一种配电网动静态混合分区方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及配电网运维领域，具体涉及一种配电网动静态混合分区方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

新型配电网接入了大量的可再生能源，其中分布式光伏是新型配电网的一个重要组成部分。分布式光伏的接入在一定程度上缓解了能源危机和环境问题，但同时也会改变配电网的潮流分布，影响配电网的电能质量，给配电网带来更多不确定性。这对新型配电网的电压控制和资源调配都提出了更高的要求，因此分区控制在新型配电网中得到了较为广泛的应用。

实现配电网分区控制的一个重要步骤就是对配电网进行划分，将配电网划分为若干个子区域，将整个配电网的优化问题转化为若干个子问题，并分别对其进行求解，减轻配电网的计算负担。配电网区域划分的原则就是将其划分为若干个“区域内强耦合，区域间强耦合”的子区域。传统配电网主要是根据地理位置、行政区域以及过往配电网的运行经验进行区域划分，这种分区方式没有考虑到配电网的实际运行情况和节点间的电气特性，难以满足新型配电网调度和优化的需求。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种配电网动静态混合分区方法、系统、设备及存储介质，该技术方案考虑了配电网的实际运行情况和节点间的电气特性，能够满足新型配电网调度和优化的需求。

技术方案：本发明的一种配电网动静态混合分区方法，包括以下步骤：

获取配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载，基于配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载计算配电网的有功功率比例系数γ；

基于配电网的有功功率比例系数γ选择不同的分区策略，当配电网的有功功率比例系数γ大于预设的判别阈值时采用动态分区策略；当配电网的有功功率比例系数γ小于预设的判别阈值时采用静态分区策略；

基于配电网的电耦合强度计算静态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于光伏出力与节点有功负载的比例计算动态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于不同分区策略下配电网节点的耦合程度，采用社区挖掘算法对配电网进行区域划分，得到配电网的初始分区方案；

基于配电网的初始分区方案，计算当前配电网各个子区域的节点数量，将节点数小于预设值的子区域与相邻的子区域进行合并，得到配电网最终的分区策略。

进一步的，所述配电网的有功功率比例系数γ为配电网当前时刻所有的光伏出力总和与配电网的有功功率负载总和的比值。

进一步的，所述静态分区策略包括：

根据配电网的线路传输能力和等效导纳计算出配电网节点间的电耦合强度，并将电耦合强度作为配电网节点间耦合程度的衡量指标。

进一步的，所述配电网的电耦合强度基于配电网线路的能量传输能力以及等效导纳计算得到。

进一步的，所述配电网的电耦合强度计算公式如下：

式中，C

采用静态分区策略时，节点i和节点j的耦合程度A

A

式中，E

进一步的，基于光伏出力与节点有功负载的比例计算动态分区策略下配电网节点的耦合程度，包括：

基于等值导纳矩阵的潮流追踪方法得到发电机g注入节点l的功率，基于发电机g注入节点l的功率计算得到发电机g注入节点l的有功功率；

基于发电机g注入节点l的有功功率计算得到发电机g流入节点l的有功功率与节点l的有功负载的比例w(g,l)，通过杰卡德系数计算节点i和节点j的耦合程度。

进一步的，基于等值导纳矩阵的潮流追踪方法得到发电机g注入节点l的功率，基于发电机g注入节点l的功率计算得到发电机g注入节点l的有功功率，包括：

基于等值导纳矩阵的潮流追踪方法得到发电机g注入节点l的功率：

S(g,l)＝U

式中，U

基于发电机g注入节点l的功率计算得到发电机g注入节点l的有功功率：

P(g,l)＝re(S(g,l))

式中，re(S)表示矩阵S的实部。

进一步的，基于发电机g注入节点l的有功功率计算得到发电机g流入负荷l的有功功率与节点l的有功负载的比例w(g,l)，通过杰卡德系数计算节点i和节点j的耦合程度，包括：

基于发电机g注入节点l的有功功率计算得到发电机g流入节点l的有功功率与节点l的有功负载的比例w(g,l)：

式中，P(g,l)表示发电机g注入节点l的有功功率；P

通过杰卡德系数计算节点i和节点j的耦合程度：

式中，w

基于相同的发明构思，本发明的一种配电网动静态混合分区系统，包括：

计算模块，用于获取配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载，以及用于基于配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载计算配电网的有功功率比例系数γ；

动静态分区策略确定模块，用于基于配电网的有功功率比例系数γ选择动态分区策略或静态分区策略；

初始分区方案确定模块，用于基于配电网的电耦合强度计算静态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于光伏负载有功占比计算动态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于不同分区策略下配电网节点的耦合程度，采用社区挖掘算法对配电网进行区域划分，得到配电网的初始分区方案；

子区域合并模块，用于基于配电网的初始分区方案，计算当前配电网各个子区域的节点数量，将节点数小于预设值的子区域与相邻的子区域进行合并，得到配电网最终的分区策略。

基于相同的发明构思，本发明的一种配电网动静态混合分区设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该电子设备实现如上述配电网动静态混合分区方法的步骤。

基于相同的发明构思，本发明的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上述配电网动静态混合分区方法的步骤。

有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本专利所提出的动静态混合分区考虑了当前分布式光伏出力波动对配电网潮流的影响，提出配电网有功功率比例系数，根据实时配电网有功功率比例系数采用不同分区策略，相比传统的静态分区策略灵活性更强，且能够降低配电网电压偏移量，更好地满足可再生能源高渗透率的配电网调度和优化的需求；

(2)本专利基于等值导纳矩阵，利用潮流追踪的方法量化光伏对配电网节点的出力情况，用于计算有大量光伏接入配电网情况下各节点的耦合程度，实现对配电网的动态分区。

(3)本专利在分区方案调整时，只需要对部分子区域进行合并或是对子区域的边界进行调整，计算效率高。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种配电网动静态混合分区方法的流程示意图；

图2为本发明实施例公开的改进的IEEE33节点配电网拓扑图；

图3为本发明实施例公开的一种动态分区策略下配电网节点耦合程度计算方法流程示意图；

图4为本发明所述配电网动静态混合分区方法在IEEE33节点配电网实施所得到的不同时刻下的分区结果图；

图5为采用本发明所述配电网动静态混合分区方法进行分区自治后的电压结果图；

图6为本发明实施例公开的一种配电网动静态混合分区系统的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的一种配电网动静态混合分区设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上有益效果具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本发明中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计与树条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所述功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例公开的一种配电网动静态混合分区方法的流程示意图。图1所描述的配电网动静态混合分区方法应用于电力系统中，如用于配电网区域划分等，本发明实施例不做限定。如图1所示，该电网动静态混合分区方法可以包括以下操作：

S1、获取配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载，基于配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载计算配电网的有功功率比例系数γ。

在此步骤中，配电网的有功功率比例系数γ为配电网当前时刻所有的光伏出力总和与配电网的有功功率负载总和的比值。

本实施例中，如图2所示，算例采用改进的IEEE33节点配电网，该配电系统包括32条支路，5台分布式光伏，5台静止无功补偿器以及5个储能系统。

S2、基于配电网的有功功率比例系数γ选择不同的分区策略，当配电网的有功功率比例系数γ大于预设的判别阈值时采用动态分区策略；当配电网的有功功率比例系数γ小于预设的判别阈值时采用静态分区策略。具体的：

当配电网的有功功率比例系数γ大于预设的判别阈值时采用动态分区策略，通过基于等值导纳矩阵的潮流追踪方法计算光伏发电机注入节点的有功功率与节点有功负载的比例，并在此基础上采用杰卡德系数作为配电网节点间耦合程度的衡量指标；当配电网的有功功率比例系数γ小于预设的判别阈值时采用静态分区策略，根据配电网的线路传输能力和等效导纳计算出配电网节点间的电耦合强度，并将电耦合强度作为配电网节点间耦合程度的衡量指标。

本实施例中，当γ大于判别阈值γ

需要说明的是，本实施例中的判别阈值γ

S3、基于配电网的电耦合强度计算静态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于光伏出力与节点有功负载的比例计算动态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于不同分区策略下配电网节点的耦合程度，采用社区挖掘算法对配电网进行区域划分，得到配电网的初始分区方案。

在此步骤中，在采用静态分区策略时，基于配电网线路的能量传输能力以及等效导纳计算配电网的电耦合强度，基于配电网的电耦合强度计算静态分区策略下配电网节点的耦合程度。

配电网的电耦合强度计算公式如下：

式中，

节点i和节点j的耦合程度A

A

式中，E

在此步骤中，如图3所示，基于光伏出力与节点有功负载的比例计算动态分区策略下配电网节点的耦合程度，具体包括以下步骤：

S301、基于等值导纳矩阵的潮流追踪方法得到发电机g注入节点l的功率，基于发电机g注入节点l的功率计算得到发电机g注入节点l的有功功率。具体包括：

基于等值导纳矩阵的潮流追踪方法得到发电机g注入节点l的功率：

S(g,l)＝U

式中，U

基于发电机g注入节点l的功率计算得到发电机g注入节点l的有功功率：

P(g,l)＝re(S(g,l))

式中，re(S)表示矩阵S的实部。

S302、基于发电机g注入节点l的有功功率计算得到发电机g流入节点l的功率与节点l的有功负载的比例w(g,l)，通过杰卡德系数计算节点i和节点j的耦合程度。具体包括：

基于发电机g注入节点l的有功功率计算得到发电机g流入节点l的功率与节点l的有功负载的比例w(g,l)：

式中，P(g,l)表示发电机g注入节点l的有功功率；P

通过杰卡德系数计算节点i和节点j的耦合程度：

式中，w

基于不同分区策略下配电网节点的耦合程度，采用社区挖掘算法对配电网进行区域划分，得到配电网的初始分区策略。

S4、基于配电网的初始分区方案，计算当前配电网各个子区域的节点数量，将节点数小于预设值的子区域与相邻的子区域进行合并，得到配电网最终的分区策略。

本实施例中，将节点数量少于判别阈值n

需要说明的是，本实施例中的判别阈值n

如图4所示，图4中的(a)图表示配电网在12:00的分区结果，图4中的(b)图表示配电网在16:00的分区结果,图4中的(c)图表示配电网在19:00的分区结果。可以看出，12：00时，配电网被划分为四个区域。16：00时刻，子区域1和子区域2发生合并，配电网分区数量变为三个。19：00时刻的分区将16：00时刻时的子区域1分为了两个子区域，并在此基础上对子区域的边界进行了调整。除此之外，在不同时段分区结果下，各子区域内均存在储能设备用于平抑子区域内光伏出力的波动，同时各个子区域都装配有静止无功补偿器用于电压调节。证明了本方法能够满足配电网分区自治的需求且在进行分区调整时不会占用过多资源。

为验证分区效果，将配电网静态分区方法作为对比算例。考虑配电网的潮流约束、光伏约束、储能约束、静止无功补偿器约束，建立了一个以配电网网损最小化为目标的配电网优化模型，分别基于静态分区方案和动静态混合分区方案进行分区自治。如图5所示，图5中的(a)图表示12:00时刻的配电网分区自治电压，图5中的(b)图表示16:00时刻的配电网分区自治电压。可以看出，基于本发明的配电网动静态混合分区方法对配电网进行分区自治，在12：00时刻配电网的电压维持在0.98-1.0之间，在16：00时刻，采用静态分区的配电网电压在0.97-1.0之间，而采用动静态混合分区的配电网电压在0.98-1.0之间。证明了利用本方法进行配电网分区自治在一定程度上能够平抑配电网的电压波动。

实施例2

请参阅图6，图6为本发明实施例公开的一种配电网动静态混合分区系统的结构示意图，该系统可以实现配电网区域划分，具体包括：

计算模块，用于获取配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载，以及用于基于配电网当前时刻所有的光伏出力和配电网的有功功率负载计算配电网的有功功率比例系数γ；

动静态分区策略确定模块，用于基于配电网的有功功率比例系数γ选择动态分区策略或静态分区策略；

初始分区方案确定模块，用于基于配电网的电耦合强度计算静态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于光伏负载有功功率占比计算动态分区策略下配电网节点的耦合程度，基于不同分区策略下配电网节点的耦合程度，采用社区挖掘算法对配电网进行区域划分，得到配电网的初始分区策略；

子区域合并模块，用于基于配电网的初始分区方案，计算当前配电网各个子区域的节点数量，将节点数小于预设值的子区域与相邻的子区域进行合并，得到配电网最终的分区策略。

实施例3

请参阅图7，图7为本发明实施例公开的一种配电网动静态混合分区设备的结构示意图。其中，图7所描述的设备能够应用于电力系统，如用于配电网区域划分等，本发明实施例不做限定。

如图7所示，该设备可以包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该电子设备实现如上述实施例所述方法的步骤，并能达到与上述方法一致的技术效果。

存储器可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器。设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储器可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(通常称为“硬盘驱动器”)。具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

处理器通过运行存储在存储器中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例一所提供的方法。

实施例4

本发明实施例4还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上述实施例所述方法的步骤，并能达到与上述方法一致的技术效果。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。