《Electronics》：Distribution Network Partitioning Method Based on Integrated Electrical Distance and Improved DPC-LPA
编辑推荐：
摘要翻译：在高分布式能源渗透率下，配电网分区面临对运行点不敏感的距离准则、初始化依赖以及分区过大或振荡等问题。本文提出了一种将综合电气距离度量与改进的密度峰值聚类-标签传播算法（DPC-LPA）相结合的框架。该度量综合了网络阻抗和电压对可再生能源功率变化的灵敏
摘要翻译：在高分布式能源渗透率下，配电网分区面临对运行点不敏感的距离准则、初始化依赖以及分区过大或振荡等问题。本文提出了一种将综合电气距离度量与改进的密度峰值聚类-标签传播算法（DPC-LPA）相结合的框架。该度量综合了网络阻抗和电压对可再生能源功率变化的灵敏度。DPC确定分区的初始数量和中心，改进的LPA利用分区规模、负荷平衡和历史影响因子来调节分区增长和标签切换。在中低压交流/直流（AC/DC）网络上的测试表明，与传统LPA相比，负荷平衡得到改善，而模块度仅发生适度变化。这些结果支持该方法适用于所评估的网络，但并不暗示在测试条件之外具备更优性能。
论文解读：
**研究背景与问题**
随着分布式发电在配电网中的渗透率不断提高，传统辐射状馈线的单向潮流模式被打破，可再生能源的间歇性注入使得电压质量、稳定性及协调控制的难度显著增加。将网络划分为电气上连贯的分区，可降低模型与控制复杂度，有助于短路电流管理并提升运行可靠性。然而，现有分区方法面临三大挑战：其一，仅基于固定网络结构的距离准则无法反映可再生能源注入引起的电压耦合变化，即对运行点不敏感；其二，分区数量和中心的选择往往依赖主观经验，影响结果的可复现性；其三，无约束的标签传播可能导致分区过大或标签振荡，破坏分区均衡性。已有研究虽从电气距离、电压灵敏度、不确定性建模等角度进行了改进，但尚未有方法能同时表征多源电压耦合与网络结构分离，并客观初始化分区中心。为此，本研究提出一种融合综合电气距离度量与改进DPC-LPA算法的统一框架，旨在解决上述问题。
**研究内容与结论**
研究人员构建了包含典型场景生成、综合电气距离计算及两阶段聚类（DPC初始化与LPA细化）的完整工作流。首先，利用威布尔分布拟合风速、贝塔分布拟合太阳辐照度，选取高概率区间代表值确定可再生能源注入运行点；其次，将基于阻抗的结构距离与有功/无功电压灵敏度结合，形成综合电气距离矩阵；然后，采用密度峰值聚类（DPC）自动确定分区数量与中心，并改进标签传播算法（LPA），引入分区规模因子、负荷平衡因子和历史影响因子，以控制分区增长、负荷均衡及标签振荡。测试对象为实际中低压交直流（AC/DC）配电网，包括10 kV交流、10 kV直流、750 V直流和380 V交流四个子系统。结果表明，改进的LPA相较传统LPA，在模块度仅小幅下降（从0.5906降至0.5796）的同时，负荷平衡分数从0.289提升至0.409，提升幅度达41.7%。分区结果在四个网络中均表现出合理的规模均衡与负荷分布。该研究的意义在于提供了一种对运行点敏感、初始化客观且分区均衡的配电网分区方法，为后续源-荷-储协调控制奠定了基础。论文发表在《Electronics》期刊。
**主要关键技术方法**
本研究采用的主要技术方法包括：（1）基于威布尔分布和贝塔分布的概率分布拟合，用于生成分布式电源的典型输出场景；（2）结合节点阻抗矩阵与牛顿-拉夫逊潮流雅可比矩阵逆求得的电压灵敏度矩阵，构建综合电气距离；（3）密度峰值聚类（DPC）用于自动确定分区初始数量和中心；（4）改进的标签传播算法（LPA），引入分区规模、负荷平衡及历史影响因子，并采用模块度作为评价指标。所有计算均在MATLAB R2020a环境下完成。
**研究结果**
**5.1 典型场景生成与分布式电源输出**
研究人员利用2022年全年风速数据（105,120个采样点）拟合威布尔分布，得到尺度参数和形状参数，选取6.5 m/s作为代表风速；太阳辐照度数据拟合贝塔分布，选取50 W/m2作为代表辐照度。据此计算各分布式电源的规划输出，并建立各子系统分区方案。
**5.2 改进DPC-LPA方法验证**
以37节点10 kV交流网络为例：综合电气距离矩阵满足对称性和零对角要求；DPC决策图识别出三个初始中心；与传统LPA对比，改进LPA将节点5、12、13重新分配，使三区规模更均衡，负荷平衡分数提升41.7%，模块度仅从0.5906降至0.5796。对于10 kV直流、750 V直流和380 V交流网络，DPC识别出两个中心，最终分区规模相近、负荷均衡，模块度相近。
**5.3 工程适用性与地理局限性**
该方法仅评估电气和拓扑域的合理性，未考虑地形障碍、行政边界、通信覆盖等地理因素，因此分区结果不直接代表地理可行性。在复杂地形应用中需结合地理约束进行两阶段筛选。此外，方法假设固定拓扑和稳态运行，故障或切换场景需重新计算。
**讨论与结论**
讨论部分指出，改进LPA通过三类因子实现了负荷均衡与模块度之间的权衡，但结果仅针对单一网络和参数设定，需在更多场景下验证泛化性。研究结论为：所提出的DPC-LPA工作流将典型场景构建、综合电气距离计算和约束标签传播三阶段衔接起来，DPC确定初始分区数量和中心，分区规模、负荷平衡及历史影响因子指导后续LPA更新。在测试的AC/DC网络中，改进LPA相比传统LPA在保持相似模块度的同时改善了负荷平衡。该表述涵盖电气与拓扑一致性，但未涉及地理可行性，未来需纳入地理参考惩罚或硬约束。进一步验证应关注概率加权多场景分区及与替代算法的通用协议比较。现有证据局限于年度边际资源拟合、单一主导场景、固定正常拓扑、最多37节点网络以及模块度/负荷平衡指标。
