基于主成分分析法的光伏電站接入方案綜合決策方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏電站接入方案綜合決策方法，具體涉及一種基于主成分分析法的 光伏電站接入方案綜合決策方法。
【背景技術】
[0002] 電網公司以加強太陽能利用為目的，以促進電網協調發(fā)展為出發(fā)點，在大容量光 伏電站接入問題方面開展技術、經濟、政策的綜合研究，從電網的視角做好大容量光伏接入 問題。目前的研究主要采用了主觀經驗或"就近接入"的原則，沒有綜合考慮并網光伏電網 對配電網多種方面的因素對并網方案產生的綜合影響，因此，建立光伏電站并網決策的指 標體系和評估方法成為亟待解決的問題。
[0003] 主成分分析法（PrinicipalComponmentAnalysis)是一種將多維信息壓縮到少 數維度上，盡可能反應最大的信息量，從眾多影響因子中找到少數幾個主導，綜合這幾個主 導指標，判斷客觀事物整體特征。該評估方法對多項指標進行了主成分提取，降低了指標之 間的相關性，在保留原始指標全部信息的前提下，簡化了評價體系。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于主成分分析法的光伏電站接 入方案綜合決策方法，該方法合理、可信，真實表明了不同光伏電站接入方案的優(yōu)缺點。
[0005] 本發(fā)明是采用下述技術方案實現的：
[0006] -種基于主成分分析法的光伏電站接入方案綜合決策方法，所述的方法包括如下 步驟：
[0007] 步驟1 :建立光伏并網綜合評價指標體系，依據該指標體系建立初始評價矩陣；
[0008] 步驟2 :對評價矩陣進行標準化處理，得到標準評價矩陣；
[0009] 步驟3 :基于主成分分析法計算相關系數矩陣、特征值和特征向量；
[0010] 步驟4 :依據特征向量的貢獻率確定主成分，結合特征值線性加權求得綜合評估 值，依據綜合評估值得大小，確定不同光伏電站并網方案的優(yōu)劣。
[0011] 優(yōu)選的，所述的步驟1中，光伏電站并網安全性評價指標體系包括平均電壓偏差 率、電壓最大波動率、電壓離散度、并網點頻率最大波動率、并網點頻率離散度、并網點諧波 含量離散度、諧波平均總畸變率、諧波超標率、經濟性綜合評價指標；
[0012] 其中：
[0013] (1)平均電壓偏差率：平均電壓偏差率If計算方法如下式所示；
[0015] 式中：N為網架結構采樣點數而為第i個采樣點的電壓；Uιη為第i個采樣點的額 定電壓；
[0016] (2)電壓最大波動率：采用最大波動率U"來度量光伏并網后引起并網點電壓量的 最大波動情況；
[0018] 式中：UN為樣本的額定值；UA光伏并網后第i個節(jié)點的電壓母線電壓的采樣值， Ui'為光伏并網前第i個節(jié)點的電壓母線電壓的采樣值；
[0019] (3)電壓離散度：采用標準差來表征光伏并網后母線電壓的離散度，計算方法如 下式所示：
[0021] 泛為光伏并網后母線電壓的數學期望，m為母線采樣點的個數弘為第i個采樣點 母線電壓的采樣值；
[0022] (4)并網點頻率最大波動率：采用最大波動率f"來度量光伏并網后引起并網點頻 率量的最大波動情況；
[0024] 其中&為系統(tǒng)額定電壓，所述的fN=50Hz;t為不同的采樣時刻；ft為光伏并網 前在i時刻并網點的頻率，ft'為光伏并網后在i時刻并網點的頻率；f"值越小，表明突變 越小，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行越有利。
[0025] (5)并網點頻率離散度：并網點頻率的離散度fD，計算方法如下式所示；
[0027] /為光伏并網后并網點頻率的數學期望；m為母線采樣點的個數A為第i個采樣 點母線頻率的采樣值；
[0028] (6)并網點諧波含量離散度：并網點諧波含量離散度計算方法如下式所示；
[0030] m為母線采樣點的個數；THDi為第i個采樣點母線諧波含量的采樣值；個 采樣點母線諧波含量的平均值；
[0031] (7)諧波平均總畸變率：定義諧波含量與基波分量比值的平均值的百分數即諧波 總畸變率的平均值為諧波平均總畸變率MT，計算方式如下式所示；
[0033] m為母線采樣點的個數；THDi為第i個采樣點母線諧波含量的采樣值；
[0034] (8)諧波超標率：定義諧波超標率ER;
[0036]Ω={tITHD(t) >THDSJ
[0037] THDstS國家標準規(guī)定限值，T表示光伏并網的時長，Ω表示光伏并網期間電壓諧 波總畸變率THD(t)超出國標規(guī)定限值THDst的時間集合，其中sum函數是統(tǒng)計THD(i)大于 THDst的樣本個數；
[0038] (9)經濟性綜合評價指標：計算方法如下式所示：
[0042] 其中：C_為電氣主接線費用；為系統(tǒng)繼電保護投資費用；Cd為系統(tǒng)調度費用； COT為系統(tǒng)通信的費用；LnP1為光伏電站接入前系統(tǒng)的網損；LnP2為光伏電站接入后系統(tǒng)的網 損；t為時刻；i為采樣點；Pjt)、PPv(t)和1\。3上）分別第t時刻的系統(tǒng)發(fā)電機的出力、光 伏的出力和負荷的功率，Ps(i)、PPv(i)和Pu^a)分別第i個采樣點的系統(tǒng)發(fā)電機的出力、 光伏的出力和負荷的功率；AT= (tftD/m為同一樣本兩個相鄰數據的時間間隔，、、、分 別為光伏系統(tǒng)并網時刻和脫網時刻；
[0043] 結合評價方案和指標，得到原始矩陣X如式所示。
[0045] Xi_j為第i個方案第j個評價指標的數值，其中i= 1，2,…n,j= 1，2,…p，n為待 評價的方案數目；P為每個方案的評價指標數目。
[0046] 優(yōu)選的，所述的步驟2中將原始矩陣X中各維原始數值與各自相應的均值相除來 作標準化處理，得到標準矩陣X%標準化處理的計算方法如下；
[0048] η為待評價的方案數目；p為每個方案的評價指標數目，< 為標準化處理后第i個 方案第j個評價指標的數值；
[0049] 計算相關系數矩陣R= (&)ρΧρ;其中，
[0051]Covh,Xj)為第i列和第j列之間的協方差；VarUJ為方差；Var(x」）為Xj 的方差，E(Xj)2為x4勺期望；當i=j時，
A為對角矩陣，U為可逆矩陣，UT 為U的逆矩陣，通過正變換UTRU=A將矩陣對角化，計算得出矩陣R的p個特征值λ以及
I為第i個特征值λi占所有特征值信息的比例， 即貢獻率；提取前K個特征值聯合貢獻率為
[0052]優(yōu)選的，所述的步驟4中，計算排在前K個排序軸上的幾何坐標，結合各自特征值， 線性加權計算綜合評估值F如下：
[0054] 利用F求解不同方案評估值大小來判斷方案的優(yōu)劣，F值最小的方案最優(yōu)越。
[0055] 優(yōu)選的，在本評價方法中p=9。
[0056]優(yōu)選的，所述的聯合貢獻率超過閾值85%時滿足要求。
[0057]與現有技術比，本發(fā)明的優(yōu)勢是：
[0058] 針對光伏電站接入電力系統(tǒng)的盲目性，考慮了光伏電站并網的穩(wěn)態(tài)特性、電能質 量、經濟性等因素，構建了完整的光伏電站并網決策指標體系。以不損失原始數據差異性為 前提，采用主成分分析法提取決策指標體系中的主成分進行方案的綜合決策。通過對某地 具體光伏電站接入系統(tǒng)的方案進行綜合決策，結果合理、可信，真實表明了不同方案的優(yōu)缺 點，避免了方案選擇的主觀性。
【附圖說明】
[0059]圖1為本發(fā)明提供的一種基于主成分分析法的光伏電站接入方案綜合決策方法 的流程圖。
[0060] 圖2為光伏電站并網決策方案的指標評價體系。
【具體實施方式】
[0061] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0062]如圖1，一種基于主成分分析法的光伏電站接入方案綜合決策方法，所述的方法包 括如下步驟：
[0063] 步驟1 :建立光伏并網綜合評價指標體系，依據該指標體系建立初始評價矩陣；
[0064] 步驟2 :對評價矩陣進行標準化處理，得到標準評價矩陣；
[0065] 步驟3 :基于主成分分析法計算相關系數矩陣、特征值和特征向量；
[0066] 步驟4:依據特征向量的貢獻率確定主成分，結合特征值線性加權求得綜合評估 值，依據綜合評估值得大小，確定不同光伏電站并網方案的優(yōu)劣。
[0067]如圖2,所述的步驟1中，光伏電站并網安全性評價指標體系包括電壓指標：平均 電壓偏差率、電壓最大波動率、電壓離散度；頻率指標：并網點頻率最大波動率、并網點頻 率離散度；諧波指標：并網點諧波含量離散度、諧波平均總畸變率、諧波超標率；經濟性綜 合評價指標；
[0068] 其中：
[0069] (1)平均電壓偏差率：平均電壓偏差率If計算方法如下式所示；
[0071] 式中：N為網架結構采樣點數而為第i個節(jié)點的電壓；υιη為第i個采樣點的額定 電壓；
[0072] (2)電壓最大波動率：當天氣等原因致使大容量光伏電站出力發(fā)生突變時，其引 起并網點電壓的波動可能會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定或發(fā)生故障。因此采用最大波動率U"來度量 光伏并網后引起并網點電壓量的最大波動情況；
[0074] 式中：UN為樣本的額定值；U$光伏并網后第i個節(jié)點的電壓母線電壓的采樣值， A'為光伏并網前第i個節(jié)點的電壓母線電壓的采樣值；最大波動率可以有效的反映光伏 隨機突變對系統(tǒng)的影響，其值越大，表明系統(tǒng)突變越大，對它的穩(wěn)定運行越不利；其值越小， 表明突變越小，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行越有利。
[0075] (3)電壓離散度：采用標準差來表征光伏并網后母線電壓的離散度，計算方法如 下式所示：
[0077] 歹為光伏并網后母線電壓的數學期望，m為母線采樣點的個數弘為第i個采樣點 母線電壓的采樣值；電壓的離散度UD越大，表示光伏并網后，系統(tǒng)電壓分布越分散，對系統(tǒng) 穩(wěn)定運行越不利。
[0078] (4)并網點頻率最大波動率：采用最大波動率f"來度量光伏并網后引起并網點頻 率量的最大波動情況；
[0080] 其中&為系統(tǒng)額定電壓，所述的fN= 50Hz;t為不同的采樣時刻；ft為光伏并網 前在i時刻并網點的頻率，ft'為光伏并網后在i時刻并網點的頻率；f"值越小，表明突變 越小，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行越有利。
[0081] (5)并網點頻率離散度：并網點頻率的離散度fD，計算方法如下式所示；
[0083] 為光伏并網后并網點頻率的數學期望；m為母線采樣點