一种划分分布式能源集群的方法和装置

1.一种划分分布式能源集群的方法,其特征在于，包括：获取集群划分指标，所述集群划分指标表示对配电网的预设功能的需求，所述配电网包括多个节点，所述节点表示分布式能源和负荷；根据所述集群划分指标计算所述多个节点中的任意两节点间的电气距离，所述电气距离表示两节点划入同一集群的可行程度；使用聚类算法对所述多个节点进行划分，得到分布式能源集群，其中，所述电气距离作为所述聚类算法的相似性度量；所述使用聚类算法对所述多个节点进行划分，得到分布式能源集群之后，所述方法还包括：根据所述集群划分指标，对所述分布式能源集群建立分布式能源集群模型，所述分布式能源集群模型包括控制所述配电网运行的函数；所述集群划分指标包括调峰指标；所述电气距离由两节点的日发电量的相似程度计算得到；所述集群划分指标包括分布式能源消纳指标；所述电气距离由两节点日发电量的相似程度以及两节点之间的路径距离计算得到；所述集群划分指标包括电压质量指标；所述电气距离由两节点间电压随注入功率变化的灵敏度计算得到；所述集群划分指标包括配电网经济运行指标；所述电气距离由两节点之间的线路阻抗计算得到；所述获取集群划分指标，包括：当检测到变化调控目标指令时，从多个预设的集群划分指标中确定目标集群划分指标，所述目标集群划分指标由所述变化调控目标指令指示；1)调峰指标；对于分布式能源在调峰方面的集群划分只需选取负荷高峰时段；具体的调峰指标为：公式1：S 1 ＝max{P 1 ,...,P T }；公式1中，T表示一天24个时刻，P t 表示t时刻的出力；S 1 表示调峰指标，max表示选择最大值的函数；设置预设阈值S th1 ，当调峰指标大于S th1 时进行针对调峰的分布式能源集群控制；当调峰指标小于S th1 时则不进行针对调峰的分布式能源集群控制；2)分布式能源消纳指标；采用负荷高峰时段作为针对分布式能源消纳需求的集群划分的判断信号；在此时段内可以满足负荷和新能源出力的双向调节需求，提高分布式能源的消纳水平；3)电压质量指标；选取有调压需求的时刻，即出现电压越限情况的时刻；具体的电压质量指标为：公式2：S 3 ＝max{V 1 ,...,V N }；公式2中，N表示全网所有节点个数，V i 表示节点i的电压幅值；S 3 表示电压质量指标，max表示选择最大值的函数；设置调压要求的电压幅值V need ，当电压质量指标大于V need 时进行针对改善电压质量的分布式能源集群控制；当电压质量指标小于V need 时则不进行针对改善电压质量的分布式能源集群控制；4)配电网经济运行指标；将全网功率损耗作为配电网经济运行指标，当配电网经济运行指标过大时则选用针对配电网经济运行的分布式能源集群控制，以减少传输电能产生的功率损耗，促进配电网经济运行，同时保证动态划分的效率；具体的配电网经济运行指标为：公式3： 公式3中，N为全网节点个数，N为自然数，P i t 为节点i在t时刻的出力(电源节点则出力为正，负荷节点则出力为负)，R i0 表示节点i与大电网之间传输路径的阻值，U为配电网电压；S 4 为配电网经济运行指标；在本发明实施例中，可设置预设阈值S th4 ，当配电网经济运行指标大于S th4 时进行针对配电网经济运行的分布式能源集群控制；当配电网经济运行指标小于S th4 时则不进行针对配电网经济运行的分布式能源集群控制；电气距离表示两节点划入同一集群的可行程度；在划分分布式能源集群前，要明确划分依据，制定合理的划分依据，以作为节点间的电气距离，电气距离表示两节点划入同一集群的可行程度，其中，电气距离越小的节点划分入同一分布式能源集群越有利于控制；电气距离与目标集群划分指标相关，下面即举出其中四个示例；1)目标集群划分指标为调峰指标，电气距离由两节点的日发电量的相似程度计算得到；以调峰为目标对分布式能源进行集群划分，主要目标是为了制定分布式能源集群管理策略，充分的发挥调峰集群的优势，同时对于反调峰的集群进行主动的控制，制定合适的发电计划；由于分布式能源本身不确定性因素较多，随时间、季节变化较大，因此根据配网内各节点日发电量进行聚类，将出力特性曲线差别较大的划为同一集群，使得综合后的集群出力趋于平滑，以分布式能源集群为整体接入配电网能够有效缓解分布式能源接入给电网运行造成的冲击；基于上述目标，采用节点日发电量的相似程度来定义节点之间的电气距离L ij ，以该电气距离作为集群划分依据：公式4： 公式4中，D it 和D jt 分别表示节点i和节点j在t时刻的出力；由于分布式能源接入配电网后可看作负的负荷，即D it ＝-P pv,t ，因此节点间的出力和越小，表明两节点划分为同一集群后集群出力越趋于平滑，节点间电气距离越近，更应该划为同一集群；L ij 表示节点i和节点j之间的电气距离；L ji 表示节点j和节点i之间的电气距离；2)目标集群划分指标为分布式能源消纳指标，电气距离由两节点日发电量的相似程度以及两节点之间的路径距离计算得到；以分布式能源消纳为目标对分布式能源进行集群划分，主要目标是为了制定分布式能源集群管理策略，以充分的发挥集群的优势，促进分布式能源的消纳；就电网而言，局域电网本身传统能源的调节能力的大小，蓄能装置容量的大小，以及新能源本身的随时间变化的能源特征，共同影响着该地区分布式能源的消纳水平；一个分布式能源能否被消纳，一方面取决于自身的发电曲线，另一方面取决于该地区系统的调峰能力；就同一个地区而言，调峰能力相同，消纳水平主要取决于分布式能源的发电特征，因此可以采用调峰的集群划分方法；基于上述目标，同时结合分布式能源就近消纳的原则，采用节点日发电量的相似程度以及节点之间距离共同定义节点之间的电气距离L ij ，以该电气距离作为集群划分依据：公式5： 公式5中，D it 和D jt 分别表示节点i和节点j在t时刻的出力；将分布式能源出力看作负的负荷，即D it ＝-P pv,t ；d ij 表示从节点i到节点j之间最短路径距离；L ij 表示节点i和节点j之间的电气距离；L ji 表示节点j和节点i之间的电气距离；3)目标集群划分指标为电压质量指标，电气距离由两节点间电压随注入功率变化的灵敏度计算得到；以改善电压质量为目标对分布式能源进行集群划分，主要目标是实现集群内部电压控制策略能够有效地解决电压越限问题；针对改善电压质量的划分目标，采用节点间电压随注入功率变化的灵敏度来定义节点之间电气距离；由系统潮流计算可得修正方程：公式6： 将上式展开，得到：公式7： 消去Δθ，得到：公式8：ΔU＝(HJ -1 L-N) -1 ΔP+(JH -1 N-L) -1 ΔQ＝S P ΔP+S Q ΔQ；公式6-8中，ΔP、ΔQ、Δθ、ΔU分别为节点有功、无功、电压相角、电压幅值变化；H、N、J、L为雅克比矩阵元素；S P 为电压随注入有功变化的灵敏度矩阵，其矩阵内元素S Pij 表示节点j注入有功变化对节点i电压变化的影响程度；S Q 为电压随注入无功变化的灵敏度矩阵，其矩阵内元素S Qij 表示节点j注入无功变化对节点电压i变化的影响程度；其中，灵敏度系数越大，节点注入功率变化对电压变化影响越大，表示节点间电气距离越近，因此，可得：公式9：D ij ＝S Pii -S Pij +S Qii -S Qij ；公式9中，D ij 表征节点j的功率变化对节点i的综合影响程度；S P 为电压随注入有功变化的灵敏度矩阵，其矩阵内元素S Pij 表示节点j注入有功变化对节点i电压变化的影响程度,其矩阵内元素S Pii 表示节点i注入有功变化对节点i电压变化的影响程度；S Q 为电压随注入无功变化的灵敏度矩阵，其矩阵内元素S Qij 表示节点j注入无功变化对节点电压i变化的影响程度,其矩阵内元素S Qii 表示节点i注入无功变化对节点电压i变化的影响程度；其中，D ij 越小，表示节点j的功率变化对节点i影响越大，两节点间电气距离越小，符合距离变化特点；并且节点注入有功、无功调节对电压影响的差异由灵敏度系数的大小来体现，不需额外增加权重系数；但是，由于在实际配电网络中，并不只是节点间两两互联，使得两节点距离不止和自身节点有关，还与周围其它节点的相关；而且一般情况下，两个节点之间有且仅有一个电气距离值，即满足：公式10：L ij ＝L ji ；基于上述两个特点，可以定义节点间电气距离L ij 为：公式11： 公式11中，n是网络中所有节点个数；L ij 表示节点i与节点j之间的电气距离；D ij 表征节点j的功率变化对节点i的综合影响程度；L ji 表示节点j和节点i之间的电气距离；4)目标集群划分指标为配电网经济运行指标，电气距离由两节点之间的线路阻抗计算得到；随着分布式能源的不断接入，电力用户的自主参与性也不断提高，用户之间的可选择性也提高，集群化的思想主要是在配电网合理划分的基础上，使用户在集群内部以整个集群的网损最小为目的进行合作，通过合作，大大减少整体配电网的线路损耗，避免用户之间的远距离能量传输，促进配电网的经济运行；基于上述目标，为了使用户间尽量实现电能的就近传输，以不同节点之间的线路阻抗定义节点间电气距离；两节点间阻抗越大，在这两节点间进行电能传输产生的线路损耗也就越大，不利于划分入一个集群；由于配电网中用电阻代替线路的阻抗，以进行线损计算，这可以简化模型，同时不失精度，从而可得：公式12：L ij ＝R ij ；公式12中，L ij 表示节点i和节点j之间的电气距离，R ij 表示根据配电网的拓扑结构得出的从节点i到节点j之间最优传输路径上的各段线路电阻之和；步骤203：使用聚类算法对多个节点进行划分，得到分布式能源集群；其中，电气距离作为聚类算法的相似性度量；例如，聚类算法为K-means算法，根据不同的应用环境，选取上述的电气距离作为聚类算法的相似性度量进行集群划分；K-means聚类算法的目的是使得集群内部节点与集群中心间距离的平方和最小，即将电气距离较近的节点划分入同一集群，将电气距离较远的划分为不同集群；因此，分布式能源集群划分的目标函数如下：公式13： 公式13中， 是节点j与聚类中心ε i 之间的距离，|C i |表示集群i中的样本个数；i、j为正整数，min为求最小值函数；K表示形成的K个互不相交的集群，K为自然数；步骤204：根据目标集群划分指标，对分布式能源集群建立分布式能源集群模型；其中，分布式能源集群模型包括控制配电网运行的函数；具体可以为面向不同功能需求建立的控制目标函数和约束条件；通过分布式能源集群模型，可以实现在集群划分的基础上完成基于集群化的优化控制；分布式能源集群模型和目标集群划分指标对应，下面即举出其中四个示例；1)目标集群划分指标为调峰指标；分布式能源调峰策略的研究主要是为了应对大量间歇性电源并网所带来的冲击，提高系统的调峰能力；对于反调峰的集群，充分利用储能系统的灵活调峰特性进行快速的双向调节；根据已有负荷预测曲线，计算得到日负荷平均功率，并考虑分布式储能系统在调峰的过程中本身具有各种约束条件，将储能系统参与调峰的充放电功率上下限值确定下来，然后与负荷曲线相比较，确定各个时间段内的充放电功率，具体数学表达式如下：公式14： 公式15： 公式14、和公式15中，P d 、P c 为负荷峰谷时间段的负荷值；P 2 为储能系统充电功率下限值；P 1 为储能系统放电功率上限值；Δt为单位时间；E为储能系统容量；P max 、P min 为负荷峰谷值；P t 表示t时刻的出力；P av 为单日内负荷平均功率；T表示时刻；此外，充电时间区域总功率要大于等于放电时间区域，且两者在各自时间段内的积分均小于储能系统的总配置容量；以P av 为中心，ΔP为步长进行迭代，其中P 1 ＝P av +ΔP，P 2 ＝P av -ΔP；在迭代过程中必须要满足约束条件：公式16： 公式17： 公式18：E c -E d ＜ε；公式16和17中，E c 表示总的充电能量，E d 表示总的放电能量，两者之差要小于常数ε，ε为接近零的常数；P d 、P c 为负荷峰谷时间段的负荷值；P 2 为储能系统充电功率下限值；P 1 为储能系统放电功率上限值；Δt为单位时间；当上述条件有一个无法满足时，重新返回迭代P 1 ＝P 1 +ΔP，P 2 ＝P 2 -ΔP，直到所有条件满足为止；当实际负荷大于设定的储能系统放电功率上限值P 1 时，储能系统放电；当实际负荷在区间[P 2 ,P 1 ]内时，储能系统不动作；当实际负荷小于设定的储能系统充电功率下限值P 2 时，储能系统充电；2)目标集群划分指标为分布式能源消纳指标；分布式能源消纳策略的研究主要是为了减少分布式能源大量接入造成的弃风电能、弃光电能现象，尽可能多的消纳风能源和光能源发电量，并且降低系统的运行成本，即：公式19： 公式20： 公式19和20中，T为所选时段集合；M 1 表示集群内部的所有分布式风光节点数；N表示集群内部的所有负荷节点数；C P 为单位弃光、弃风惩罚费用； 为节点i在t时刻弃光、弃风量， P i,t 为t时刻分布式能源i出力，ΔP i,t 表示节点i最终利用的有功功率； 表示与电网进行能量交互的成本， 是与电网进行能量交互的电量，当 需要从大电网购电，当 多余电量上网；P b 是从大电网的购电电价；P s 是向大电网的售电电价；作为分布式能源消纳策略中的控制变量ΔP i ，由于分布式发电的技术特性及自身容量限制，分布式发电的有功出力需要满足公式21约束：公式21：0≤ΔP i,t ≤P i,t ；储能能够根据电网的运行状态，灵活地改变自身的出力，以达到控制目的，但必须要保证不超过储能装置本身的容量，即：公式22： 公式22中， 和 分别为节点i处储能装置容量上下限； 表示节点i在t时刻的储能情况；3)目标集群划分指标为电压质量指标；分布式能源调压策略的研究主要是解决分布式能源大量接入对配电网造成的电压越限问题，通过调节集群内部分布式能源节点的有功出力的缩减和无功功率的吸收量，来改善集群内部的电压质量；为了保证有效利用分布式能源，应保证达到要求调压质量的同时应保证尽可能减少功率调节量：公式23： 公式23中，M表示分布式能源节点数，ΔP i 表示节点i产生的有功削减量，ΔQ i 表示节点i产生的无功吸收量；大规模接入分布式能源造成的电压质量问题主要是电压越限现象严重，调压控制后配电网节点电压越限程度可表示为：公式24：f 2 ＝max{V 1 ,...,V N ,V need }-V need ；公式24中，N表示集群内部所有节点个数，V i 表示节点i的电压幅值，V need 表示调压要求的电压幅值当有节点电压越限时，f 2 ＞0，大小为电压越限最严重的节点电压与调压要求的差值；当没有节点电压越限时，f 2 ＝0；针对电压质量的改善，还可以尽可能减小节点电压偏差，避免电压波动较大，可表示为：公式25：f 3 ＝max|V i -V need |,i＝1,2,3,...,N；公式25中，N表示集群内部所有节点个数，V i 表示节点i的电压幅值，V need 表示调压要求的电压幅值；因此，集群调压优化目标为：公式26：min f＝λ 1 f 1 +λ 2 f 2 +λ 3 f 3 ；公式26中，λ 1 、λ 2 、λ 3 分别是f 1 、f 2 、f 3 的权重系数，由于解决电压越限问题是此次调压策略设计的重点，即优先完成的调压指标，因此，可把权重系数λ 2 设置的较大，以较好地解决电压越限问题；因为功率调节量与电压调节量数量级可能不相同，通过调节权重系数，兼顾两个调压目标的实现，在获得良好的电压质量的同时，尽量减小功率的改变量；对于各类分布式能源的调节能力约束，分布式能源的功率调节范围受限于自身容量等因素，因此有一定的调节限制：公式27：0≤ΔP i ≤ΔP imax ；公式28：0≤ΔQ i ≤ΔQ imax ；公式27和28中，ΔP i 表示节点i产生的有功削减量；ΔQ i 表示节点i产生的无功吸收量；ΔP imax 表示节点i产生的有功削减量的最大值；ΔQ imax 表示节点i产生的无功吸收量的最大值；4)目标集群划分指标为配电网经济运行指标；分布式能源在经济运行方面的控制策略主要是尽可能减小整个配电网中由于节点之间电能传输而产生的功率损耗，控制变量是节点之间传输的电量，在集群内部制定最优的能量传输方案，使得整体集群产生的功率损耗最小，即：公式29： 公式29中，P loss 表示整个集群内部的功率损耗；N为集群内部的节点数； 表示节点i与节点j之间的功率传输量； 为节点i除了集群内部自主传输的电能外，再与大电网进行的电能传输量；R ij 表示节点i与节点j之间的传输路径的阻值；R i0 表示节点i与大电网之间传输路径的阻值；U为配电网电压；在针对经济运行方面进行控制时，应该尽可能地利用分布式能源出力，保证分布式能源的利用率，因此，分布式能源节点i应满足其出售给其它节点的电能之和等于自身出力，即：公式30： 公式30中， 表示节点i对应的分布式能源在t时刻的出力； 表示节点i与节点j之间的电能传输量；N为集群内部的节点个数；对于负荷节点来说，保证用户的用电体验非常重要，就是保证用户购得的电能与自身的电能需求一致，即：公式31： 公式31中， 表示节点i对应的分布式能源在t时刻的出力； 表示节点i与节点j之间的电能传输量；N为集群内部的节点个数；储能能够根据电网的运行状态，灵活地改变自身的出力，以达到控制目的，但必须要保证不超过储能装置本身的容量，即：公式32： 公式32中， 和 分别为节点i处储能装置容量上下限； 表示节点i与节点j之间的电能传输量；N为集群内部的节点个数。 2.一种动态划分分布式能源集群的装置,用于执行权利要求1中所述的划分分布式能源集群的方法，其特征在于，包括：获取单元，用于获取集群划分指标，所述集群划分指标表示对配电网的预设功能的需求，所述配电网包括多个节点，所述节点表示分布式能源和负荷；计算单元，用于根据所述集群划分指标计算所述多个节点中的任意两节点间的电气距离，所述电气距离表示两节点划入同一集群的可行程度；划分单元，用于使用聚类算法对所述多个节点进行划分，得到分布式能源集群，其中，所述电气距离作为所述聚类算法的相似性度量；所述装置还包括建立单元；所述建立单元，用于根据所述集群划分指标，对所述分布式能源集群建立分布式能源集群模型，所述分布式能源集群模型包括控制所述配电网运行的函数；所述获取单元，还用于当检测到变化调控目标指令时，从多个预设的集群划分指标中确定目标集群划分指标，所述目标集群划分指标由所述变化调控目标指令指示。