一种电网有功功率分区方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种电网有功功率分区方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

新型电力系统建设背景下，新能源渗透率不断提高，不同于传统发电资源，新能源出力的不确定性和波动性使电网中输电线路常处于高峰谷差和低传输功率状态，这一方面增加了受端电网的调峰压力，不利于新能源的消纳，另一方面也影响到电网的平稳安全运行。电网分区是一种可行性的方案，应当依据电网地理分布、实际需求场景构建“分层分区控制”框架，降低电能传输损耗，提高电能质量，减少分区之间的通讯需求，降低电力系统的调控难度。传统的电网分区方式主要是根据地理位置、行政区域，以及工作人员的经验进行划分，但当电网建设工程密集、运行方式变化多样时，传统分区已经无法适应新能源的大规模接入、直流送出或馈入等复杂的电网运行环境。

目前，将复杂网络理论应用到电网区域划分已经成为一种解决上述问题的新思路。国内外学者提出了诸多不同的分区方案，大致可以总结如下：1)基于电气距离矩阵。2)基于无功电压。3)基于潮流和线路阻抗。但以上方案不符合当前电网运行状态的复杂现状，且无法确定最优分区数，分区的准确度较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种电网有功功率分区方法、系统、设备及存储介质，该方法、系统、设备及存储介质能够综合考虑高比例新能源接入以及接入可能对电网产生的影响实现对电网的有功功率分区，分区的准确度较高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面，本发明提供了一种电网有功功率分区方法，包括：

获取电网的拓扑结构中新能源消纳指标最大的线路；

将所述新能源消纳指标最大的线路作为联络线路，确定满足预设分区准则的若干候选电网有功功率分区方案；

计算各候选电网有功功率分区方案下的模块化度Q，根据模块化度Q最大的候选电网有功功率分区方案对电网进行有功功率分区。

本发明所述电网有功功率分区方法进一步的改进在于：

所述获取电网的拓扑结构中新能源消纳指标最大的线路之前还包括：

获取电网的拓扑结构、发电计划值、新能源出力预测值以及用电预测值；

根据所述电网的发电计划值、新能源出力预测值以及用电预测值计算所述电网的拓扑结构中各线路的新能源消纳指标。

电网的拓扑结构中线路(m，n)的新能源消纳指标I

其中，G为发电节点；L为负荷节点；P

所述节点i和节点j之间线路的权重ω

其中，x

所述节点i与节点j之间线路的电压等级因子γ

其中，U

所述将所述新能源消纳指标最大的线路作为联络线路，确定满足预设分区准则的若干候选电网有功功率分区方案的具体过程为：

将所述新能源消纳指标最大的线路作为联络线路，在联络线路的基础上，利用GN算法，确定满足预设分区准则的若干候选电网有功功率分区方案。

候选电网有功功率分区方案下的模块化度Q为：

其中，

本发明二方面，本发明提供了一种电网有功功率分区系统，包括：

获取模块，用于获取电网的拓扑结构中新能源消纳指标最大的线路；

确定模块，用于将所述新能源消纳指标最大的线路作为联络线路，确定满足预设分区准则的若干候选电网有功功率分区方案；

分区模块，用于计算各候选电网有功功率分区方案下的模块化度Q，根据模块化度Q最大的候选电网有功功率分区方案对电网进行有功功率分区。

本发明三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电网有功功率分区方法的步骤。

本发明四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电网有功功率分区方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的电网有功功率分区方法、系统、设备及存储介质在具体操作时，将所述新能源消纳指标最大的线路作为联络线路，确定满足预设分区准则的若干候选电网有功功率分区方案，即考虑高比例新能源接入获取候选电网有功功率分区方案，同时根据模块化度Q最大的候选电网有功功率分区方案对电网进行有功功率分区，使得分区电网能够较为充分的调度本分区的资源，将新能源波动尽量锁定在本分区内部，尽可能的实现就地消纳，降低新能源接入电网可能产生的交互影响，缓解传统分区方案存在的缺陷，实现复杂电力系统的降维控制，大大提高分区的准确度及效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的初始拓扑结构图；

图3为简化后的拓扑结构图；

图4为IEEE39节点模块化度Q与系统分区数目的关系图；

图5为IEEE39节点系统各分区节点的编号图；

图6为IEEE39节点系统的分区结果图；

图7为本发明的系统结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本发明的实施例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。

如背景技术中所指出的，国内外学者提出了诸多不同的分区方案，大致可以总结如下：1)基于电气距离矩阵。2)基于无功电压。3)基于潮流和线路阻抗。经研究发现，上述方案均没有考虑高比例新能源接入以及智能电网下需求响应资源的介入可能会对电网产生的交互影响，基于此，本发明提供了一种电网有功功率分区方法，以改善上述问题。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一

参考图1，本发明所述的电网有功功率分区方法包括以下步骤：

1)获得电网的拓扑结构、发电计划值、新能源出力预测值以及用电预测值；

2)根据所述发电计划值、新能源出力预测值以及用电预测值计算所述电网的拓扑结构中各线路的新能源消纳指标，确定新能源消纳指标最大的线路，并将该线路作为联络线路；

3)利用所述联络线路对所述电网的拓扑结构进行分区，在分区过程中，判断是否出现新的分区，当出现新的分区时，则判断所述新的分区是否满足预设分区准则，当不满足所述预设分区准则时，则转至步骤1)，得到若干候选电网有功功率分区方案，计算各候选电网有功功率分区方案下的模块化度Q，根据模块化度Q最大的候选电网有功功率分区方案对电网进行有功功率分区。

本发明通过采用启发式网络聚类算法中的GN算法，按照新能源消纳指标的大小排序分区，实现在关键传输线处将电网分区，联络线路即为新能源消纳指标最大的线路，将各线路从新能源消纳指标从高到低依次排好，再依次一条条地移走形成新的分区，直到达到预先设定的分区数为止。在社团结构的模块化中，通常使用Q函数计算得到的模块度Q值来描述社团划分的模块性水平，因此可以作为电网最优分区的评价指标，在实际电网建模时，对线路进行权重考虑，能够更加准确快速地进行电网分区，因此本发明建立基于加权网的模块度Q值，用于表示网络中同社区节点之间连边权重所占比例的实际值与期望值的差值。在此基础上，通过根据新能源消纳指标进行对电网进行分区识别，并通过分区准则对分区过程进行筛选，最后以模块度Q值作为评价指标进行电网划分，有较强的理论基础，可以快速准确的划分电网，满足智能电网背景下对于新能源的消纳需求。

图2为IEEE39节点系统模型初始拓扑结构示意图，IEEE39节点系统模型初始拓扑结构包含10台发电机组、12台变压器、46条线路及39个负荷节点(其中，29个PQ节点，9个PV节点和1个松弛节点)，步骤1)的具体操作为：

11)将实际电网抽象为初始拓扑结构，并对初始拓扑结构进行简化；

12)获得电网的发电计划值、新能源出力预测值及用电预测值；

具体的，将实际系统中的发电厂、变电站和负荷抽象为节点，输电线路作为边，按照节点收缩的原则对初始拓扑结构作进一步简化，形成电网的拓扑结构，图3为IEEE39节点电网的简化示意图。

步骤2)的具体操作为：

21)获得该电网的线路输电效率η

22)通过式(1)计算节点i与节点j之间线路的电压等级因子γ

其中，U

23)计算节点i与节点j之间线路的权重w

其中，x

24)计算新能源特征消纳指标I

其中，G为发电节点；L为负荷节点；P

24)将当前拓扑结构中新能源特征消纳指标I

为结合电网本身具有的电气性质，通常对电网结构的线路赋予权重，通过对线路赋予新的权重w

通过将新能源消纳指标I

图4为计算IEEE39节点模块化度Q与系统分区数目的关系图，从图4可以看出，当分区数目为5时，对应的分区的模块化度Q值最大，即当分区数目为5时，为满足分区准则下的最优分区方案。图5及图6为计算IEEE39节点系统各分区节点编号图，详细说明了最优分区方案在多次迭代中，不断将符合分区准则的新能源特征消纳指标I

步骤3)的具体操作为：

31)判断是否产生新的分区，当未出现新的分区，则转至步骤2)，当出现新的分区，则转至步骤32)；

32)判断新的分区是否满足分区准则，当不满足分区准则时，则将当前联络线路标记为不可设置为联络线路，再转至步骤2)，当满足分区准则，则转至步骤33)；

33)计算当前分区的模块化度Q，记录本次分区状态下的模块化度Q，其中，

其中，

34)判断网络分区是否结束，当分区未结束，则转至步骤2)，当分区已结束，则转至步骤35)；

35)对比不同分区方案下的模块化度Q，选择模块化度值Q最大的分区方案为电网最优分区方案。

通过建立基于加权网的模块度Q值评价电网分区效果，则模块度Q的值越大，则表示电网的分区效果越好，模块度Q的上限为1，越是接近1，则说明各分区内部联系越是紧密，即各分区电网能够较为充分的调度本区域的资源，将新能源波动尽量锁定在本区域内部，尽可能的实现就地消纳。

需要说明的是，本发明通过建立分区准则，对分区过程中产生的新的分区进行可行性判断，能够将大型电力网络划分成多个合理的分区网络，有利于对分区电网的实时监控和管理，不仅能够提高整个电力网络的稳定性，而且有利于系统控制和减少电网的运行成本。

实施例二

参考图7，本发明所述电网有功功率分区系统，包括：

获取模块1，用于获取电网的拓扑结构中新能源消纳指标最大的线路；

确定模块2，用于将所述新能源消纳指标最大的线路作为联络线路，确定满足预设分区准则的若干候选电网有功功率分区方案；

分区模块3，用于计算各候选电网有功功率分区方案下的模块化度Q，根据模块化度Q最大的候选电网有功功率分区方案对电网进行有功功率分区。

实施例三

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电网有功功率分区方法的步骤，其中，所述存储器可能包含内存，例如高速随机存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如，至少一个磁盘存储器等；处理器、网络接口、存储器通过内部总线互相连接，该内部总线可以是工业标准体系结构总线、外设部件互连标准总线、扩展工业标准结构总线等，总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。存储器用于存放程序，具体地，程序可以包括程序代码、所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。

实施例四

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电网有功功率分区方法的步骤，具体地，所述计算机可读存储介质包括但不限于例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器可以包括随机存储存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存、光盘、磁盘等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。