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配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算實用算法論文
摘要：利用兩種可行的輻射形配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算方法來計算配電網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，著重解決了實際計算中出現(xiàn)的難點，并用C語言編制計算程序，對具體算例進行分析。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)絡(luò) 配電網(wǎng)潮流算法
1 配電網(wǎng)潮流計算方法概述
目前，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)潮流計算方法，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)潮流計算方法。由于缺乏行之有效的計算機算法，長期以來供電部門計算配電網(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)潮流計算機算法。目前輻射式配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算方法主要有以下兩類：
(1)直接應(yīng)用克�；舴螂妷汉碗娏鞫�。首先計算節(jié)點注入電流，再求解支路電流，最后求解節(jié)點電壓，并以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點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)潮流計算的難點
1.數(shù)據(jù)收集
在配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)的完整性和精確性是影響計算準確性的一個主要因素。對實際運行部門來說，要提供出完整、精確的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)是很難辦到的，這主要有下面幾個原因：
(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，使得運行部門很難提供完整、精確的運行數(shù)據(jù)。
(2)在實際配電網(wǎng)中，有部分主干線安裝自動測量表計，而大部分配電網(wǎng)絡(luò)只能通過人工收集網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)，很難保證運行數(shù)據(jù)的準確性。因此限制了配電網(wǎng)潮流計算結(jié)果的精確性，使得大多數(shù)計算結(jié)果只能作為參考資料，而不能用于實際決策。
2.負荷的再分配
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、以及各種測量表計安裝不全等原因，使得運行部門無法統(tǒng)計出每臺配電變壓器的負荷曲線，只能提供較準確的配電網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點上(即降壓變壓器低壓側(cè)母線出口處)總負荷曲線。因此在進行配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算時，采取何種負荷分配方法把根節(jié)點上總負荷分配到各負荷節(jié)點上去，使計算結(jié)果更加符合實際情況是潮流計算的關(guān)鍵問題。
3 實用的潮流計算方案
在配電網(wǎng)潮流計算模型中，當(dāng)三相配電系統(tǒng)負荷平衡時，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)電容器組視為一負荷)可暫時忽略不計。對較長的輻射線路，線路容抗的注入量可認為是一電容負荷。所有負荷均不考慮負荷電壓特性，即認為負荷功率不隨電壓幅值的變化而變化。
在對實際配電網(wǎng)絡(luò)進行潮流計算時，作者根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的實際特點和供電部門所提供的數(shù)據(jù)特點，做了以下幾點假設(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)來計算。
(2)假設(shè)所有配電變壓器的負荷在同一時刻為相同的負荷率。
(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)計算出每條線路的長度。
(4)假設(shè)各負荷的功率因數(shù)相同。
(5)假設(shè)所有配電變壓器均處于同一負荷率下，根據(jù)各配電變壓器的額定容量來分配根節(jié)點上的總負荷。
根據(jù)上述假設(shè)條件，進行潮流計算時，需解決兩方面的實際問題：如何進行有效、正確、快速的支路追蹤和進行負荷分配。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，因此在計算時把每一條配電饋線的主饋線和各分支線均視為一條獨立支路，分別計算其潮流值。計算時假設(shè)主饋線根節(jié)點(降壓變壓器母線出口處)的電壓值恒定，各分支根節(jié)點電壓(即主饋線上該節(jié)點電壓)是已知的，且在分支潮流計算時不變。每次潮流計算時，先計算主饋線的潮流，更新各節(jié)點電壓值(除主饋線根節(jié)點外)，再計算各分支潮流。
由于供電部門只能提供配電饋線根節(jié)點的總負荷曲線，不能提供每臺配電變壓器的負荷曲線，因此在計算時，作者根據(jù)實際配電網(wǎng)絡(luò)的特點，把根節(jié)點的總負荷按一定的負荷分配系數(shù)及各配電變壓器的額定容量進行分配，這樣得出的計算結(jié)果與實際情況相比，誤差較�。坏珱]有充分利用少數(shù)已知的節(jié)點負荷值。如用狀態(tài)估計法估算各負荷節(jié)點的負荷，可充分利用已知的節(jié)點負荷并提高計算精度。
在進行逆向計算時，如該分支根節(jié)點上有多條分支，則該分支根節(jié)點上的電壓值就取與其相連的所有分支所計算出來的根節(jié)點電壓的平均值；而前向計算時，則把根節(jié)點上的總功率按各分支負荷分配到各分支上去。
根據(jù)上述方案編制計算程序，對實際配電網(wǎng)絡(luò)進行潮流計算，其計算結(jié)果是符合實際情況的、切實可行的，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標準算例69節(jié)點和33節(jié)點網(wǎng)絡(luò)進行潮流計算。表1是分別用這三種方法計算69節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果比較，表2是分別用這三種方法計算33節(jié)點網(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 計算69節(jié)點網(wǎng)絡(luò)收斂情況比較
表2 計算33節(jié)點網(wǎng)絡(luò)收斂情況比較
表3 Distflow法計算貴瑞線時的收斂情況
注：收斂精度為10-7。表4 逐支路算法計算貴瑞線時的收斂情況
注：收斂精度為10-7。表5 Distflow法和逐支路算法計算貴赤線時的收斂情況
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，使用標準牛頓-拉夫遜法計算時經(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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