CN109599895A - 一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法，包括以下步骤：S100、通过卫星航拍和现场勘查评估分布式光伏资源总量，将屋顶分为光伏屋顶和普通屋顶；S200、建立分布式光伏屋顶比例图；S300、根据分布式光伏屋顶比例图进行聚类分析，初步确定分布式光伏插座点的位置；S400、将分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点，判断对电网的电压质量、谐波、短路电流和负载率的影响是否满足指标要求，若不满足指标要求，重新进行聚类分析，优化分布式光伏接入分布式光伏插座点的位置；S500、根据现场的实际环境和地理资产因素，最终确定分布式光伏插座点的位置；S600、将分布式光伏通过分布式光伏插座点接入，使得分布式光伏的接入安全可靠。

Description

一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法

技术领域

本发明涉及分布式光伏接入方法，尤其涉及一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法。

背景技术

作为典型的清洁可再生资源，分布式光伏由于其资源丰富、应用范围广等特点，近年来得到了飞速的发展。对于屋顶良好的工业园区，分布式光伏发电更是受到了投资商的青睐。但大规模的分布式光伏发电接入会对电网规划、建设、运行维护和安全稳定运行等方面都产生较大的影响，如何实现统一管理工业园区多个分布式光伏接入工作，避免区域内电网质量超出允许偏差范围及线路负载不平衡的问题，以促进分布式光伏接入对电网的友好发展是目前研究的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法，实现分布式光伏可以安全可靠地接入。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、通过卫星航拍和现场勘查评估分布式光伏资源总量，将屋顶分为分布式光伏资源总量大于等于设定值的光伏屋顶和分布式光伏资源总量小于设定值的普通屋顶；

S200、建立分布式光伏屋顶比例图；

S300、根据分布式光伏屋顶比例图进行聚类分析，初步确定分布式光伏插座点的位置；

S400、将分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点，判断对电网的电压质量、谐波、短路电流和负载率的影响是否满足指标要求，若不满足指标要求，重新进行聚类分析，优化分布式光伏插座点的位置；

S500、根据现场的实际环境和地理资产因素，最终确定分布式光伏插座点的位置；

S600、将分布式光伏通过分布式光伏插座点接入。

进一步的，所述S200中的分布式光伏屋顶比例图包括光伏屋顶的位置和各个屋顶之间的距离。

进一步的，所述聚类分析采用K-均值聚类算法，包括以下步骤：

S301、根据分布式光伏插座点的分布式光伏接入容量选择聚类的屋顶范围和聚类的个数K；

S302、任意产生K个聚类，对S301中确定的屋顶范围通过空间分割法确定聚类中心，该聚类中心即为分布式光伏插座点的位置。

进一步的，所述空间分割法包括以下步骤：

S3021、在屋顶范围内构成多边形；

S3022、将多边形内包含的多个分散的光伏点分割成多个三角形，每个三角形内均含有一个完整的光伏屋顶；

S3023、对多边形进行重心计算，得到的重心坐标即为聚类中心。

进一步的，所述多边形的重心坐标G(x_m，y_m)的计算方法如下：

其中，x_m为重心坐标的X坐标值，y_m为重心坐标的Y坐标值，n为三角形的数量，三角形的重心坐标为G_i(x_i，y_i)。

进一步的，单个所述分布式光伏插座点的分布式光伏接入容量为4-6兆瓦。

进一步的，所述电压质量的指标为电压偏差：

电压偏差＝(实际电压-额定电压)/额定电压×100％。

进一步的，所述谐波的指标为谐波电流允许值I_hi：

其中，I_hi为第i个用户注入公共连接点的第h次谐波电流允许值，S_k1为公共连接点的实际最小短路容量，S_k2为基准短路容量，I_hp为第h次谐波电流允许值，S_i为第i个用户的用电协议容量，S_t为公共连接点的***供电设备容量，a为相位叠加***。

进一步的，所述短路电流的指标为短路电流超标节点增加比例K_SC：

其中，K_SC为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后短路电流超标节点增加比例，N_SCDG为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后短路电流超过开关遮断容量95％节点的个数，N_SC为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点前短路电流超过开关遮断容量95％节点的个数，nNODI为区域某一电压等级电网短路电流计算节点的个数。

进一步的，所述负载率的指标包括线路负载率T_L和主变负载率TS:

其中，T_L为线路负载率，P_L为线路安全电流限值的线路容量，K_L为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后线路最大功率，S_L为线路自身的最小计算负荷；

其中，TS为主变负载率，PS为主变额定容量，KS为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后引起的主变最大功率，SS为主变自身的最小计算负荷。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

通过聚类分析得到分布式光伏插座点的位置，并通过判断分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后对电网的电压质量、谐波、短路电流和负载率的影响是否满足指标要求，若不符合要求则重新进行聚类分析，使得分布式光伏插座点的位置都能符合电网的使用需求，在通过现场的实际情况和地理资产因素确定最终的分布式光伏插座点，使得分布式光伏的接入安全可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明所述分布式光伏接入方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法，包括以下步骤：

S100、通过卫星航拍和现场勘查评估分布式光伏资源总量，将屋顶分为分布式光伏资源总量大于等于设定值的光伏屋顶和分布式光伏资源总量小于设定值的普通屋顶；

S200、建立分布式光伏屋顶比例图，分布式光伏屋顶比例图包括光伏屋顶的位置和各个屋顶之间的距离；

S300、根据分布式光伏屋顶比例图进行聚类分析，初步确定分布式光伏插座点的位置；

S400、将分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点，判断对电网的电压质量、谐波、短路电流和负载率的影响是否满足指标要求，若不满足指标要求，重新进行聚类分析，优化分布式光伏接入分布式光伏插座点的位置；

S500、根据现场的实际环境和地理资产因素，最终确定分布式光伏插座点的位置；

S600、将分布式光伏通过分布式光伏插座点接入。

本实施例中，设定值为100千瓦，可以避免因为路线或分布式光伏的故障带来的对其他***的可靠性影响，最大程度实现预测的精准性。

S100中分布式光伏资源总量的评估步骤包括：

S101、利用配电网规划中网格化分析方法，在电网发展规划中网格划分依据的基础上，结合光伏特性，将若干个相邻的区域分类等级相同或接近的、屋顶性质或对可靠性要求基本一致的地块组成一个用电网格；

S102、通过对所选的工业园区域进行高精度卫星航拍和现场勘查，结合当地的光照辐射条件，对现有屋顶资源逐个分析和模拟预测，通过测量计算现有屋顶的可安装分布式光伏的面积和安装条件，评估现有屋顶情况下的光伏资源总量；

S103、对于所选评估区域的规划空白地块，考虑市政部门提供的规划空地规划，根据成熟地区的发展经验考虑屋顶面积占占地面积的40％，收集当地的新能源发展系数评估规划屋顶的可安装分布式光伏总容量；

S104、整合现有屋顶和空白地区的得出的光伏资源总量，得出所选区域的分布式资源总量。

S300中的聚类分析采用K-均值聚类算法，包括以下步骤：

S301、根据分布式光伏插座点的分布式光伏接入容量选择聚类的屋顶范围和聚类的个数K；

S302、任意产生K个聚类，对S301中确定的屋顶范围通过空间分割法确定聚类中心，该聚类中心即为分布式光伏插座点的位置。

S302中的空间分割法具体包括以下步骤：

S3021、在屋顶范围内构成多边形；

S3022、将多边形内包含的多个分散的光伏点分割成多个三角形，每个三角形内均含有一个完整的不被分割的光伏屋顶；

S3023、对多边形进行重心计算，得到的重心坐标即为聚类中心。

具体的，S3023中多边形的重心坐标G(x_m，y_m)的计算方法如下：

其中，x_m为重心坐标的X坐标值，y_m为重心坐标的Y坐标值，n为三角形的数量，三角形的重心坐标为G_i(x_i，y_i)。

本实施例中，为了避免因为线路或分布式光伏的故障带来的对其他***的可靠性影响，最大程度实现分布式光伏插座点的有效性，单个分布式光伏插座点的分布式光伏接入总容量在4-6兆瓦范围内，故选择的屋顶范围内包含的光伏屋顶的总容量在4-6兆瓦范围内。

S400中电压质量的指标为电压偏差：

电压偏差(％)＝(实际电压-额定电压)/额定电压×100％。

《电能质量供电电压允许偏差》(GB12325-2008)对电力***在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差进行了规定：10kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％。

S400中谐波的指标为谐波电流允许值I_hi：

其中，I_hi为第i个用户注入公共连接点的第h次谐波电流允许值，S_k1为公共连接点的实际最小短路容量，S_k2为基准短路容量，I_hp为第h次谐波电流允许值，S_i为第i个用户的用电协议容量，S_t为公共连接点的***供电设备容量，a为相位叠加***。

《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93)中规定10千伏电网电压总谐波畸变率不超过4.0％，奇次谐波电压含有率不超过3.2％，偶次谐波电压含有率不超过1.6％。

S400中短路电流的指标为短路电流超标节点增加比例K_SC：

其中，K_SC为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后短路电流超标节点增加比例，N_SCDG为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后短路电流超过开关遮断容量95％节点的个数，N_SC为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点前短路电流超过开关遮断容量95％节点的个数，nNODI为区域某一电压等级电网短路电流计算节点的个数。

短路电流的计算仅考虑分布式光伏对电网短路电流影响最严重的10千伏母线三相短路运行方式的影响。分布式光伏接入电网引起变电站内母线的短路电流水平不应超过16-25kA。

S400中负载率的指标包括线路负载率T_L和主变负载率TS:

其中，T_L为线路负载率，P_L为线路安全电流限值的线路容量，K_L为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后线路最大功率，S_L为线路自身的最小计算负荷；

其中，TS为主变负载率，PS为主变额定容量，KS为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后引起的主变最大功率，SS为主变自身的最小计算负荷。

分布式光伏接入电网后的线路负载率和主变负载率均应不超过安全容量。

若分布式光伏插座点不满足上述指标要求，则调整屋顶范围，重新进行重心计算，得到新的分布式光伏插座点，再次进行判断，直到满足指标要求为止。

分布式光伏插座点采用环网柜进出线，为了合理布局建设环网柜，S500通过所选网格区域的实际现场进行勘察，根据现场的实际环境、地理资产等因素，判断选择的分布式光伏插座点是否有条件进行建设，如果条件合适，则该分布式光伏插座点为最终确定的分布式光伏插座点；如果所选分布式光伏插座点坐落在道路、河流等不适合建设的地方，根据现场经验，略微调整分布式光伏插座点的位置，使其适合分布式光伏插座点的建设。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于聚类分析的分布式光伏接入方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、通过卫星航拍和现场勘查评估分布式光伏资源总量，将屋顶分为分布式光伏资源总量大于等于设定值的光伏屋顶和分布式光伏资源总量小于设定值的普通屋顶；

S200、建立分布式光伏屋顶比例图；

S300、根据分布式光伏屋顶比例图进行聚类分析，初步确定分布式光伏插座点的位置；

S400、将分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点，判断对电网的电压质量、谐波、短路电流和负载率的影响是否满足指标要求，若不满足指标要求，重新进行聚类分析，优化分布式光伏插座点的位置；

S500、根据现场的实际环境和地理资产因素，最终确定分布式光伏插座点的位置；

S600、将分布式光伏通过分布式光伏插座点接入。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述S200中的分布式光伏屋顶比例图包括光伏屋顶的位置和各个屋顶之间的距离。

3.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述聚类分析采用K-均值聚类算法，包括以下步骤：

S301、根据分布式光伏插座点的分布式光伏接入容量选择聚类的屋顶范围和聚类的个数K；

S302、任意产生K个聚类，对S301中确定的屋顶范围通过空间分割法确定聚类中心，该聚类中心即为分布式光伏插座点的位置。

4.根据权利要求3所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述空间分割法包括以下步骤：

S3021、在屋顶范围内构成多边形；

S3022、将多边形内包含的多个分散的光伏点分割成多个三角形，每个三角形内均含有一个完整的光伏屋顶；

S3023、对多边形进行重心计算，得到的重心坐标即为聚类中心。

5.根据权利要求4所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述多边形的重心坐标G(x_m，y_m)的计算方法如下：

其中，x_m为重心坐标的X坐标值，y_m为重心坐标的Y坐标值，n为三角形的数量，三角形的重心坐标为G_i(x_i，y_i)。

6.根据权利要求3所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，单个所述分布式光伏插座点的分布式光伏接入容量为4-6兆瓦。

7.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述电压质量的指标为电压偏差：

电压偏差＝(实际电压-额定电压)/额定电压×100％。

8.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述谐波的指标为谐波电流允许值I_hi：

其中，I_hi为第i个用户注入公共连接点的第h次谐波电流允许值，S_k1为公共连接点的实际最小短路容量，S_k2为基准短路容量，I_hp为第h次谐波电流允许值，S_i为第i个用户的用电协议容量，S_t为公共连接点的***供电设备容量，a为相位叠加***。

9.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述短路电流的指标为短路电流超标节点增加比例K_SC：

其中，K_SC为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后短路电流超标节点增加比例，N_SCDG为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后短路电流超过开关遮断容量95％节点的个数，N_SC为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点前短路电流超过开关遮断容量95％节点的个数，nNODI为区域某一电压等级电网短路电流计算节点的个数。

10.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述负载率的指标包括线路负载率T_L和主变负载率TS:

其中，T_L为线路负载率，P_L为线路安全电流限值的线路容量，K_L为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后线路最大功率，S_L为线路自身的最小计算负荷；

其中，TS为主变负载率，PS为主变额定容量，KS为分布式光伏满载接入各分布式光伏插座点后引起的主变最大功率，SS为主变自身的最小计算负荷。