CN102709907A - 一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法，首先判断PV节点的位置，若PV节点在环外，则按传统方法计算配电网潮流，若PV节点在环内，则按以下步骤计算配电网潮流：存储线路阻抗矩阵及节点负荷矩阵；设置各节点电压初值，设PV型分布式电源发出的无功功率初值为0；在最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，在解环节点处合环，得到各节点的电压；在分布式电源节点处解环，计算循环功率，并更新环内线路的流动功率；判断是否满点结束条件，若是，则输出各节点潮流数据，若否，则重复上述步骤。与现有技术相比，本发明具有效率高、收敛快等优点。

Description

一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法

技术领域

本发明涉及一种配电网潮流计算方法，尤其是涉及一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法。

背景技术

越来越多的分布式电源(Distributed Generations，简称DG)接入配电网，会对电网潮流、供电可靠性、继电保护、电能质量等产生影响。因为配电网相比输电网具有线路R/X数值较大，电压较低，三相不平衡情况较严重等特点，这使得配网潮流计算对节点类型、计算方法提出了新的要求。而且由于目前配电网通常为闭环结构，开环运行，在某些情况下，系统需要以弱环的形式运行。因此，配电网潮流算法同样需要考虑到环网的情况。

配电网潮流计算常用方法有前推回代法、改进牛顿法、回路分析法和隐式Zbus高斯法等。前推回代法由于其计算效率较高，收敛性好，编程简单，所以目前在配网潮流计算中应用广泛。但由于传统的前推回代法无法处理环网及PV节点(与PV型分布式电源连接的节点)，所以在加入DG且以环网运行的配电网潮流算法需要对前推回代法进行改进。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高的含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法，该方法首先判断PV节点的位置，若PV节点在环外，则按传统方法计算配电网潮流，若PV节点在环内，则按以下步骤计算配电网潮流：

1)存储线路阻抗矩阵及节点负荷矩阵；

2)设置各节点电压初值，设PV型分布式电源发出的无功功率初值为0；

3)在最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，在解环节点处合环，得到各节点的电压；

4)在分布式电源节点处解环，根据

计算循环功率，并根据

更新环内线路的流动功率，更新除PV节点外其他节点电压，其中，为第k次迭代的循环功率，U_DG为分布式电源的电压，U_DG′为第k-1次迭代得到的PV节点的电压，∑Z^*为环内各线路的总阻抗，U_N为电网基准电压，

和分别为第k次和第k+1次迭代得到的环内线路ij的流动功率；

5)计算各节点电压前次迭代与本次迭代的改变量幅值ΔU，若满足ΔU＜δ，且I_m(S_C)＜ε，则转步骤6)，若否，则转步骤3)，δ和ε为设定值；

6)输出各节点潮流数据。

所述的传统方法包括以下步骤：

21)将PV节点与配电网断开，得到电压差，并计算无功改变量；

22)最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，得到各节点的电压；

23)比较各点电压幅值之差，判断其是否小于给定的ε，若是，则输出各节点潮流数据，若否，则返回步骤22)。

与现有技术相比，本发明针对传统前推回代法无法处理环网的问题，提出一种基于前推回代法的解决配电网环网的潮流计算方法，本发明能够有效地解决PV恒定型DG在弱环配电网情况下的计算，具有效率高、收敛快的优点。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为典型配电网络结构图；

图3为图2解环后配电网结构图；

图4为含分布式电源环网解环后结构图；

图5为实施例3中33节点系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法，首先判断PV节点的位置，若PV节点在环内，则按以下步骤计算配电网潮流：

1)存储线路阻抗矩阵及节点负荷矩阵；

2)设置各节点电压初值，设PV型分布式电源发出的无功功率初值为0；

3)在最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，在解环节点处合环，得到各节点的电压；

4)在分布式电源节点处解环，根据计算循环功率，并根据

更新环内线路的流动功率，更新除PV节点外其他节点电压，其中，

为第k次迭代的循环功率，U_DG为分布式电源的电压，U_DG′为第k-1次迭代得到的PV节点的电压，∑Z^*为环内各线路的总阻抗，U_N为电网基准电压，

和

分别为第k次和第k+1次迭代得到的环内线路ij的流动功率；

5)计算各节点电压前次迭代与本次迭代的改变量幅值ΔU，若满足ΔU＜δ，且I_m(S_C)＜ε，则转步骤6)，若否，则转步骤3)，δ和ε为设定值；

6)输出各节点潮流数据。

若PV节点在环外，则按以下步骤计算配电网潮流：

21)将PV节点与配电网断开，得到电压差，并计算无功改变量；

22)最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，得到各节点的电压；

23)比较各点电压幅值之差，判断其是否小于给定的ε，若是，则输出各节点潮流数据，若否，则返回步骤22)。

实施例2

以如图2所示的典型配电网为例，设PV节点在环内。设图中各支路阻抗为Z_ij，各节点负荷功率为S_Li＝P_Li+Q_Li，线路首节点流出功率为S_ij，末节点流入功率为S′_ij，线路损耗功率为ΔS_ij，节点电压幅值为U_i，其中i，j均为节点号。

应用前推回代法，首先需要对环网解环，下面说明解环点应为环网中最靠近根节点的点。

计算环网潮流时，需要知道环网中各节点负荷潮流，并计算解环点两端功率。对应图2，若解环点为最离1节点最远点4点时，则网络成为一辐射状网。但环网中的2节点功率S′₁₂为前推过程的待求量，因此无法完成计算。同理，解环点若为环网中的3、6节点，也无法得到S′₁₂。若取解环点为2点，解环后结构如图3所示，因为S₄₅可求，且S₂₃及S_2′6恰好作为未知量需要用环网潮流公式求解，因此前推回代法可行。

由上可知，应选取环网中最靠近根节点的点为解环点。如图3，设各节点首次迭代电压幅值

均为1，计算方法如下。

前推过程：

因为

S₄₅＝ΔS₄₅+S_L5                                      (1)

$S_{23}=\frac{S_{L3}(Z_{34}^{*}+Z_{46}^{*}+Z_{2^{\′}6}^{*})+(S_{L4}+S_{45})(Z_{46}^{*}+Z_{2^{\′}6}^{*})+S_{L6}{Z}_{2^{\′}6}^{*}}{Z_{23}^{*}+Z_{34}^{*}+Z_{46}^{*}+Z_{2^{\′}6}^{*}}---\left(2\right)$

$S_{2^{\′}6}=\frac{S_{L3}{Z}_{23}^{*}+(S_{L4}+S_{45})(Z_{34}^{*}+Z_{23}^{*})+S_{L6}(Z_{34}^{*}+Z_{46}^{*}+Z_{23}^{*})}{Z_{23}^{*}+Z_{34}^{*}+Z_{46}^{*}+Z_{2^{\′}6}^{*}}---\left(3\right)$

所以有

S₁₂＝ΔS₁₂+S_2′6+S₂₃+S_L2                            (4)

回代过程：在解环点合环，有

$U_2^{\left(1\right)}=\sqrt{{(U_1-\frac{P_{12}R+Q_{12}X}{U_1})}^2+{\left(\frac{P_{12}X-Q_{12}R}{U_1}\right)}^2}---\left(5\right)$

同理可得到后面各节点电压，计算过程中，设PV节点注入的为0。

计算得到

后，因为两端电压不相同，会产生循环功率，采用更新循环功率法，具体方法如下。

在6节点解环，如图4所示。设第i次迭代，则有

U₆＝U_DG。

循环功率S_C为

$S_C^{\left(1\right)}=\frac{U_6-U_{6^{\′}}}{Z_{26^{\′}}^{*}+Z_{23}^{*}+Z_{34}^{*}+Z_{46}^{*}}{U}_N---\left(6\right)$

式(6)中，U_N为电网基准电压，S_C的方向取节点6流向6′为正向，则有

$S_{23}^{\left(2\right)}=S_{23}^{\left(1\right)}-S_C^{\left(1\right)}---\left(7\right)$

同理可得到环内其它线路功率，因为PV节点发出的有功功率恒定，所以取S_C的虚部作为收敛判据。根据S_C计算环内各线路功率，更新除PV节点外其他节点电压，完成一次迭代。计算各节点电压前次迭代与本次迭代的改变量幅值ΔU，若ΔU小于给定量δ，且I_m(S_C)＜ε，则输出节点潮流数据；若上述条件不满足，则进行下一次迭代。

实施例3

采用33节点配点网进行分析，网络结构图如图5。设电网基准电压为12.66kV，基准功率为10MVA，计算精度δ为10-5，ε为10-3。添加分布式电源有功输出为200kW，无功上限为400kW。

为研究接入DG对系统的影响以及算法的可行性，拟定8个方案，如表1所示。环网支路取1和4作为测试支路。部分节点电压标幺值如表2，各方案的迭代次数如表3。

表1  方案描述

表2  不同方案的部分节点潮流计算结果

表3各方案迭代次数

如表2、3，方案1与方案2相比，可知配电网弱环运行时电压水平比辐射网低一些，再同方案3相比，可以看出环网越多，系统电压水平越差。但计算迭代次数并没有增加，可知本算法有良好的收敛性。

方案4与方案5分别为系统有一个环网时分布式电源在环内并网及在环外并网的情况，由计算结果可以看出本文算法能够解决上述情况。同方案2相比可知，添加分布式电源可以改善系统电压水平，且迭代次数较多。但同以往的结论相比，迭代次数明显减少，证明本算法有较好的收敛速度。

从方案4与方案6及方案5和方案7的结果中同样可以看出，环网越多，系统电压会相应降低。最后三个方案分别计算了两个环网添加DG的潮流情况，可以看出本文所提算法可以处理各种情况下的含PV恒定型DG接入弱环配电网问题。

综上，在有弱环网的配网中，添加分布式电源可以明显提高系统节点电压，且位置越靠近末端越好，但仍然无法达到辐射网时的电压水平，因此环网运行状态应尽量避免。在添加分布式电源后环网内由于循环功率的存在，迭代次数也相应增多，但本算法的收敛速度较更快。

Claims (2)

1.一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法，其特征在于，该方法首先判断PV节点的位置，若PV节点在环外，则按传统方法计算配电网潮流，若PV节点在环内，则按以下步骤计算配电网潮流：

1)存储线路阻抗矩阵及节点负荷矩阵；

2)设置各节点电压初值，设PV型分布式电源发出的无功功率初值为0；

3)在最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，在解环节点处合环，得到各节点的电压；

4)在分布式电源节点处解环，根据计算循环功率，并根据

更新环内线路的流动功率，更新除PV节点外其他节点电压，其中，为第k次迭代的循环功率，U_DG为分布式电源的电压，U_DG′为第k-1次迭代得到的PV节点的电压，∑Z^*为环内各线路的总阻抗，U_N为电网基准电压，和

分别为第k次和第k+1次迭代得到的环内线路ij的流动功率；

5)计算各节点电压前次迭代与本次迭代的改变量幅值ΔU，若满足ΔU＜δ，且I_m(S_C)＜ε，则转步骤6)，若否，则转步骤3)，δ和ε为设定值；

6)输出各节点潮流数据。

2.根据权利要求1所述的一种含分布式电源的弱环配电网潮流计算方法，其特征在于，所述的传统方法包括以下步骤：

21)将PV节点与配电网断开，得到电压差，并计算无功改变量；

22)最靠近根节点的环网节点处解环，根据线路阻抗和节点负荷采用前推回代法得到根节点功率，得到各节点的电压；

23)比较各点电压幅值之差，判断其是否小于给定的ε，若是，则输出各节点潮流数据，若否，则返回步骤22)。

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