CN111725812B

CN111725812B - 大规模配电系统的潮流计算方法、装置、设备和存储介质

Info

Publication number: CN111725812B
Application number: CN202010498395.8A
Authority: CN
Inventors: 谢文锋
Original assignee: Haifang Shanghai Technology Co ltd
Current assignee: Haifang Shanghai Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2040-06-04
Also published as: CN111725812A

Abstract

本发明涉及一种大规模配电系统的潮流计算方法、装置、设备和存储介质，该方法包括：随机生成预设节点数的大规模配电系统，预设节点数大于预设节点数阈值；输入大规模配电系统的参数的初始值，以初始化大规模配电系统，其中，参数包括电流、电压、相位角和电功率；应用后退‑前进法搜索，以确定计算顺序；根据计算顺序，应用多端口补充算法确定参数更新后的更新值；应用更新值重新初始化大规模配电系统；根据计算顺序重新计算参数的实时值；若参数的实时值满足收敛条件，则输出参数的实时值作为潮流计算结果。提高了现有潮流计算的收敛性和计算效率。

Description

大规模配电系统的潮流计算方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及潮流计算技术领域，具体涉及一种大规模配电系统的潮流计算方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

潮流计算是指计算配电网络中的每个节点的复电压等参数。通过求解潮流方程来得到每个节点的复电压，而求解潮流方程等同于求解多维非线性方程，因此无法获得该方程的解析解，只能依靠数值迭代方法来求解，也就是对非线性联立方程进行线性化并进行迭代计算，直到满足收敛条件为止。求解方法按线性逼近方法分类，最基本的解决方案包括牛顿迭代、高斯-塞德尔方法，以及前进-后退搜索方法。

相关技术中，牛顿-拉夫森迭代方法通常用作非线性问题的数值解，在电力系统潮流计算中通过非线性PQ不匹配函数的梯度信息进行线性化；高斯-赛德尔方法可使用隐式Zbus高斯方法或电流注入方法作为解决方案。但是，这两种方法在小规模电网中应用广泛，比如100-1000个节点，但是在大规模配电系统的潮流计算使用中则会存在计算效率低和收敛性差的问题。而前进-后退搜索方法是一种图形搜索方法，这种方法的效率和稳定性依靠于图形搜索路径，在大规模电网的潮流计算中遇到了很大的效率问题。

发明内容

有鉴于此，提供一种大规模配电系统的潮流计算方法、装置、设备和存储介质，以解决现有潮流计算中的计算效率低和收敛性差的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种大规模配电系统的潮流计算方法，该方法包括：

随机生成预设节点数的大规模配电系统，其中，所述预设节点数大于预设节点数阈值；

输入所述大规模配电系统的参数的初始值，以初始化所述大规模配电系统，其中，所述参数包括电流、电压、相位角和电功率；

应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；

根据所述计算顺序，应用多端口补充算法确定所述参数更新后的更新值；

应用所述更新值重新初始化所述大规模配电系统；

根据所述计算顺序重新计算所述参数的实时值；

若所述参数的实时值满足收敛条件，则输出所述参数的实时值作为潮流计算结果。

第二方面，本申请实施例提供了一种大规模配电系统的潮流计算装置，该装置包括：

配电系统生成模块，用于随机生成预设节点数的大规模配电系统，其中，所述预设节点数大于预设节点数阈值；

第一初始化模块，用于输入所述大规模配电系统的参数的初始值，以初始化所述大规模配电系统，其中，所述参数包括电流、电压、相位角和电功率；

计算顺序确定模块，用于应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；

参数更新模块，用于根据所述计算顺序，应用多端口补充算法确定所述参数更新后的更新值；

第二初始化模块，用于应用所述更新值重新初始化所述大规模配电系统；

参数实时计算模块，用于根据所述计算顺序重新计算所述参数的实时值；

潮流输出模块，用于在所述参数的实时值满足收敛条件时，输出所述参数的实时值作为潮流计算结果。

第三方面，本申请实施例提供了一种设备，该设备包括：

处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行本申请实施例第一方面所述的大规模配电系统的潮流计算方法；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。

第四方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的大规模配电系统的潮流计算方法中各个步骤。

本发明采用以上技术方案，通过随机生成预设节点数的大规模配电系统，输入大规模配电系统的参数的初始值，以初始化大规模配电系统；应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；根据计算顺序，应用多端口补充算法确定参数更新后的更新值；应用更新值重新初始化大规模配电系统；根据计算顺序重新计算参数的实时值；若参数的实时值满足收敛条件，则输出参数的实时值作为潮流计算结果。结合了多端口补充算法和后退-前进算法，解决了大规模配电系统中的潮流计算时存在的计算时间长和收敛性差的问题，不受电网规模的限制，可应用在任意规模的电网中，均可以实现高速计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种大规模配电系统的潮流计算方法的流程图；

图2是本申请实施例中适用的一种π形等效电路图；

图3是本申请实施例中适用的一种另一种等效电路图；

图4是本申请实施例中适用的一种不同节点的收敛性能示意图；

图5是本申请实施例中适用的一种126个节点的输配电网模型的示意图；

图6是本申请实施例中适用的一种本申请实施例和现有技术的收敛性对比的示意图；

图7是本申请实施例提供的一种大规模配电系统的潮流计算装置的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

首先对申请实施例的可应用场景进行说明。潮流计算可认为是将一定量的注入功率和复电压指定为计算条件，提供与未知数相同的方程数。由于潮流计算符合AC(Alternating Current，交流电)理论，可以认为电压和电流具有正弦波的模式。如果各种变量的变化缓慢，则可以假设潮流计算是稳态或准稳态。另外，假设确定发电端的有功功率、端电压和负载端无功功率后，发电机和负载的稳态特性就可以确定。因此，可以使用稳态潮流计算来获得复电压。

本申请实施例为了分析配电线路中的电流、电流流动和电压分布，由配电系统组成的网络结构配合完成分析。求解配系统的潮流方程时，功率、电流和电压是设置有特定条件的节点，和连接这些节点的分支均为复数；并且功率包括指示有功部分的有功功率P和指示无功部分的无功功率Q。求解潮流方程等同于求解多维非线性方程，因此无法获得该方程的解析解，只能依靠数值迭代方法来求解，也就是对非线性联立方程进行线性化并进行迭代计算，直到满足收敛条件为止。

实施例

图1为本发明实施例提供的一种大规模配电系统的潮流计算方法的流程图，该方法可以由本发明实施例提供的大规模配电系统的潮流计算装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。参考图1，该方法具体可以包括如下步骤：

S101、随机生成预设节点数的大规模配电系统，其中，预设节点数大于预设节点数阈值。

其中，预设节点数大于预设节点数阈值，是为了说明随机生成的配电系统是大规模配电系统，例如，预设节点数阈值可以是500。在一个具体的例子中，随机生成节点数n为500、1000、2000、5000、10000、20000、30000、40000、50000和分支数位n-1的大规模配电系统。

S102、输入大规模配电系统的参数的初始值，以初始化大规模配电系统，其中，参数包括电流、电压、相位角和电功率。

可选的，通过应用后退-前进法搜索并进行初步计算获得参数的初始值。输入大规模配电系统的参数的初始值，来初始化大规模配电系统。另外，这里的参数可以包括电流、电压、相位角和电功率等。

S103、应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序。

具体的，由于大规模配电系统的节点数很多，因此，这里首先需要确定潮流计算过程中的计算顺序。也即，先计算哪个分支，后计算哪个分支，先计算当前分支的哪个节点，再计算当前分支的哪个节点。在一个具体的例子中，可以应用后退-前进法进行搜索来确定计算顺序。

S104、根据计算顺序，应用多端口补充算法确定参数更新后的更新值。

其中，多端口补充算法是指，在每次迭代过程中，将获得的切割分支的电流写入两端的补充注入电功率，并将其添加到两端的原始注入电能中，并用于下一次迭代。具体的，根据上述确定的计算顺序，应用多端口补充算法，来对上述各个参数的值进行更新，得到更新后的一组电流、电压、相位角和电功率的值。

S105、应用更新值重新初始化大规模配电系统。

具体的，应用上述初始值重新初始化本申请实施例中的大规模配电系统。二次初始化的操作，提高了潮流计算中的收敛速度。

S106、根据计算顺序重新计算参数的实时值。

可选的，具体可以通过如下方式实现：根据计算顺序，求解潮流计算方程，得到参数的实时值。

具体的，下面具体说明潮流计算方程的含义和求解。潮流计算首先找出网络外部注入节点的电流与节点电压之间的关系，其中，注入节点的电流可以称为注入电流；上述对应关系应用于发电机或负载设备。在一个具体的例子中，图2示出了一种π形等效电路图。整个传输线的电阻为r，商用频率的电感分量为x，电纳分量为b，j是虚部单位。这个等效电路也可以表示变压器。

接下来考虑该等效电路连接到节点的状态。除了分支之外，节点可以与相位调整天容器或相位匹配反接器连接。假设b_cj是连接到节点i的电纳分量。在一个具体的例子中，图3示出了另一种等效电路图。

是节点i的复电压，

是从网络外部注入到节点i的复电流，r_ij、b_ij、x_ij是节点i和节点j之间的分支的常量，同时，b_ij＝b_ji、x_ij＝x_ji、r_ij＝r_ji成立。

是从节点i流向节点j的电流，定义为分支两端的电纳部分的分支侧，

遵循AC理论。

潮流计算控制方程为

考虑π型等效电路两端的电纳部分，从节点i流向节点j的潮流为：

根据计算顺序，求解上述潮流计算方程，得到参数的实时值。需要说明的是，在求解潮流计算方程之前，还需要进行边界处理计算，这样保证了封闭条件，以便准确找到潮流方程的解。

S107、若参数的实时值满足收敛条件，则输出参数的实时值作为潮流计算结果。

可选的，收敛条件包括参数误差小于对应的收敛误差阈值。其中，每个参数都分别对应收敛阈值，在一个具体的例子中，复电压对应的收敛阈值可以是10^-6；PQ值不匹配造成的收敛误差可以是是10^-4。直到各个参数的实时值均满足收敛条件，停止计算，输出各个参数的实时值作为潮流计算结果。

另外，若参数的实时值不满足收敛条件，则重新执行应用后退-前进法搜索以确定计算顺序的步骤。其中，如果参数的是实时值不满足于收敛条件，则重新执行应用后退-前进算法搜索来确定计算顺序的步骤，以及，该步骤之后的其他步骤，继续进行迭代计算，直到各个参数的实时值满足收敛条件，输出潮流值。

在一个具体的例子中，图4示出了一种不同节点的收敛性能示意图，参考图4，bus表示节点数n，比较了节点数n分别为2000、20000和50000的情况，可以看出，应用本申请的技术方案进行潮流计算，收敛型好，计算速度快。

为了本申请的技术方案更容易理解以及说明本申请实施例的有益效果，下面用一个具体的例子来进行说明。以126节点的电力配电系统为例，图5示出了126个节点的输配电网模型的示意图，首先三个分支和PV(Photovoltaic，光伏)节点加入配电系统组成一个系统回路来计算每种可能的潮流。可能的回路和分支候选为20-98、107-122和42-65。PV节点候选为A：30，B：77，C：124。所有回路分支的参数分别为r＝0.001,x＝0.001，并且所有PV节点的P和V的值分别为1.0。详细的，在这个具体的例子中，电压分布在所有情况下均与相关技术中的牛顿法的结果一致，另外，从迭代次数可以看出，多端口补偿方法具有稳定的收敛特性。

表1迭代结果数据表

通过表1可以确定PV节点在系统中的位置可能会对收敛产生不利的影响。图6示出了一种本申请实施例和现有技术的收敛性对比的示意图，61表示应用本申请实施例中的方法在不同迭代次数中的收敛性能，62表示应用相关技术中的方法在不同迭代次数中的收敛性能。参考图6，在该案例中基于案例0和案例ABC3提出的后退-前进搜索方法的收敛情况，表明当同时引入回路结构和PV节点时，局部不规则会出现收敛形状。而不仅仅在回路结构中会出现不规则现象，而且在涉及PV节点A的所有情况下都会出现不规则现象。因此，可以判断出PV节点的位置可能会影响收敛性。本申请实施例的技术方案可以有效的解决这类收敛性问题。

综上，本发明提出的适用于大规模电力配电系统潮流分析的计算技术，通过改进和结合多种算法来构造进行大电网潮流计算的高速算法。首先、提出高效应用于大规模电网配电潮流计算的算法；其次、提出提高潮流计算收敛性的重新初始化算法；再次、结合了图形搜索算法和快速循环算法的多维搜索技术，用于降低潮流计算时间。

图7是本发明是实施例提供的一种大规模配电系统的潮流计算装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供给的一种大规模配电系统的潮流计算方法。如图7所示，该装置具体可以包括：配电系统生成模块701、第一初始化模块702、计算顺序确定模块703、参数更新模块704、第二初始化模块705、参数实时计算模块706和潮流输出模块707。

其中，配电系统生成模块701，用于随机生成预设节点数的大规模配电系统，预设节点数大于预设节点数阈值；第一初始化模块702，用于输入大规模配电系统的参数的初始值，以初始化大规模配电系统，其中，参数包括电流、电压、相位角和电功率；计算顺序确定模块703，用于应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；参数更新模块704，用于根据计算顺序，应用多端口补充算法确定参数更新后的更新值；第二初始化模块705，用于应用更新值重新初始化大规模配电系统；参数实时计算模块706，用于根据计算顺序重新计算参数的实时值；潮流输出模块707，用于在参数的实时值满足收敛条件时，输出参数的实时值作为潮流计算结果。

可选的，还包括：返回执行模块，用于在参数的实时值不满足收敛条件时，重新执行应用后退-前进法搜索以确定计算顺序的步骤。

可选的，参数实时计算模块706具体用于：

根据计算顺序，求解潮流计算方程，得到参数的实时值。

可选的，参数的初始值通过应用后退-前进法搜索并进行初步计算获得。

可选的，收敛条件包括参数误差小于对应的收敛误差阈值。

本发明实施例提供的大规模配电系统的潮流计算装置可执行本发明任意实施例提供的大规模配电系统的潮流计算方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本发明实施例还提供一种设备，请参阅图8，图8为一种设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括：处理器810，以及与处理器810相连接的存储器820；存储器820用于存储计算机程序，计算机程序至少用于执行本发明实施例中的大规模配电系统的潮流计算方法；处理器810用于调用并执行存储器中的计算机程序；上述大规模配电系统的潮流计算方法至少包括如下步骤：随机生成预设节点数的大规模配电系统，其中，预设节点数大于预设节点数阈值；输入大规模配电系统的参数的初始值，以初始化大规模配电系统，其中，参数包括电流、电压、相位角和电功率；应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；根据计算顺序，应用多端口补充算法确定参数更新后的更新值；应用更新值重新初始化大规模配电系统；根据计算顺序重新计算参数的实时值；若参数的实时值满足收敛条件，则输出参数的实时值作为潮流计算结果。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如本发明实施例中的大规模配电系统的潮流计算方法中各个步骤：随机生成预设节点数的大规模配电系统，其中，预设节点数大于预设节点数阈值；输入大规模配电系统的参数的初始值，以初始化大规模配电系统，其中，参数包括电流、电压、相位角和电功率；应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；根据计算顺序，应用多端口补充算法确定参数更新后的更新值；应用更新值重新初始化大规模配电系统；根据计算顺序重新计算参数的实时值；若参数的实时值满足收敛条件，则输出参数的实时值作为潮流计算结果。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种大规模配电系统的潮流计算方法，其特征在于，包括：

应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；所述计算顺序为先计算哪个分支，后计算哪个分支，先计算当前分支的哪个节点，再计算当前分支的哪个节点；

应用所述更新值重新初始化所述大规模配电系统；

根据所述计算顺序，进行边界处理计算，求解潮流计算方程，得到所述参数的实时值；

若所述参数的实时值满足收敛条件，则输出所述参数的实时值作为潮流计算结果；

还包括：若所述参数的实时值不满足所述收敛条件，则重新执行应用后退-前进法搜索以确定计算顺序的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数的初始值通过应用后退-前进法搜索并进行初步计算获得。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收敛条件包括所述参数误差小于对应的收敛误差阈值。

4.一种大规模配电系统的潮流计算装置，其特征在于，包括：

计算顺序确定模块，用于应用后退-前进法搜索，以确定计算顺序；所述计算顺序为先计算哪个分支，后计算哪个分支，先计算当前分支的哪个节点，再计算当前分支的哪个节点；

参数实时计算模块，根据所述计算顺序，进行边界处理计算，求解潮流计算方程，得到所述参数的实时值；

潮流输出模块，用于在所述参数的实时值满足收敛条件时，输出所述参数的实时值作为潮流计算结果；

还包括：返回执行模块，用于在所述参数的实时值不满足所述收敛条件时，重新执行应用后退-前进法搜索以确定计算顺序的步骤。

5.一种设备，其特征在于，包括：

处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求1-3任一项所述的大规模配电系统的潮流计算方法；

6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-3任一项所述的大规模配电系统的潮流计算方法中各个步骤。