CN103914738B - 一种配电网评估与网架优化分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网评估与网架优化分析方法，配电网元件的组成具有多样性，在同一条馈线上可能会存在不同的线路型号，在进行电气计算之前可以“合并”一些同类型的元件，将多个元件等效为一个参数等于其它元件总和的等效元件，使得配电网的规模大为降低。对于配电网计算规模一般可以降低到原先的1/10—1/100的规模，由于在进行计算时需要进行反复迭代，设备数量规模的降低对于计算速度的提高非常明显。

Description

一种配电网评估与网架优化分析方法

技术领域

本发明涉及一种优化分析方法，更具体说，它涉及一种配电网评估与网架优化分析方法。

背景技术

配电网是电网的重要组成部分，过去由于投入不足，造成配电网的发展相对滞后，虽然经过城乡电网的改造取得了一定的成绩，但随着各地经济和用电负荷的快速增长，在配电网发展中以下一些问题依然存在：一是长期投入不足，发展滞后；二是电网结构薄弱，安全风险大；三是设备水平较低，供电可靠性差；四是电网建设和运行环境越来越不利。

“十一五”以开始的相当长一段时间内，中国进入了电力高速发展的时期，电网建设速度不断加快，电网规模不断扩大。PSASP、EDSA、PSD等多种电力系统分析软件在电网的规划、建设和运行中发挥了积极的作用。配电网作为电网的“毛细血管”直接与用户工程相连，其结构复杂，设备多，但未得到充分重视，更缺少系统的、定量的分析工具；与输电网相比，配电网管理与运行人员整体技术水平相对较弱。长期以来，配电网建设、运行和管理主要依靠经验来进行决策，缺少有效的定量分析手段，难以满足配电网快速发展的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构合理，精度高，可靠性好，效率高的配电网评估与网架优化分析方法。

这种配电网评估与网架优化分析方法：

第一步：建立配电网精确抽象的电网设备模型；在电力系统中所有的设备抽象为“并联设备”和“串联设备”，反映研究级模型就是单端和双端模型；

第二步：对于接地系统，节点电压一般取相电压V^a、V^b和V^c为参考电压。有：

S＝S^a+S^b+S^c (4-2)

对于非接地系统，一般取线电压V^ab和V^bc为参考电压，此时有V^ca＝-(V^ab+V^bc)；

S＝S^ab+S^bc (4-5)

配电网络为闭环设计，开环运行，因此节点电压和电流可以通过下一个节点电压和电流求出，令：

则可以将配电网潮流计算过程描述为：

w_i-1＝g_i(w_i) (4-7)

其中：w_i为包括各相电压和电流实部和虚部12×1向量，g_i由电路结构参数确定；

利用V_i可以计算出节点i的注入电流，有：

式中，A_i为连接到节点i的支路集；

第三步：电压/电流更新方程：

负荷恒阻抗：

负荷恒电流阻抗：

负荷恒功率：

并联电容器：

发电机：

线路：

开关：V_i-1＝V_i (4-16)

I_i＝-I′_i (4-17)

变压器：

第四步：通过式(4-20)和相应的电压/电流更新方程，给出副边的电压和电流就可以得出原边的电压和电流。

本发明的有益效果是：配电网运算的节点规模一般都在几十万、百万级的规模，在进行运算时基于对运算速度的要求，非常有必要对配电网进行降阶处理，减少系统在运算过程中占用内存的占用，同时提高运算速度。

按照实时分析系统的要求来考察系统运算效率，要求“10条馈线的3相潮流计算时间小于1秒”。在这种高实时性要求情况下运算系统核心库模型的设计非常重要。

配电网元件的组成具有多样性，在同一条馈线上可能会存在不同的线路型号，在进行电气计算之前可以“合并”一些同类型的元件，将多个元件等效为一个参数等于其它元件总和的等效元件，使得配电网的规模大为降低。对于配电网计算规模一般可以降低到原先的1/10—1/100的规模，由于在进行计算时需要进行反复迭代，设备数量规模的降低对于计算速度的提高非常明显。

附图说明

图1为配电网的组成模型；

图2为Y型接线负荷模型；

图3为△型接线负荷模型；

图4为配电线路三相模型；

图5为配电变压器三相模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

为了准确研究配电网，建立配电网精确而有抽象的电网设备模型是十分重要的，在电力系统中所有的设备可以抽象为“并联设备”和“串联设备”，反映研究级模型就是单端和双端模型，如图1所示：

对于接地系统，节点电压一般取相电压V^a、V^b和V^c为参考电压。有：

S＝S^a+S^b+S^c (4-2)

对于非接地系统，一般取线电压V^ab和V^bc为参考电压，此时有V^ca＝-(V^ab+V^bc)。

S＝S^ab+S^bc (4-5)

配电网络为闭环设计，开环运行，因此节点电压和电流可以通过下一个节点电压和电流求出，令：

则可以将配电网潮流计算过程描述为：

w_i-1＝g_i(w_i) (4-7)

其中：w_i为包括各相电压和电流实部和虚部12×1向量，g_i由电路结构参数确定。

利用V_i可以计算出节点i的注入电流，对图1所见的馈线，有：

式中，A_i为连接到节点i的支路集。

表4.1电压/电流更新方程

利用式(4-20)，和表4.1中的有关式子，给出副边的电压和电流就可以得出原边的电压和电流。

由于配电网负荷的多样性在本系统设计时电网模型的设计考虑了通用型和兼容性。在负荷模型方面采用了非常先进的“任意比例混合”性负荷模型，即：恒功率、恒阻抗、恒电流的任意比例混合，这样的负荷模型可以模拟现工程应用重复杂的交流系统网络负荷。负荷模型可以有恒功率、恒电流及恒阻抗模型等。在潮流计算中，需要的模型参数主要有注入功率、注入电流和导纳矩阵。

如图2，图3所示，一般给定负荷额定电压和额定功率，对于Y型接线的负荷一般给定 和和和对于△型接线负荷一般给定和和和

对于Y型接线的负荷有：

对于△型接线的负荷有：

表4.2负荷参数的计算

※式中：

3.2.1负荷的导纳矩阵

表4.3负荷导纳

※式中：

3.2.2注入电流与注入功率

表4.4注入电流与注入功率的计算

※式中：

3.2.3并联电容器模型

如额定容量为Q_c,r的电容器的额定电压为V_r，则其导纳为：

利用导纳求电容器导纳、注入电流及注入功率的方法如表4.5所见。

表4.5电容器负荷导纳、注入电流与注入功率的计算

3.2.4发电机模型

配电系统中的发电机一般处理为PQ节点，因此可以认为额定电压V与额定输出功率S_G是已知的。显然有：

则计算发电机导纳、注入电流及注入功率的方法如表4.6所见。

表4.6发电机导纳、注入电流与注入功率的计算

3.2.5配电线路模型

配电线路的三相π型等值电路如图4所示。图中，Z_i和Y_i为n×n维复矩阵,n为线路的相数。线路的支路导纳矩阵为：

对于配电网不接地部分，忽略线路的充放电效应，Y_i应为0。串联阻抗Z_i由于采用线电压减为阶3×3，记为它表达了线电压和相电流之间的关系，即：

而给定的往往是基于相对地电压的串联阻抗它表达了相对地电压和相电流之间的关系，即：

可由通过下式求得：

3.2.6变压器的三相模型

配电变压器的三相模型如图5所示。

根据EPRI的研究，变压器的铁芯损耗可以表示为每相电压为变量的函数。其标么值的计算公式为：

式中，A＝0.00267；B＝0.734×10^-9；C＝13.5；D＝0.00167；E＝0.268×10^-13；F＝22.7。

V为电压标么值，P_T为变压器容量，P_b为系统基值。

以上为系数为典型值，不同变压器会有所不同，在潮流计算中一般可以采用典型值。

设α_i为变压器i的原边分接头；β_i表示变压器副变分接头；γ_i为变压器的每相漏导纳。当α_i:β_i≠1

时，称为变压器的非标准变比。

根据变压器的原副边接地与否，将其分为A、B和C三大类，见表5-6。原副边都接地或都不接地的变压器归入A类，其导纳矩阵为非奇异方阵；B类变压器的原边接地，副边不接地，其原边的电压、电流和功率矢量为3维，而副边的电压、电流和功率矢量为2维。对原边电流有一个约束，有效地限制它为2个自由度，即：

对型式2，原边电流之和必须为零，即：

对型式3，原边电流与原边电压之和满足：

C类变压器的原边不接地，副边接地，其原边的电压、电流和功率矢量为2维，而副边的电压、电流和功率矢量为3维。对副边电流有一个约束，有效地限制它为2个自由度，即：

对型式4，原边电流之和必须为零，即：

对型式7，副边电流与副边电压之和满足：

由联结方式和原副边的分接头以及漏抗决定的导纳矩阵为：

对接地星/接地星型变压器，导纳矩阵为6×6维矩阵，联系起了原副边的电流和相对地电压，如果变压器一侧不接地(三角型或星型不接地)，则这一侧采用线对线电压，导纳矩阵维数降为5×5，如果变压器两侧都不接地(三角型或星型不接地),则两侧都采用线对线电压，导纳矩阵维数降为4×4，表4.7列出不同型式配电变压器的导纳矩阵元素。

表4.7配电变压器的导纳矩阵

对变压器的中性点经过消弧线圈和电阻接地的情况，只需要在Y_i的基础上乘以一个包含中性点三相接地阻抗的导纳矩阵即可。

Claims (1)

1.一种配电网评估与网架优化分析方法，其特征在于：

第一步：建立配电网精确抽象的电网设备模型；在电力系统中所有的设备抽象为“并联设备”和“串联设备”，反映研究级模型就是单端和双端模型；

第二步：对于接地系统，节点电压取相电压V^a、V^b和V^c为参考电压，有：

$S^a=V^a{I}^{a^{*}}---(4-1)$

S＝S^a+S^b+S^c (4-2)

对于非接地系统，取线电压V^ab和V^bc为参考电压，此时有V^ca＝-(V^ab+V^bc)；

$S^{ab}=V^{ab}{I}^{a^{*}}---(4-3)$

$S^{bc}=V^{bc}{I}^{b^{*}}---(4-4)$

S＝S^ab+S^bc (4-5)

配电网络为闭环设计，开环运行，因此节点电压和电流可以通过下一个节点电压和电流求出，令：

$w_i=\left[\begin{array}{c}{V}_i\\ I_{i+1}\end{array}\right]---(4-6)$

则可以将配电网潮流计算过程描述为：

w_i-1＝g_i(w_i) (4-7)

其中：w_i为包括各相电压和电流实部和虚部12×1向量，g_i由电路结构参数确定；

利用V_i可以计算出节点i的注入电流，有：

$I_i^{\′}=I_{Ci}+I_{Gi}+I_{Li}-I_{i+1}-\underset{j\∈A_i}{\Σ}{I}_j---(4-8)$

式中，A_i为连接到节点i的支路集；

第三步：电压/电流更新方程：

负荷恒阻抗：

负荷恒电流阻抗：

负荷恒功率：

并联电容器：

发电机：

线路：

$I_i=\frac{1}{2}{Y}_i(V_i+V_i)-I_i^{\′}---(4-15)$

开关：V_i-1＝V_i (4-16)

I_i＝-I′_i (4-17)

变压器：V_i-1＝(Y_i ^sp)^-1(I'_i-Y_i ^ssV_i) (4-18)

I_i＝Y_i ^ppV_i-1+Y_i ^psV_i (4-19)

$\left[\begin{array}{c}{I}_i\\ I_i^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_i^{pp}& Y_i^{ps}\\ Y_i^{sp}& Y_i^{ss}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{i-1}\\ V_i\end{array}\right]---(4-20)$

第四步：通过式(4-20)和相应的电压/电流更新方程，给出副边的电压和电流就可以得出原边的电压和电流。