一种配电网三相不对称直流潮流计算方法

文档序号:10690096
一种配电网三相不对称直流潮流计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种配电网三相不对称直流潮流计算方法,该方法对三相电压、电流相角作移相变换,移相后三相模型可满足传统直流潮流的简化假设,适用于配电网三相不对称直流潮流的求解。且简化后的直流潮流模型具有以下特征:非迭代求解;同时考虑P?V和Q?θ耦合;适用于配电网大R/X比的特性;直流潮流解同时包括了电压幅值和电压角度。本发明提出的一种配电网三相不对称直流潮流计算方法,实现了配电网三相不对称潮流的快速求解,功率平衡方程的雅可比矩阵常数化,可显著改善配电网三相不对称潮流的计算效率。
【专利说明】
一种配电网三相不对称直流潮流计算方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种配电网三相不对称直流潮流计算方法,属于电力系统监视、分析 和控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电力技术、计算机技术、通信技术的发展,配电网的智能化程度将日益提高, 建立快速、可靠的电力系统运行监视、分析方法,以保证智能配电网的安全经济稳定运行具 有重要的研究意义。直流潮流被广泛应用于电力系统静态安全分析、安全约束机组组合以 及经济调度等场合,尤其在输电网规划N-I安全分析中,直流潮流的快速性、准确性得到充 分体现。
[0003] 近年来,直流潮流模型的应用被扩展至电力市场阻塞管理,如基于LMP的市场应 用。然而,配电网较输电网电压等级低、支路阻抗比大、网络拓扑复杂且分支多、单相用电负 荷导致三相不平衡、分布式电源渗透率高等特点,传统的单相直流潮流模型存在较大的简 化误差。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种配电网三相不对称直流潮流计算方法, 简化了配电网三相模型计算复杂度,提高了计算结果的精度。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006] -种配电网三相不对称直流潮流计算方法,包括如下步骤:
[0007] 步骤1,获取配电网网络拓扑结构及参数信息,所述参数信息包括节点信息、支路 信息和调压器信息,形成网络导纳矩阵;
[0008] 步骤2,对配电网网络拓扑结构中各节点三相电压相角、电流相角作移相处理,使 任意两个节点任意两相之间的电压相角差为零;
[0009] 步骤3,根据欧姆定律对步骤1的网络导纳矩阵作恒等变换,得到移相后的网络导 纳矩阵;
[0010] 步骤4,对移相后的网络导纳矩阵采用两项简化假设,得到简化后的直流潮流模 型,两项简化假设分别为:1) f +r/ -U 2) -度,其中,表示土节 点相的电压幅值,r/表示k节点1相的电压幅值,妒表示移相后i节点?>相和k节点1相之间 的电压相角差,#表示移相后i节点P相的电压相角,贫表示移相后k节点1相的电压相角, (pe{a,b,c) ,Ie {a,b,c};
[0011] 步骤5,对简化后的直流潮流模型求导得到常数化雅可比矩阵,将已知的根节点电 压幅值和电压相角加入到常数化雅可比矩阵中,得到修正后的线性化功率方程,对修正后 的线性化功率方程进行求解,得到移相后的电压幅值和电压相角。
[0012] 作为本发明的一种优选方案,步骤2所述对配电网网络拓扑结构中各节点三相电 压相角、电流相角作移相处理的具体过程为:令yy=(〇° 120°-120° )τ,电压相角、电流相角 的移相公式分别为:
[0013]
[0014] 其中,€、V分别表示移相前的电压、电流相角,f、#分别表示移相后的电压、电 流相角,供e丨仏6, c_!。
[0015] 作为本发明的一种优选方案,所述步骤3具体公式为:
[0016] Y7 =Yy7 Yyy7 ,
[0017] 其中,Y表示步骤1的网络导纳矩阵,Y7表示移相后的网络导纳矩阵,yy' =diag (eJyy),j表示虚数单位,yy = (0° 120°-120° Ayy"1 表示yy'的逆。
[0018] 作为本发明的一种优选方案,步骤4所述简化后的直流潮流模型为:
[0019]
[0020] 其中,if、Qp分别表示i节点W相的有功、无功功率,"(aA c丨,i = l,2,…,n,k=l, 2,…,n,n表示总节点数,Gf表示网络导纳矩阵移相后i节点財目和k节点1相之间的电导, 贫f表示网络导纳矩阵移相后i节点T相和k节点1相之间的电纳,V=V表示移相前的电压幅 值, 9/表不移相后的电压相角。
[0021 ] 作为本发明的一种优选方案,步骤5所述常数化雅可比矩阵为:
[0022]
[0023]其中,Pabe、Qab。分别表示三相有功、无功功率,C abeI ab。分别表示网络导纳矩阵移 相后的电导、电纳,V/abW ^分别表示移相后的电压幅值、电压相角。
[0024] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
[0025] 本发明受输电网直流潮流模型的启发,结合配电网三相供电的特性,对配电网直 流潮流模型按条件进行简化。首先对配电网三相电压相角作移相处理后,相邻节点相邻相 电压角度近似为零,交流潮流功率方程得到极大化简,雅可比矩阵常数化,无需迭代求解功 率方程,节约存储空间的同时提高计算效率。其次,与输电网直流潮流模型不同,本发明简 化后的直流潮流方程包含了有功与电压幅值,无功与电压相角的耦合关系,相对于经典的 直流潮流模型,计算精度可得到明显的提高。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明配电网三相不对称直流潮流计算方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过 参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
[0028] 本发明针对配电网三相不平衡的特点,提出一种配电网三相不对称直流潮流计算 方法。其主要特点是:1)针对相间互差120度的特点,对二相电压、电流相角进行移相,满足 支路两端相角差为零的简化条件;2)考虑分布式电源接入间歇性、不确定性导致的电压波 动变化大,本发明中包含了电压幅值状态量,有利于电压控制和无功功率管理;3)节点导纳 矩阵作相应的等效变换,适应移相后的直流潮流模型;4)模型中P-V、Q-0不解耦,潮流结果 精度更高。采用IEEE配电网标准算例casel3、case34、case37及casel23,将本发明的三相直 流潮流结果和交流潮流结果作对比,分析结果表明,电压幅值相对误差小于2%,电压角度 绝对误差小于2度。因此,本发明对直流潮流模型所作的三相角度等效变换,可极大简化配 电网三相模型计算复杂度,同时较高的计算结果精度可满足实际的应用需要。
[0029] 如图1所示,为本发明配电网三相不对称直流潮流计算方法的流程图,具体如下。
[0030] 1、获取电力网络结构及参数信息,包括:配电网网络拓扑、节点信息(节点发电机 和负荷的有功、无功功率)、支路信息(支路两端节点编号、支路电阻电抗参数、对地并联电 导、电纳以及变压器变比和阻抗)、调压器信息等,形成网络导纳矩阵Y。
[0031] 2、对各节点三相电压、电流相角作移相处理,配电网三相电压相角互差120°,假设 移相角为yy= (0° 120°-120° )τ,在原来三相的基础上移相yy,使得任意两个节点任意两相 之间的相角差近似为零,即
[0032]
[0033]
[0034] 其中,矿,<,,分别是移相前三相电压、电流相角,if,f是移相后三 相电压、电流相角,i是节点号。
[0035] 3、电压、电流移相后,相角的移相处理等效作用到网络导纳矩阵上,为保持网络拓 扑依然满足欧姆定律I ab° = Yab° · UabS将网络导纳矩阵Y作对应的恒等变换,移相后的网络 导纳矩阵疒为:
[0036] Y7 =Yy7Yyy7
[0037] 4、电压相角移相后相邻节点相邻相之间的电压相角差近似为零,三相交流潮流的 功率方程为:
[0041] 三相电压相角移相后,任意两个节点任意两相的电压角度近似为零,类比传统直 流潮流的三项简化假设,本发明对移相后的导纳矩阵V采用两项新的简化假设:
[0038]
[0039]
[0040]
[0042]
[0043] 其中,f、βφ分别表示有功、无功功率,if表示i节点P相的电压幅值,%表示k节点 1相的电压幅值,<表示移相后i节点?*相和k节点1相之间的电压相角差,#表示移相后i节 点识相的电压相角,<表不移相后k节点1相的电压相角,?丨!_,1 e {a,b,c};得到简化 后的有功、无功功率方程(也就是简化后的直流潮流模型)如下:
[0044]
[0045] 其中,f、Qp分别表示i节点^相的有功、无功功率,丨= l,2,…,n,k=l, 2,…,n,n表示总节点数,Gf表示网络导纳矩阵移相后i节点相和k节点1相之间的电导, 禮"表示网络导纳矩阵移相后i节点P相和k节点1相之间的电纳,疒=V表示移相前的电压幅 值, 9/表不移相后的电压相角。
[0046] 两项简化假设作用于功率方程后,雅可比矩阵简化为恒定常数矩阵,同时包含P-V,Q_9耦合:
[0055]
[0056]
[0057] 将配网根节点电压作为已知状态量,包含在简化后的三相直流潮流模型中,线性 的直流潮流方稈为:
[0058]
[0059] 其中,PfH 分别表示根节点三相电压幅值、相角,0代表零矩阵,与非根节点的 电压幅值和电压相角相对应,F严' £?[^分别表示移相后根节点三相电压幅值、相角,Pab' Qabc:分别表示三相有功、无功功率,G/ab'B/abc;分别表示网络导纳矩阵移相后的电导、电纳, V/abW ^分别表示移相后的电压幅值、电压相角,I3x3表示单位矩阵。
[0060] 5、求解上述常数化并线性化的直流潮流方程,得到节点电压幅值、相角状态量,与 交流潮流结果作相对误差分析比较。
[0061] 采用两项简化假设的配网三相直流潮流,具有如下特点:(1)包含了有功和电压幅 值、无功和电压相角的耦合关系,该直流潮流模型适合配电网R/X大的特点;(2)潮流方程计 及了无功的影响,有利于潮流估计结果精度的提高;(3)状态变量包括三相电压幅值和相 角,有利于配电网电压稳定和无功功率控制。
[0062] 6、算例分析
[0063]本发明以交流潮流模型为基础,结合配电网的特性,进行等效相角转换,进而采用 两项简化假设,将交流潮流模型简化成直流潮流模型。采用IEEE13、34、37、123标准算例对 本发明进行测试,对比交流潮流计算结果,分析本发明的优缺点。
[0064] 6.1电压精度比较
[0065] 直流潮流节点电压精度相对误差,如表1所示。表2为直流潮流根节点有功功率相 对误差。
[0066] 表1直流潮流节点电压精度相对误差

[0069] 6.2根节点有功功率精度比较
[0070] 表2直流潮流根节点有功功率相对误差比较
[0072]从表1和表2的对比分析可见,本发明较交流潮流的节点电压幅值精度相对误差在 2%以内,根节点三相有功功率相对误差在10%以内,且依算例的不同所具备的精度也不 同。对于粗略估计的直流潮流计算来说,本发明的直流潮流模型所采取的等效移相变换、简 化假设可以基本满足计算结果在合理的误差范围内,可以为工程计算所接受。
[0073]以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是 按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围 之内。
【主权项】
1. 一种配电网三相不对称直流潮流计算方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1,获取配电网网络拓扑结构及参数信息,所述参数信息包括节点信息、支路信息 和调压器信息,形成网络导纳矩阵; 步骤2,对配电网网络拓扑结构中各节点三相电压相角、电流相角作移相处理,使任意 两个节点任意两相之间的电压相角差为零; 步骤3,根据欧姆定律对步骤1的网络导纳矩阵作恒等变换,得到移相后的网络导纳矩 阵; 步骤4,对移相后的网络导纳矩阵采用两项简化假设,得到简化后的直流潮流模型,两 项简化假设分别为:1) +「/ -1,2) ifT/ Sin< =0严-<,其中,口表示i节点9?相 的电压幅值,校表示k节点1相的电压幅值,妒表示移相后i节点口相和k节点1相之间的电压 相角差,#表示移相后i节点*相的电压相角,<表示移相后k节点1相的电压相角, φ& {a,b,c} ,1 e {a,b,c}; 步骤5,对简化后的直流潮流模型求导得到常数化雅可比矩阵,将已知的根节点电压幅 值和电压相角加入到常数化雅可比矩阵中,得到修正后的线性化功率方程,对修正后的线 性化功率方程进行求解,得到移相后的电压幅值和电压相角。2. 根据权利要求1所述配电网三相不对称直流潮流计算方法,其特征在于,步骤2所述 对配电网网络拓扑结构中各节点三相电压相角、电流相角作移相处理的具体过程为:令yy =(0° 120°-120° )τ,电压相角、电流相角的移相公式分别为:其中,分别表示移相前的电压、电流相角,#、《Τ分别表示移相后的电压、电流相 角,f 。3. 根据权利要求1所述配电网三相不对称直流潮流计算方法,其特征在于,所述步骤3 具体公式为: 其中,Y表示步骤1的网络导纳矩阵,V表示移相后的网络导纳矩阵,yy'zdiagkm),」 表示虚数单位,yy = (〇° 120°-120° Ayy-1表示yy'的逆。4. 根据权利要求1所述配电网三相不对称直流潮流计算方法,其特征在于,步骤4所述 简化后的直流潮流模型为:其中,f、泛分别表示i节点@相的有功、无功功率,卜上c),i = l,2,…,n,k=l, 2,…,n,n表示总节点数,G,f表示网络导纳矩阵移相后i节点炉相和k节点1相之间的电导, Sf表示网络导纳矩阵移相后i节点9相和k节点1相之间的电纳,ν'=ν表示移相前的电压幅 值,9/表不移相后的电压相角。5.根据权利要求1所述配电网三相不对称直流潮流计算方法,其特征在于,步骤5所述 常数化雅可比矩阵为:其中,Pabe、Qab。分别表示三相有功、无功功率,V ab。分别表示网络导纳矩阵移相后 的电导、电纳,V/abWal-分别表示移相后的电压幅值、电压相角。
【文档编号】H02J3/26GK106058898SQ201610608107
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】卫志农, 陈 胜, 周佳伟, 孙国强, 臧海祥
【申请人】河海大学
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1