[發明專利]一種基于CLARANS聚類的風電場機組聚合方法

在審

• 申請號: 201510967004.1
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105468867A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 牛玉廣;鄭可軻;李明揚;汪寧渤;丁坤;路亮;周識遠;李津;擺念宗
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（北京）;國家電網公司;國網甘肅省電力公司;國網河北省電力公司;甘肅省電力公司風電技術中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

技術領域

本發明屬于電力系統仿真建模領域，特別是涉及一種基于CLARANS聚類的風電場機組聚合方法。

技術背景

在對大型風電場動態仿真研究過程中，風電場建模是必不可少的部分。風電場建模的思路主要分為兩個方向，一是將風電場視為數十到上百臺風電機組組成的整體，并對多臺發電機、多臺升壓變壓器和大量連接線路進行詳細建模。風電機組的詳細建模本身已經十分復雜，數十到上百臺機組同時動態建模，會增加電力系統階數，增加潮流計算時間，大大增加時域仿真的時間。二是將風電場等值視為一臺或多臺風電機組組成的整體，進行等值簡化之后的風電場建模的系統階數與計算復雜度都會大大下降，大大減小了仿真難度。

常用的等值建模方式為單機等值建模。將風電場中的多臺風電機組等效成一臺，多臺單機的機械功率之和即是風電場的總機械輸入功率。考慮到大型風電場占地面積較大，風電機組數量眾多，不同風電機組所處環境的風速、地形、氣溫等因素差異較大，簡單地采用單機等值建模方式會造成較大誤差，存在一定的不合理性。

多機等值建模是較為合理的一種風電場等值建模辦法。多機等值法指的是利用某些分類的原則，對風電場中的風機進行分類劃分，各組分別等值成一臺等值風機的建模方式。多機等值法的分類思想來源于傳統的電力系統建模理論中的同調等值法。在同調等值法中，機組根據動態過程中發電機功角不同進行劃分。風電機組不存在功角，因此風電機組可以根據合理的分類指標進行劃分與聚類。

目前多機等值建模中有很多劃分思路，可以根據排列位置、風速、尾流效應等指標進行分類劃分，這些劃分方式都是基于相同或者相近的運行點的分類原則。即是將排列位置、風速等作為反映風電機組運行點的變量。這些變量都可歸于風電機組環境因素指標，對于風電機組運行存在直接或間接的影響關系。

然而，風電場建模主要研究目標為風電場出力，弱化環境指標對于出力的影響，可以簡化建模算法與計算量。同時，基于環境因素進行風電機組劃分的方式，多采用人為經驗或專業知識的方式進行分類，而不是根據數據本身進行定量分類。考慮到大型風電場有數十或上百臺風機，數據量極大，并且對分類的要求較高，仍然采用人為分類的劃分模式不夠科學。采用基于數值分類學的聚類分析算法，可以客觀地進行大型風電場風電機組的分類聚合，并且適用面較廣，結果直觀。同時，尚未發現使用CLARANS聚類算法的風電機組聚合方法的相關記載。

發明內容

本發明的目的是針對大型風電場建模，提出一種新的風電場聚合劃分方法。采用基于數值分類學的聚類分析算法，客觀地進行大型風電場風電機組的分類聚合。較常見風電機組劃分方法，具有客觀，穩定，可行性高的特點。

針對技術背景提出的風電機組聚合劃分問題，實現發明目的，使用CLARANS聚類的風電場機組劃分方法，用于解決風電場等值建模過程當中的大量風電場機組劃分聚類的問題。具體實現方法包括。

步驟S1：給定聚合劃分風電機組初始參數。包括，劃分組數K，最優中心機組搜索次數NUM，最大相鄰機組比較次數MAX，最小代價MIN，且MIN值為一大數。

步驟S2：若搜索總次數小于NUM，則任意選定K臺風機作為初始中心風機簇center。并根據代價最低，也就是歐式距離最近的原則，將風機樣本劃分為K組。否則，輸出所有求得最佳中心風機簇best_center。

步驟S3：隨機選取center任一相鄰機組簇N，并計算中心機組簇center被相鄰機組簇N代替的代價，即代價差。其中中心機組簇代價值為center_cost，相鄰機組簇代價值為N_cost。

步驟S4：若代價差C_ag<0，則替換中心機組簇center為相鄰機組簇N。若當前比較次數小于最大相鄰機組比較次數MAX，則回到步驟S3。否則若當前機組的代價小于MIN，則認為當前機組為最佳中心機組。回到步驟S2。