对于每一个节点i，随机从剩下的节点中与另一个节点j组成一个两节点集群，计算新的模块化指数，衡量每个候选合并节点的集群模块化指数变量如果将选择另一个节点形成新的集群，并计算新的模块化指数变量，节点i和节点j被归为同一集群，直到模块化指数变量达到最大值，并且更新模块化指数的总和集群合并过程对所有节点重复进行，直到系统的模块化指数不能进一步增加，δρ达到正的最大值；

33、将新形成的集群当作单个节点，并依次进行节点合并，从而将配电网拓扑结构更新为新的集群；

34、当没有新的节点被合并到集群时，集群划分结束，得到最终的集群划分结果。

35、进一步，所述步骤2的1)的目标函数，具体为：

36、目标函数包括储能运行收益、减少网络损耗带来的收益、分布式储能的等年值投资成本和分布式储能的运行维护成本，即：

37、

38、式中，为储能利用分时电价获得的运行收益；为减少的网络损耗收益，为分布式的等年值投资成本；为分布式储能的运行维护成本。

39、进一步，所述步骤2的2)的约束条件，具体为：

40、配电网潮流约束，即：

41、

42、式中，pi(t)、qi(t)为t时刻注入节点i的有功和无功功率；ui(t)、uj(t)为t时刻节点i和j电压幅值；gij、bij分别为节点导纳矩阵中第i行j列元素实部与虚部；δij(t)为t时刻节点i、j相角差；n为系统节点数；pi,dpv(t)、qi,dpv(t)分别为t时刻节点i分布式光伏的有功功率和无功功率；pi,des(t)为t时刻节点i的储能功率；

43、储能荷电状态约束，即：

44、

45、soc(0)＝soc(t) (8)

46、-pess,n≤pess(t)≤pess,n (9)式中，soc，min为储能荷电状态下限值，取为0.1；soc，max为储能荷电状态上限值，取为0.9；soc(t)为t时刻储能的荷电状态；初始荷电状态soc(0)等于周期末荷电状态soc(t)，取0.45；pess(t)为t时刻储能功率；pess,n为储能额定功率；

47、电压约束，即：

48、umin≤ui,t≤umax (10)

49、式中，umin为节点电压允许最小值，umax为节点电压允许最大值，ui,t为节点n在t时刻的电压值，设置配电网节点电压约束范围为0.90un-1.10un；

50、单个集群内各节点接入的des功率约束，即：

51、

52、式中，pdes,k为集群k内接入的des功率；nk为集群k内的节点数；pdes,i,k为集群k内节点i接入的des功率；

53、节点电压与储能调节点有功功率约束，即：

54、

55、

56、式中，δui,t为t时刻节点i的电压与额定电压的幅值差；ui,t为t时刻节点i的电压值；u0为线路始端节点电压标幺值，线路始端设置为平衡节点，uo＝un；δum为节点m-1与节点m之间线路的电压降落；um为节点m电压；rm和xm分别为节点m-1与节点m的电阻值与电抗值；pn(t)，qn(t)分别为t时刻节点n负荷的有功和无功功率；pn,dpv(t)，qn,dpv(t)分别为t时刻节点n分布式光伏的有功和无功功率；pn,des(t)为t时刻节点n的储能功率，若储能放电则为正值，反之则为负；smin和smax分别为储能折合充放电效率后的最小容量和最大容量。

57、进一步，所述步骤3的1)的电压越限频次指标，具体为：

58、

59、式中，x为系统运行全时段电压越限的次数；t为系统运行周期，取15分钟为时间间隔，时间跨度为365天；n为系统节点数；电压发生越限时，为1，否则为0。

60、进一步，所述步骤3的2)的电压偏移率对储能配置需求度指标，具体为：

61、

62、

63、

64、式中，dt为t时刻系统的电压偏移率，代表此时与额定电压的偏离程度；n为系统节点数；dσ为系统整体的电压偏移率，本指标接近0代表系统偏移率低，调压效果好；ui(t)为t时刻节点i的电压；un为额定电压；umin和umax为电压允许的最小值和最大值；t为系统运行周期，取15分钟为时间间隔，时间跨度为365天；δui,t为t时刻节点i的电压与额定电压的幅值差；ui,t为t时刻节点i的电压值；u0为线路始端节点电压标幺值，线路始端设置为平衡节点，uo＝un；um为节点m电压；rm和xm分别为节点m-1与节点m的电阻值与电抗值；pn(t)，qn(t)分别为t时刻节点n负荷的有功和无功功率；pn,dpv(t)，qn,dpv(t)分别为t时刻节点n分布式光伏的有功和无功功率；pn,des(t)为t时刻节点n的储能功率，若储能放电则为正值，反之则为负。

65、本发明的一种基于集群划分的分布式储能群间协同的电压控制方法，针对光伏出力造成的电压越限问题，将集群应用于配电网储能控制中，通过采用配电网集群划分指标和集群划分方法、建立分布式储能集群调压控制方法、建立控制方法的评价指标步骤，在节点电压得到控制的前提下，使得储能运行经济性最大，得到最终的储能动作策略；通过引入改进型的模块化指数概念，对配电网进行集群划分，降低了系统的功率流动，减少了网损造成的经济损失；具有方法科学合理，适用性强，效果佳等优点。