CN102655325B - 配电网潮流的简化分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种配电网潮流的简化分析方法，以变电站母线及其所带的所有馈线作为计算对象，建立母线简化分析模型和馈线的简化潮流计算模型，通过馈线潮流简化计算和母线电压简化计算的反复迭代得到配电网的简化潮流，待迭代收敛以后再将简化潮流细化分解得到详细潮流，可以提高配电网潮流计算的精度并减小分析规模和计算量。

Description

配电网潮流的简化分析方法
技术领域
本发明涉及配电自动化领域，具体来说是一种配电网潮流的简化分析方法。
背景技术
潮流计算是电力系统中的一项基本计算，该计算是在给定一组发电和负荷条件的情况下，求解各节点的稳态电压。输电网的潮流分析已有近40年的历史，而且牛顿法和由它派生的快速分解法已成为标准算法。
配电网络具有许多不同于高压输电网的特征，例如：环网结构，开环运行，正常运行时是辐射型树状；支路参数r/x的比值较大；三相支路参数不对称和三相负荷不平衡问题比较突出等。一些因素对传统的潮流算法来说，实际上属于病态条件，因而也就对配电网的潮流计算方法提出了特殊的要求。首先，收敛性问题在配电网潮流算法中倍受重视，例如由于配电网支路参数r/x比值较大，使原来在高压输电网中行之有效的算法，如快速解耦法等，在配电网中不再有效。其次，由于配电网中不对称元件，如未换位的输电线路、三相三铁心柱变压器、电力机车负荷及其它三相不对称负荷的存在，使配电网的三相电压电流不再对称，因而不能像对称系统那样，只计算1相的情况，而必须进行三相潮流计算。
针对配电网的结构特点，人们提出了很多算法，对这些算法的分类没有统一的标准，如有人根据配电网潮流计算所采用的状态量分为母线功率型、母线电流型、支路功率型和支路电流型；而有人从处理三相的方式上可分为相分量法、序分量法(又称对称分量法)和结合这二者的混合法。
上述研究为配电网潮流计算提供了丰富的思路，并且在实际的配电自动化系统中也得到了不同程度的应用。但是归结起来仍存在以下几个方面的问题：
(1)给配电网供电的变电站母线一般同时带多条馈线，已有的配电网潮流计算一般只针对某条馈线，而假设母线电压恒定，这种近似处理在一定程度上会降低计算的精度。
(2)配电网的负荷节点和分布式电源节点众多、分支线多，若采用传统的方法针对母线及其所带的多条馈线同时进行计算，则会导致计算量比较大、收敛速度慢，在需要快速潮流计算的场合，难以满足实时性的要求。
本发明即针对配电网潮流计算存在的上述问题，提出一种配电网潮流的简化分析方法，以变电站母线及其所带的所有馈线作为计算对象，建立母线简化分析模型和馈线的简化潮流计算模型，通过馈线潮流简化计算和母线电压简化计算的反复迭代得到配电网的简化潮流，待迭代收敛以后再将简化潮流细化分解得到详细潮流，可以实现配电网潮流的快速、准确计算。
发明内容
本发明的目的在于对现有的配电网潮流计算方法存在的问题加以解决，提出一种配电网潮流的简化分析方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
(1)将变电站母线的系统侧用等值机和阻抗的串联形式替代，等值机的电压幅值和相角以及串联阻抗的值设定为已知，并将母线所带馈线上的所有负荷和分布式电源等效为一个集中的负荷节点，建立变电站母线的简化分析模型。
(2)将馈线上由分段开关围成的中间不包含分段开关的馈线段内的多个负荷或分布式电源等效为集中的负荷节点和电源节点，建立馈线的简化潮流计算模型。
(3)赋变电站母线的初始电压值(也即各条馈线的首节点电压)，分别计算各条馈线的简化潮流。
(4)根据第3步的计算结果，计算变电站母线所带集中负荷的有功和无功值，该集中负荷的有功和无功值等于母线所带所有馈线首端供出的有功潮流和无功潮流的和。
(5)根据第1步所建立的母线简化分析模型和第4步的计算结果，进行母线电压的修正计算。
(6)将母线电压的修正值与初始值进行对比，若偏差不满足计算精度要求，则用新的母线电压值代替之前的母线初始电压值，转第3步；若偏差满足计算精度要求，则转第7步。
(7)将馈线潮流的简化计算结果细化分解到馈线段内的各个负荷和分布式电源节点上，得到各个负荷和分布式电源节点的潮流的细节并退出。
与已有技术相比，本发明的优点是：(1)加入母线电压的迭代过程，相比于假定母线电压恒定的方式，提高了计算的精度。(2)通过对各个环节的等效处理，减小了分析规模和计算量；(3)分层递推的计算流程，降低了各个部分之间的耦合度，简化了计算过程。
附图说明
图1为本发明所提出的配电网潮流简化分析方法的流程图。
图2为应用本发明所提出配电网潮流简化分析方法的一个例子。
图2(a)一个典型的配电网的模型。
图2(b)母线的简化分析模型。
图2(c)馈线3的简化潮流计算模型。
图中S为系统侧等值机，ZS为系统侧等值阻抗，DG代表分布式电源，实心圆圈代表馈线分段开关，空心圆圈代表馈线联络开关，箭头代表负荷。
具体实施方式
以下将结合附图和实例对发明的内容做进一步说明。
如附图2(a)所示的一个由变电站母线及其所带馈线构成的配电网，利用本发明所提出的方法进行其潮流简化分析的过程如下：
(1)将变电站母线的系统侧用等值机和阻抗的串联形式替代，等值机的电压幅值和相角以及串联阻抗的值为已知，并将变电站母线所带馈线上的所有负荷和分布式电源等效为一个集中的负荷节点，所得到的母线简化分析模型如附图2(b)所示。
(2)将馈线上由分段开关围成的中间不包含分段开关的馈线段内的多个负荷或分布式电源等效为集中的负荷节点和电源节点，建立馈线的简化潮流计算模型，并给出所有等效负荷节点和电源节点的参数，包括负荷节点和电源节点的类型(属于PQ节点还是PV节点)，节点的有功和无功(对于PQ节点)，节点的有功和电压(对于PV节点)。例如对于1(a)中的馈线3所建立的简化潮流计算模型如附图2(c)所示。
将馈线段内的多个负荷等效为一个集中负荷的方法可以参考文献《配电网三相潮流的简化分析》所提出的方法(马莉，刘健，韦力.华北电力大学学报，2007，34(1)：31-36)，该方法的优点是得到的简化馈线与未简化馈线的网架结构相同，但简化网络的每条馈线段上仅有一个负荷节点，大大减少了节点数目，并且此简化网络参数不随运行方式的改变而改变。当然也可以根据实际需要，采用其他的不同方法进行等效。
(3)赋变电站母线的初始电压(也即各条馈线的首节点电压)，分别计算馈线1，馈线2、馈线3的简化潮流，所采用的潮流计算方法基于传统的潮流计算程序即可实现，既可以采用牛顿-拉夫逊法、PQ分解法等针对环状配电网的潮流计算方法，也可以采用针对辐射状配电网的前推回代法。
(4)根据第3步的计算结果，计算变电站母线所带集中负荷的有功和无功值，该集中负荷的有功和无功值等于母线所带所有馈线，也即馈线1，馈线2、馈线3的首端供出的有功功率和无功功率的和。
(5)根据所建立的变电站母线简化分析模型和第4步的计算结果，进行母线电压的修正分析，从所建立的模型来看，母线可以看成是一个PQ节点，等值机是一个V∠θ节点，因此可以采用前推回代法计算母线电压的修正值。
(6)将母线电压修正分析的结果与母线电压的初始值对比，若偏差量不满足计算精度的要求，则用新的母线电压值代替之前的母线电压初始值，转第3步；若偏差量满足计算精度的要求，则转第7步。
(7)将各个馈线潮流的简化计算结果细化分解到馈线段内的各个负荷和分布式电源节点上，得到各个负荷和分布式电源节点的潮流的细节并退出。
由于所采用的等效方法得到的简化馈线与未简化馈线的网架结构相同，因此第2步完成后所得出的简化后的馈线上各馈线段端点的电压也就是未简化前各馈线段端点的电压，按照文献《配电网三相潮流的简化分析》所提出的方法(马莉，刘健，韦力.华北电力大学学报，2007，34(1)：31-36)，利用未简化之前馈线上各馈线段端点的电压，根据未简化馈线段的拓扑、负荷分布情况和线路参数以及利用KCL处理T接点，从末梢节点向电源节点递推回代，可计算出各个负荷点的电压和各条支路的电流及支路线损。

Claims (1)

1.一种配电网潮流的简化分析方法,其特征在于,采用如下步骤： 
(1)将变电站母线的系统侧用等值机和阻抗的串联形式替代，等值机的电压幅值和相角以及串联阻抗的值设定为已知，并将母线所带馈线上的所有负荷和分布式电源等效为一个集中的负荷节点，建立变电站母线的简化分析模型； 
(2)将馈线上由分段开关围成的中间不包含分段开关的馈线段内的多个负荷或分布式电源等效为集中的负荷节点和电源节点，建立馈线的简化潮流计算模型；并给出所有等效负荷节点和电源节点的参数，包括负荷节点和电源节点的类型，节点的有功和无功，节点的有功和电压； 
(3)赋变电站母线的初始电压值，即各条馈线的首节点电压，分别计算各条馈线的简化潮流；所采用的潮流计算方法基于潮流计算程序即可实现，即采用牛顿-拉夫逊法或PQ分解法，或者采用针对辐射状配电网的前推回代法； 
(4)根据第(3)步的计算结果，计算变电站母线所带集中负荷的有功和无功值，该集中负荷的有功和无功值等于母线所带所有馈线首端供出的有功潮流和无功潮流的和； 
(5)根据第(1)步所建立的母线简化分析模型和第(4)步的计算结果，进行母线电压的修正计算；母线能够看成是一个PQ节点，等值机是一个V∠θ节点，因此采用前推回代法计算母线电压的修正值； 
(6)将母线电压的修正值与初始值进行对比，若偏差不满足计算精度要求，则用新的母线电压值代替之前的母线初始电压值，转第(3)步；若偏差 满足计算精度要求，则转第(7)步； 
(7)将馈线潮流的简化计算结果细化分解到馈线段内的各个负荷和分布式电源节点上，得到各个负荷和分布式电源节点的潮流的细节并退出； 
所述步骤(2)步完成后所得出的简化后的馈线上各馈线段端点的电压也就是未简化前各馈线段端点的电压，按照配电网三相潮流的简化分析方法，利用未简化之前馈线上各馈线段端点的电压，根据未简化馈线段的拓扑、负荷分布情况和线路参数以及利用KCL处理T接点，从末梢节点向电源节点递推回代，计算出各个负荷点的电压和各条支路的电流及支路线损。 
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