配電網絡潮流計算實用算法

2017-02-25 15:13:41 大云網　點擊量：評論 (0)

內容預覽摘要：利用兩種可行的輻射形配電網絡潮流計算方法來計算配電網絡的潮流分布，著重解決了實際計算中出現的難點，并用C語言編制計算程序，對具體算例進行分析。關鍵詞：配電網絡　配電網潮流算法　1 配電

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摘要：利用兩種可行的輻射形配電網絡潮流計算方法來計算配電網絡的潮流分布，著重解決了實際計算中出現的難點，并用C語言編制計算程序，對具體算例進行分析。

關鍵詞：配電網絡　配電網潮流算法

　1 配電網潮流計算方法概述

　　目前，傳統的電力系統潮流計算方法，如牛頓-拉夫遜法、PQ分解法等，均以高壓電網為對象；而配電網絡的電壓等級較低，其線路特性和負荷特性都與高壓電網有很大區別，因此很難直接應用傳統的電力系統潮流計算方法。由于缺乏行之有效的計算機算法，長期以來供電部門計算配電網潮流分布大多數采用手算方法。80年代初以來，國內外專家學者在手算方法的基礎上，發展了多種配電網潮流計算機算法。目前輻射式配電網絡潮流計算方法主要有以下兩類：

　　(1)直接應用克希霍夫電壓和電流定律。首先計算節點注入電流，再求解支路電流，最后求解節點電壓，并以網絡節點處的功率誤差值作為收斂判據。如逐支路算法，電壓／電流迭代法、少網孔配電網潮流算法和直接法、回路分析法等。

　　(2)以有功功率P、無功功率Q和節點電壓平方V2作為系統的狀態變量，列寫出系統的狀態方程，并用牛頓-拉夫遜法求解該狀態方程，即可直接求出系統的潮流解。如Distflow算法等。

　　2 配電網絡潮流計算的難點

　　1.數據收集

　　在配電網絡潮流計算中，網絡數據和運行數據的完整性和精確性是影響計算準確性的一個主要因素。對實際運行部門來說，要提供出完整、精確的配電網網絡數據和運行數據是很難辦到的，這主要有下面幾個原因：

(1)由于配電網網絡結構復雜，特別是10KV及以下電壓等級的配電網絡，用戶多且分散，不可能在每一條配電饋線及分支線上安裝測量表計，使得運行部門很難提供完整、精確的運行數據。

　　(2)在實際配電網中，有部分主干線安裝自動測量表計，而大部分配電網絡只能通過人工收集網絡運行數據，很難保證運行數據的準確性。因此限制了配電網潮流計算結果的精確性，使得大多數計算結果只能作為參考資料，而不能用于實際決策。

　　2.負荷的再分配

　　由于配電網絡的網絡結構復雜、用戶設備種類繁多、極其分散、以及各種測量表計安裝不全等原因，使得運行部門無法統計出每臺配電變壓器的負荷曲線，只能提供較準確的配電網絡根節點上(即降壓變壓器低壓側母線出口處)總負荷曲線。因此在進行配電網絡潮流計算時，采取何種負荷分配方法把根節點上總負荷分配到各負荷節點上去，使計算結果更加符合實際情況是潮流計算的關鍵問題。

　　3 實用的潮流計算方案

　　在配電網潮流計算模型中，當三相配電系統負荷平衡時，可由等值單相系統代替。其中，配電線用單位長度的電阻和電抗來表示，線路并聯電容(并聯電容器組視為一負荷)可暫時忽略不計。對較長的輻射線路，線路容抗的注入量可認為是一電容負荷。所有負荷均不考慮負荷電壓特性，即認為負荷功率不隨電壓幅值的變化而變化。

　　在對實際配電網絡進行潮流計算時，作者根據配電網絡的實際特點和供電部門所提供的數據特點，做了以下幾點假設：

　　(1)假設配電網絡為三相平衡網絡，可用等值的單相網絡來計算。

　　(2)假設所有配電變壓器的負荷在同一時刻為相同的負荷率。

　　(3)假定主線桿距和分支線桿距分別是固定的，這樣可根據線路總長和總桿數計算出每條線路的長度。

　　(4)假設各負荷的功率因數相同。

　　(5)假設所有配電變壓器均處于同一負荷率下，根據各配電變壓器的額定容量來分配根節點上的總負荷。

　　根據上述假設條件，進行潮流計算時，需解決兩方面的實際問題：如何進行有效、正確、快速的支路追蹤和進行負荷分配。由于配電網絡是輻射形的，而且各配電饋線上分支線多、結構復雜，因此在計算時把每一條配電饋線的主饋線和各分支線均視為一條獨立支路，分別計算其潮流值。計算時假設主饋線根節點(降壓變壓器母線出口處)的電壓值恒定，各分支根節點電壓(即主饋線上該節點電壓)是已知的，且在分支潮流計算時不變。每次潮流計算時，先計算主饋線的潮流，更新各節點電壓值(除主饋線根節點外)，再計算各分支潮流。

　　由于供電部門只能提供配電饋線根節點的總負荷曲線，不能提供每臺配電變壓器的負荷曲線，因此在計算時，作者根據實際配電網絡的特點，把根節點的總負荷按一定的負荷分配系數及各配電變壓器的額定容量進行分配，這樣得出的計算結果與實際情況相比，誤差較小；但沒有充分利用少數已知的節點負荷值。如用狀態估計法估算各負荷節點的負荷，可充分利用已知的節點負荷并提高計算精度。

　　在進行逆向計算時，如該分支根節點上有多條分支，則該分支根節點上的電壓值就取與其相連的所有分支所計算出來的根節點電壓的平均值；而前向計算時，則把根節點上的總功率按各分支負荷分配到各分支上去。

　　根據上述方案編制計算程序，對實際配電網絡進行潮流計算，其計算結果是符合實際情況的、切實可行的，從而證明了上述方案的可行性。

　4 數字仿真

　　根據上述分析，作者用Distflow法、逐支路算法和牛頓-拉夫遜法分別對IEEE標準算例69節點和33節點網絡進行潮流計算。表1是分別用這三種方法計算69節點網絡的結果比較，表2是分別用這三種方法計算33節點網絡的結果比較。而表3、4、5是用Distflow法和逐支路算法計算貴陽市北供電局管轄的貴烏變的兩條出線-貴瑞線和貴赤線的結果分析。

表1 計算69節點網絡收斂情況比較

　　表2 計算33節點網絡收斂情況比較

　　表3 Distflow法計算貴瑞線時的收斂情況

　　注：收斂精度為10-7。表4 逐支路算法計算貴瑞線時的收斂情況

　　注：收斂精度為10-7。表5 Distflow法和逐支路算法計算貴赤線時的收斂情況

注：收斂精度為10-6。

　　從上述表中可看出，按照本文所采用的負荷分配方案，在支路參數r/x比值較大的情況下，由于配電網絡本身呈現出病態網絡的特征，使用標準牛頓-拉夫遜法計算時經常會出現發散或振蕩的現象，但用Distflow法和逐支路算法能較好地收斂，計算速度快，收斂精度高。但逐支路算法對某些網絡(如69節點網絡)比較敏感，在收斂精度較高的情況下，會出現最大誤差維持在一恒定值的現象，使得計算不收斂；而用Distflow法則不會出現這一現象。一般情況，在相同收斂精度下，逐支路算法比Distflow法收斂速度快。