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配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算實(shí)用算法論文
摘要：利用兩種可行的輻射形配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算方法來計(jì)算配電網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，著重解決了實(shí)際計(jì)算中出現(xiàn)的難點(diǎn)，并用C語言編制計(jì)算程序，對具體算例進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)絡(luò) 配電網(wǎng)潮流算法
1 配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法概述
目前，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，如牛頓-拉夫遜法、PQ分解法等，均以高壓電網(wǎng)為對象；而配電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級較低，其線路特性和負(fù)荷特性都與高壓電網(wǎng)有很大區(qū)別，因此很難直接應(yīng)用傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法。由于缺乏行之有效的計(jì)算機(jī)算法，長期以來供電部門計(jì)算配電網(wǎng)潮流分布大多數(shù)采用手算方法。80年代初以來，國內(nèi)外專家學(xué)者在手算方法的基礎(chǔ)上，發(fā)展了多種配電網(wǎng)潮流計(jì)算機(jī)算法。目前輻射式配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算方法主要有以下兩類：
(1)直接應(yīng)用克希霍夫電壓和電流定律。首先計(jì)算節(jié)點(diǎn)注入電流，再求解支路電流，最后求解節(jié)點(diǎn)電壓，并以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的功率誤差值作為收斂判據(jù)。如逐支路算法，電壓／電流迭代法、少網(wǎng)孔配電網(wǎng)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(jié)點(diǎn)電壓平方V2作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，列寫出系統(tǒng)的狀態(tài)方程，并用牛頓-拉夫遜法求解該狀態(tài)方程，即可直接求出系統(tǒng)的潮流解。如Distflow算法等。
2 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算的難點(diǎn)
1.數(shù)據(jù)收集
在配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的完整性和精確性是影響計(jì)算準(zhǔn)確性的一個(gè)主要因素。對實(shí)際運(yùn)行部門來說，要提供出完整、精確的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)是很難辦到的，這主要有下面幾個(gè)原因：
(1)由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是10KV及以下電壓等級的配電網(wǎng)絡(luò)，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(jì)，使得運(yùn)行部門很難提供完整、精確的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
(2)在實(shí)際配電網(wǎng)中，有部分主干線安裝自動測量表計(jì)，而大部分配電網(wǎng)絡(luò)只能通過人工收集網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)，很難保證運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此限制了配電網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果的精確性，使得大多數(shù)計(jì)算結(jié)果只能作為參考資料，而不能用于實(shí)際決策。
2.負(fù)荷的再分配
由于配電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用戶設(shè)備種類繁多、極其分散、以及各種測量表計(jì)安裝不全等原因，使得運(yùn)行部門無法統(tǒng)計(jì)出每臺配電變壓器的負(fù)荷曲線，只能提供較準(zhǔn)確的配電網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點(diǎn)上(即降壓變壓器低壓側(cè)母線出口處)總負(fù)荷曲線。因此在進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算時(shí)，采取何種負(fù)荷分配方法把根節(jié)點(diǎn)上總負(fù)荷分配到各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上去，使計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際情況是潮流計(jì)算的關(guān)鍵問題。
3 實(shí)用的潮流計(jì)算方案
在配電網(wǎng)潮流計(jì)算模型中，當(dāng)三相配電系統(tǒng)負(fù)荷平衡時(shí)，可由等值單相系統(tǒng)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(lián)電容(并聯(lián)電容器組視為一負(fù)荷)可暫時(shí)忽略不計(jì)。對較長的輻射線路，線路容抗的注入量可認(rèn)為是一電容負(fù)荷。所有負(fù)荷均不考慮負(fù)荷電壓特性，即認(rèn)為負(fù)荷功率不隨電壓幅值的變化而變化。
在對實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，作者根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際特點(diǎn)和供電部門所提供的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，做了以下幾點(diǎn)假設(shè)：
(1)假設(shè)配電網(wǎng)絡(luò)為三相平衡網(wǎng)絡(luò)，可用等值的單相網(wǎng)絡(luò)來計(jì)算。
(2)假設(shè)所有配電變壓器的負(fù)荷在同一時(shí)刻為相同的負(fù)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(jù)線路總長和總桿數(shù)計(jì)算出每條線路的長度。
(4)假設(shè)各負(fù)荷的功率因數(shù)相同。
(5)假設(shè)所有配電變壓器均處于同一負(fù)荷率下，根據(jù)各配電變壓器的額定容量來分配根節(jié)點(diǎn)上的總負(fù)荷。
根據(jù)上述假設(shè)條件，進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，需解決兩方面的實(shí)際問題：如何進(jìn)行有效、正確、快速的支路追蹤和進(jìn)行負(fù)荷分配。由于配電網(wǎng)絡(luò)是輻射形的，而且各配電饋線上分支線多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在計(jì)算時(shí)把每一條配電饋線的主饋線和各分支線均視為一條獨(dú)立支路，分別計(jì)算其潮流值。計(jì)算時(shí)假設(shè)主饋線根節(jié)點(diǎn)(降壓變壓器母線出口處)的電壓值恒定，各分支根節(jié)點(diǎn)電壓(即主饋線上該節(jié)點(diǎn)電壓)是已知的，且在分支潮流計(jì)算時(shí)不變。每次潮流計(jì)算時(shí)，先計(jì)算主饋線的潮流，更新各節(jié)點(diǎn)電壓值(除主饋線根節(jié)點(diǎn)外)，再計(jì)算各分支潮流。
由于供電部門只能提供配電饋線根節(jié)點(diǎn)的總負(fù)荷曲線，不能提供每臺配電變壓器的負(fù)荷曲線，因此在計(jì)算時(shí)，作者根據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，把根節(jié)點(diǎn)的總負(fù)荷按一定的負(fù)荷分配系數(shù)及各配電變壓器的額定容量進(jìn)行分配，這樣得出的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相比，誤差較小；但沒有充分利用少數(shù)已知的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷值。如用狀態(tài)估計(jì)法估算各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷，可充分利用已知的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷并提高計(jì)算精度。
在進(jìn)行逆向計(jì)算時(shí)，如該分支根節(jié)點(diǎn)上有多條分支，則該分支根節(jié)點(diǎn)上的電壓值就取與其相連的所有分支所計(jì)算出來的根節(jié)點(diǎn)電壓的平均值；而前向計(jì)算時(shí)，則把根節(jié)點(diǎn)上的總功率按各分支負(fù)荷分配到各分支上去。
根據(jù)上述方案編制計(jì)算程序，對實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果是符合實(shí)際情況的、切實(shí)可行的，從而證明了上述方案的可行性。
4 數(shù)字仿真
根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)算例69節(jié)點(diǎn)和33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算。表1是分別用這三種方法計(jì)算69節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果比較，表2是分別用這三種方法計(jì)算33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果比較。而表3、4、5是用Distflow法和逐支路算法計(jì)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(jié)果分析。
表1 計(jì)算69節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)收斂情況比較
表2 計(jì)算33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)收斂情況比較
表3 Distflow法計(jì)算貴瑞線時(shí)的收斂情況
注：收斂精度為10-7。表4 逐支路算法計(jì)算貴瑞線時(shí)的收斂情況
注：收斂精度為10-7。表5 Distflow法和逐支路算法計(jì)算貴赤線時(shí)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(fù)荷分配方案，在支路參數(shù)r/x比值較大的情況下，由于配電網(wǎng)絡(luò)本身呈現(xiàn)出病態(tài)網(wǎng)絡(luò)的特征，使用標(biāo)準(zhǔn)牛頓-拉夫遜法計(jì)算時(shí)經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)散或振蕩的現(xiàn)象，但用Distflow法和逐支路算法能較好地收斂，計(jì)算速度快，收斂精度高。但逐支路算法對某些網(wǎng)絡(luò)(如69節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò))比較敏感，在收斂精度較高的情況下，會出現(xiàn)最大誤差維持在一恒定值的現(xiàn)象，使得計(jì)算不收斂；而用Distflow法則不會出現(xiàn)這一現(xiàn)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。
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