论文总字数：35967字

摘 要

16012329 段向梅

指导老师：秦申蓓 窦晓波

近几年来随着能源的枯竭，加快开发和利用可再生能源已经成为国际社会的共识，大力发展可再生能源是我国目前重要的能源战略。分布式电源作为一种清洁可再生能源，受到了国内外的青睐。但是大量的小容量、分散式的分布式电源接入配电网，局部地区的渗透率可能高达200%，对低压配电网的安全稳定以及经济运行造成了很大的影响。

本文首先以电力系统三级控制为基础，建立了基于集群的分布式电源高渗透配电网三层控制框架，详细介绍了主站层、集群层和场站层三个优化控制层的应用和特点。三层控制模型空间上将整个电网划分为多个区域实现空间解耦，时间上各层控制相互配合实现了时间解耦。

其次详细阐述了集群层中集群划分方法的各个步骤，结合算法式和规则式的方法实现配电网分区，推导了主导节点选择的数学方程，建立了基于社团理论的分布式电源集群划分方法。同时为了解决配电网控制维数灾和主站优化和集群控制的问题，分别介绍了场站等值的算法和集群等值的算法。

最后以含光伏发电系统的69节点配电网为例，仿真对比了在出现扰动后采取不同控制策略的电压变化曲线，验证了本文所提出集群划分方法的正确性和集群控制方法的有效性。

关键词：分布式电源、配电网、社团理论、集群划分、集群控制

Abstract

In recent years, with depletion of conventional energy resources, speeding up the development and utilization of renewable energy has become the consensus of the world. Developing renewable energy has become an important energy strategy in our country. Distributed generation is favoured in the worldwide as a kind of clean energy. However，a large number of small capacity and decentralized distributed generation accessing to distribution network results in highly permeability of some area, which makes great effect on the stability and economic operation of distribution networks.

At first, based on three-level voltage control in power system, the article establishes a three-level control framework in distribution networks with high permeability of distributed generation and studies the function and characteristic of every level. Three-level control framework dividing the power into several regions realizes the decoupling in space. Mutual cooperation between each level realizes the decoupling in time.

Second, the article details each step of cluster-partition in cluster control level, using the method of fuzzy clustering to divide the distribution networks, deriving the mathematical equation of selecting the pilot nodes and establishing the distributed generation clustering method based on the theory of the community. In order to solve the problem of large number of nodes in distribution networks and how the master station issues instructions, station equivalent model and cluster equivalent model are set up.

Finally, taking the 69-bus distribution networks which including photovoltaic power generation for example, simulating and comparing he voltage curve with different control strategies after a disturbance. The result shows that the method of cluster-partition and clustered-control is correct and effective.

Keywords：distributed generation; distribution networks; the theory of community; cluster-partition; clustered-control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 分布式电源高渗透率配电网优化运行控制研究现状 2

1.2.2 基于集群控制的分布式电源高渗透率配电网研究现状 3

1.3 本文主要研究工作 4

第二章 基于集群的分布式电源高渗透配电网三层控制框架 5

2.1 引言 5

2.2 主站层全局中长期优化控制 6

2.3 集群层短期优化控制 7

2.4 场站层本地自治优化控制 9

2.5 本章小结 9

第三章 基于灵敏度的分布式电源高渗透配电网集群动态划分方法 12

3.1 引言 12

3.2 灵敏度计算方法 12

3.3 含分布式电源配电网分区及主导节点选择方法 14

3.3.1 含分布式电源配电网分区方法 14

3.3.2 含分布式电源配电网主导节点选择方法 16

3.4 集群动态划分方法 18

3.4.1 复杂网络的社团结构分析方法 18

3.4.2 基于社团的集群动态划分方法 19

3.5 本章小结 21

第四章 分布式电源场站及集群等值方法 22

4.1 引言 22

4.2 分布式电源场站等值方法 22

4.3 分布式电源集群等值方法 24

4.4 本章小结 26

第五章 算例 27

5.1 基于灵敏度的集群划分仿真 27

5.2 集群控制仿真 29

5.3 本章小结 34

第六章 总结与展望 35

6.1 总结 35

6.2 展望 35

致谢 37

参考文献 38

附录A 40

附录B 42

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着社会的发展，各个产业对能源的需求量越来越大，进而产生能源短缺、环境污染、全球变暖等一系列环境问题，加快开发利用可再生能源是解决这些问题的重要举措。中共中央关于制定国民经济和社会制定的第十三个五年规划的提案里指出，推进能源革命，加快能源技术创新，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系^[1]。可再生能源尤其是太阳能因其无污染的特点而受到了大量的关注及发展，2015年世界光伏发电机组系统实际安装的额定功率之和达169,100MW，同比增长23.25%，2005-2015年全球光伏发电系统装机容量统计如图1-1所示（单位为MW）：

图1-1 2005-2015年全球光伏装机容量

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