考虑多场景动态聚合的多微网同调分群等值方法及系统

技术领域

本发明涉及微电网动态聚合技术领域，特别是一种考虑多场景动态聚合的多微网同调分群等值方法及系统。

背景技术

随着环境问题的日益严峻，可再生能源得到了快速发展，这些可再生能源一般以分布式电源(Distributed Generation，DG)的形式接入电网。为了减少分布式电源直接并网对大电网的负面影响，协调两者之间的矛盾，充分发挥新能源发电的经济效益和环境效益，研究人员提出了微电网的概念。

微电网是由多种分布式电源、负荷以及能量存储、转换和控制装置等组成的自治系统。微电网一般通过隔离开关直接连接或者通过电力电子变换器接入电网。相较于隔离开关直接连接，通过电力电子变换器连接具有潮流控制和故障隔离的优势，所以通过电力电子变换器接入配电网是未来微电网接入的主要方式。而电力电子器件的非线性特性和大规模的微电网接入，将为配电网系统带来高阶非线性性，使得配电网系统动态仿真计算量剧增，仿真计算速度降低。同调等值是电力系统中常用的一种降低仿真阶数，提高仿真速度的方法。

因此，研究微电网的同调特性及分群等值方法十分具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微分同调和Kron化简理论的考虑多场景的多微网同调分群等值方法及系统，以实现不同场景下多微网动态聚合，从而达到配电网整体系统模型降阶的目标。

为此，本发明采用的一种技术方案为：考虑多场景动态聚合的多微网同调分群等值方法，其包括：

步骤1、基于微分同调理论，获取考虑不同场景下多微网的动态同调判定条件；

步骤2、计算同调判定参数并按照向上合并归类法分群；

步骤3、计算等值参数，建立等值降阶模型；

多微网的动态同调判定考虑两种场景下的同调判定条件，分别是多微网连接在同一节点和多微网连接在不同节点，并对两种情况下的同调判定条件进行处理，利用同调判定条件的变异系数作为同调判定参数描述多微网的同调程度。

进一步地，所述的步骤1考虑不同场景下的多微网动态同调判定条件，所述的动态同调判定条件如下：

1A.多微网连接在同一节点下的同调判定条件为

式中，K

1B.多微网连接在不同一节点下的同调判定条件为：

式中，U

进一步地，所述的步骤2计算同调判定参数并按照向上合并归类法分群，具体步骤如下：

2A.多微网连接在同一节点下

设定相关变量的变异系数为同调判定参数，根据同调条件，计算各微电网连接逆变器控制参数比值的同调判定参数，同调判定参数的计算公式如下：

其中，c

据计算得到的各微电网同调判定参数，对微电网进行分群；

将n微电网系统分成m个区的具体分区步骤如下：

1)最初假设给定系统的n个逆变器节点构成了n个区；

2)计算各区之间的同调判定参数，并储存结果；

3)找出同调判定参数最近的两个区，将其合并为一个新的区域，区域数减1；

4)使用区域同调判定参数定义重复步骤2)储存结果，重新计算此新区和其他区之间的同调判定参数，区域间同调判定参数遵循“最大-最小”准则，即区域S

5)重复步骤3)、4)，直到区域数为指定的数目m；

2B.多微网连接在不同一节点下

设定相关变量的变异系数为同调判定参数，根据同调条件，计算各微电网连接逆变器控制参数比值的同调判定参数，同调判定参数的计算公式如下：

其中，c

根据计算得到的各微电网同调判定参数，对微电网进行分群；

将n微电网系统分成m个区的具体分区步骤如下：

1)最初假设给定系统的n个逆变器节点构成了n个区；

2)计算各区之间的同调判定参数，并储存结果；

3)找出同调判定参数最近的两个区，将其合并为一个新的区域，区域数减1；

4)使用区域同调判定参数定义重复步骤2)储存结果，重新计算此新区和其他区之间的同调判定参数，区域间同调判定参数遵循“最大-最小”准则，即区域S

5)重复步骤3)、4)，直到区域数为指定的数目m。

进一步地，所述的步骤3计算等值聚合参数，形成等效降阶模型，具体步骤包括：

3A、连接在同一节点的逆变器参数聚合方法

连接在同一节点的逆变器参数聚合无需考虑系统网络拓扑结构，仅需要将分群内的逆变器参数进行简单聚合即可，将第一逆变器和第二逆变器等值为等值逆变器的参数聚合方法如下：

式中，

3B、连接在不同节点的逆变器参数聚合方法

首先计算各分群中的主导节点，主导节点即在分群区域中，与区域中其他节点的同调参数总和最小的节点；

然后利用Kron化简原理，将网络拓扑收缩到仅含主导节点情况；

对网络拓扑进行化简后，将各自分区内的逆变器进行等值得到等值逆变器，最后即得到降阶的化简系统模型。

更进一步地，所述的步骤3中，Kron化简方法如下：

定义所有边界节点集合为α，所有内部节点集合为β，将网络潮流公式写为下述形式：

将内部电压消去后得到下述形式：

I

其中

由于内部节点与外界没有直接潮流交换，即I

I

即网络拓扑被化简为仅有边界节点网络。

本发明采用的另一种技术方案为：考虑多场景动态聚合的多微网同调分群等值系统，其包括：

动态同调判定条件获取单元：基于微分同调理论，获取考虑不同场景下多微网的动态同调判定条件；

同调判定参数计算及分群单元：计算同调判定参数并按照向上合并归类法分群；

等值降阶模型建立单元：计算等值参数，建立等值降阶模型；

多微网的动态同调判定考虑两种场景下的同调判定条件，分别是多微网连接在同一节点和多微网连接在不同节点，并对两种情况下的同调判定条件进行处理，利用同调判定条件的变异系数作为同调判定参数描述多微网的同调程度。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

现有研究多着眼于分布式电源接入微电网的同调等值理论，少有考虑微电网接入配电网层面的同调等值理论。分布式电源接入微电网通常具有聚集特性，通常同调等值仅考虑分布式电源接入同一节点的情况，而微电网接入配电网通常具有分散分布性，各微电网之间的网络阻抗不可忽略。且通常考虑分布式电源同调分群时，考虑分布式电源采用下垂控制，而微电网多采用PQ控制。对于大规模微电网接入的配电网系统，本发明能够有效降低配电网仿真阶数，从而加快配电网系统仿真速度，为配电网系统安全稳定运行及故障暂态分析提供基础。

附图说明

图1是现有PQ控制逆变器系统结构框图；

图2是本发明向上合并归类法流程图；

图3是本发明微电网连接在同一节点情景下仿真算例结构图；

图4是本发明微电网连接在不同节点情景下仿真算例结构图；

图5是本发明多微网同调分群等值方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例子，并配合附图作详细说明如下。图3为微电网连接在同一节点情景下仿真算例结构图，图4为微电网连接在不同节点情景下仿真算例结构图。

实施例1

本实施例提供一种考虑多场景动态聚合的多微网同调分群等值方法。

在具体实施时，根据网络拓扑的不同分为两条路径进行等值模型建立，两条路径总体步骤相似，具体步骤稍有不同，图5为具体实施步骤流程图。具体实施时主要分为三步，分别是：1、根据网络拓扑确定同调判定条件，2、计算同调判定参数并分群，3、等值聚合，形成等效降阶模型。

步骤1、基于微分同调理论，分析不同场景下多微网动态同调判定条件

采用电力电子变换器连接到配电网的微电网一般采用PQ控制，且交-直-交变换器中交流-直流变换部分有稳定输出直流电压的作用，所以交-直-交变换器中的有效动态部分主要是交流-直流变换部分，即逆变器部分。微电网接入可以简单视作通过PQ控制逆变器接入，其动态聚合方法基于PQ控制逆变器模型。

根据图1的PQ控制逆变器系统结构框图，可以得到PQ控制逆变器的系统状态方程：

其中，δ

将PQ控制逆变器系统方程进行小信号化处理后，可以得到：

本发明基于微分同调理论，微分同调理论即：

在一个由N个子流形V

将微分同调进行一定的化简，可以描述为比例同调原则，即：

对于系统具有两个相似结构的元件来说，设状态量Δx

1A、多微网连接在同一节点下的同调判定

当多微网连接在同一节点时，总输出等于各微电网输出的简单加和，根据比例同调原则，得到子系统i和子系统j同调条件为：

由于当多微网连接在同一节点时，其系统状态变量的微分仅与PQ控制逆变器控制参数有关，与系统运行状态无关，所以其同调条件可以修改为：

1B、多微网连接在不同一节点下的同调判定

当多微网不是简单得连接在同一节点下，其整体系统状态方程也不再是各子系统的简单加和，其系统状态方程会收到网络拓扑的潮流约束。

网络潮流约束方程为：

其中，B

将系统网络方程进行小信号化后可以得到：

ΔP＝M

ΔQ＝M

其中ΔP和ΔQ分别是节点有功功率和无功功率变化量的列向量，Δθ是节点相角变化量的列向量，M

将网络潮流的小信号化方程带入各逆变器子系统控制方程后可以得到整体系统状态方程：

其中，K

C＝[(N

D＝-[(N

因此，得到子系统i和子系统j同调条件为：

根据公式可以看到，Δδ

步骤2、计算同调判定参数并按照向上合并归类法分群

若严格按照比例同调原则进行同调群判定，对于同调的判定过于严格，会导致同调群数目过多及系统计算阶数降低过少。为能够控制同调判定要求的宽松程度，设定一个同调判定参数，该参数的大小表示了各逆变器同调程度。

2A.多微网连接在同一节点下

设定相关变量的变异系数为同调判定参数，根据同调条件，计算各微电网连接逆变器控制参数比值的同调判定参数，同调判定参数的计算公式如下：

其中，c

据计算得到的各微电网同调判定参数，对微电网进行分群；

将n微电网系统分成m个区的具体分区步骤如下：

1)最初假设给定系统的n个逆变器节点构成了n个区；

2)计算各区之间的同调判定参数，并储存结果；

3)找出同调判定参数最近的两个区，将其合并为一个新的区域，区域数减1；

4)使用区域同调判定参数定义重复步骤2)储存结果，重新计算此新区和其他区之间的同调判定参数，区域间同调判定参数遵循“最大-最小”准则，即区域S

5)重复步骤3)、4)，直到区域数为指定的数目m；

2B.多微网连接在不同一节点下

设定相关变量的变异系数为同调判定参数，根据同调条件，计算各微电网连接逆变器控制参数比值的同调判定参数，同调判定参数的计算公式如下：

其中，c

根据计算得到的各微电网同调判定参数，对微电网进行分群；

将n微电网系统分成m个区的具体分区步骤如下，如图2所示：

1)最初假设给定系统的n个逆变器节点构成了n个区；

2)计算各区之间的同调判定参数，并储存结果；

3)找出同调判定参数最近的两个区(点)，将其合并为一个新的区域，区域数减1；

4)使用区域同调判定参数定义重复步骤2)储存结果，重新计算此新区和其他区之间的同调判定参数，区域间同调判定参数遵循“最大-最小”准则，即区域S

5)重复步骤3)、4)，直到区域数为指定的数目m。

步骤3、计算等值参数，建立等值降阶模型

3A、连接在同一节点的逆变器参数聚合方法

如图3所示，连接在同一节点的逆变器参数聚合无需考虑系统网络拓扑结构，仅需要将分群内的逆变器参数进行简单聚合即可。将第一逆变器和第二逆变器等值为等值逆变器的参数聚合方法如下：

式中，

3B、连接在不同节点的逆变器参数聚合方法

连接在不同节点的逆变器在进行系统动态聚合等值时，不仅要考虑逆变器动态聚合，还需要考虑网络拓扑的化简。

如图4所示，首先计算各分群中的主导节点，主导节点即在分群区域中，与区域中其他节点的同调参数总和最小的节点。

然后利用Kron化简原理，将网络拓扑收缩到仅含主导节点情况，Kron化简方法如下：

定义所有边界节点集合为α，所有内部节点集合为β。可以将网络潮流公式写为下述形式：

将内部电压消去后得到下述形式：

I

其中

由于内部节点无于外界相连流入流出，即I

I

即网络拓扑被化简为仅有边界节点网络。

对网络拓扑进行化简后，将各自分区内的逆变器进行等值得到等值逆变器，最后即得到降阶的化简系统模型。将第一逆变器和第二逆变器等值为等值逆变器的参数聚合方法如下：

本实施例公开了一种适用于多拓扑场景的多微网动态聚合的同调分群等值方法。该方法包括基于微分同调理论对不同场景下多微网的动态同调判定条件进行推导，根据推导所得同调判定条件计算不同场景下同调判定参数并按照向上合并归类法分群，最后根据分群结果进行等值建。该方法创新点体现在考虑了微电网接入配电网层面的同调分群等值理论，且考虑了不同网络拓扑连接场景下的微电网同调分群等值方法，该方法能有效降低配电网仿真阶数，从而加快配电网系统仿真速度，为配电网系统安全稳定运行及故障暂态分析提供基础。

实施例2

本实施例提供一种考虑多场景动态聚合的多微网同调分群等值系统，其由动态同调判定条件获取单元、同调判定参数计算及分群单元和等值降阶模型建立单元组成。

动态同调判定条件获取单元：基于微分同调理论，获取考虑不同场景下多微网的动态同调判定条件；

同调判定参数计算及分群单元：计算同调判定参数并按照向上合并归类法分群；

等值降阶模型建立单元：计算等值参数，建立等值降阶模型；

多微网的动态同调判定考虑两种场景下的同调判定条件，分别是多微网连接在同一节点和多微网连接在不同节点，并对两种情况下的同调判定条件进行处理，利用同调判定条件的变异系数作为同调判定参数描述多微网的同调程度。

所述的动态同调判定条件获取单元中，所述的动态同调判定条件如下：

1A.多微网连接在同一节点下的同调判定条件为：

式中，K

1B.多微网连接在不同一节点下的同调判定条件为：

式中，U

所述的同调判定参数计算及分群单元中，具体内容如下：

2A.多微网连接在同一节点下：

设定相关变量的变异系数为同调判定参数，根据同调条件，计算各微电网连接逆变器控制参数比值的同调判定参数，同调判定参数的计算公式如下：

其中，c

根据计算得到的各微电网同调判定参数，对微电网进行分群；

将n微电网系统分成m个区的具体分区步骤如下：

1)最初假设给定系统的n个逆变器节点构成了n个区；

2)计算各区之间的同调判定参数，并储存结果；

3)找出同调判定参数最近的两个区，将其合并为一个新的区域，区域数减1；

4)使用区域同调判定参数定义重复步骤2)储存结果，重新计算此新区和其他区之间的同调判定参数，区域间同调判定参数遵循“最大-最小”准则，即区域S

5)重复步骤3)、4)，直到区域数为指定的数目m；

2B.多微网连接在不同一节点下：

根据同调条件，计算各微电网连接逆变器控制参数比值的同调判定参数，计算公式如下：

其中，x

根据计算得到的各微电网同调判定参数，对微电网进行分群；

将n微电网系统分成m个区的具体分区步骤如下：

1)最初假设给定系统的n个逆变器节点构成了n个区；

2)计算各区之间的同调判定参数，并储存结果；

3)找出同调判定参数最近的两个区，将其合并为一个新的区域，区域数减1；

4)使用区域同调判定参数定义重复步骤2)储存结果，重新计算此新区和其他区之间的同调判定参数，区域间同调判定参数遵循“最大-最小”准则，即区域S

5)重复步骤3)、4)，直到区域数为指定的数目m。

所述的等值降阶模型建立单元，具体内容包括：

3A、连接在同一节点的逆变器参数聚合方法

连接在同一节点的逆变器参数聚合无需考虑系统网络拓扑结构，仅需要将分群内的逆变器参数进行简单聚合即可，将第一逆变器和第二逆变器等值为等值逆变器的参数聚合方法如下：

式中，

3B、连接在不同节点的逆变器参数聚合方法

首先计算各分群中的主导节点，主导节点即在分群区域中，与区域中其他节点的同调参数总和最小的节点；

然后利用Kron化简原理，将网络拓扑收缩到仅含主导节点情况；

对网络拓扑进行化简后，将各自分区内的逆变器进行等值得到等值逆变器，最后即得到降阶的化简系统模型。

所述的等值降阶模型建立单元中，Kron化简方法如下：

定义所有边界节点集合为α，所有内部节点集合为β，将网络潮流公式写为下述形式：

将内部电压消去后得到下述形式：

I

其中

由于内部节点与外界没有直接潮流交换，即I

I

即网络拓扑被化简为仅有边界节点网络。

对网络拓扑进行化简后，将各自分区内的逆变器进行等值得到等值逆变器，最后即得到降阶的化简系统模型。将第一逆变器和第二逆变器等值为等值逆变器的参数聚合方法如下：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。