一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法
【专利摘要】本发明提供一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，针对复杂配电网，基于隐式高斯潮流计算方法的基本原理，计及线路不对称，考虑负荷不平衡、类型多样、星形/三角形连接共存的特点，分析分布式电源的特殊性，对配电网进行拓扑分析，建立节点导纳矩阵，编码无连接节点，分解节点导纳矩阵，迭代计算节点电压，获得潮流计算结果；实验结果证明了该算法的正确性和快速性。
【专利说明】一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计算方法，具体涉及一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法。
【背景技术】
[0002]对于配电网，其潮流计算必须在满足适用对象的基础上，达到良好的精度、速度、收敛性、鲁棒性指标。潮流计算是电力系统分析的基础工具，具有深刻的理论研究基础；相关内容包括确定性潮流、随机潮流、模糊潮流、区间潮流、优化潮流等，计算方法有牛顿-拉夫逊法、P-Q分解法、前推回代法、回路阻抗法、隐式高斯法等，改进手段有网络分解、分布/并行计算、智能方法求解等。当前配电网潮流计算的理论研究资源也很丰富，但进入实际应用的却极为有限，主要是针对单相的前推回代型潮流计算方法，其计算结果精度不高，难以满足实际应用需求。
[0003]潮流计算是配电网能量管理系统进行分析、预测、仿真、控制等高级应用的功能基础，地位非常重要。传统的潮流算法一般是针对输电网提出的，配电网具有许多不同于输电网的显著特征:
[0004](I)线路不对称。单相、两相和三相线路可能同时存在。
[0005](2)负荷类型多，包括恒功率、恒电流、恒阻抗负荷；星形、三角形连接方式共存；负荷三相不平衡。
[0006](3)拓扑结构随意多变，短距离间隔的大量分布式负荷。
[0007](4)线路R/X比值大，传统解耦方法会有较大误差。
[0008](5)分布式电源的不确定性影响。
[0009](6)电压调节器、无功补偿装置等控制设备的使用。
[0010]综上所述，配电网网络结构复杂、处理对象多、数据量大、三相不平衡，其潮流计算及程序实现方法均面临较大挑战。
【发明内容】
[0011]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，针对复杂配电网，基于隐式高斯潮流计算方法的基本原理，计及线路不对称，考虑负荷不平衡、类型多样、星形/三角形连接共存的特点，分析分布式电源的特殊性，对配电网进行拓扑分析，建立节点导纳矩阵，编码无连接节点，分解节点导纳矩阵，迭代计算节点电压，获得潮流计算结果；实验结果证明了该算法的正确性和快速性。
[0012]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0013]本发明提供一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，所述方法包括以下步骤:
[0014]步骤1:确定初始数据信息，并对配电网进行拓扑分析；
[0015]步骤2:构建节点导纳矩阵；[0016]步骤3:初始化节点电压矩阵；
[0017]步骤4:计算节点注入电流矩阵；
[0018]步骤5:计算t+Ι次迭代中的节点电压矩阵；
[0019]步骤6:判断节点电压是否收敛。
[0020]所述步骤I中的初始数据信息包括配电网线路、配电网开关、配电网负荷、分布式电源连接关系，线路、负荷、分布式电源参数、系统额定电压和平衡节点。
[0021]所述步骤I中，对配电网进行拓扑分析包括以下步骤:
[0022]A)以平衡节点为始点进行宽度优先搜索，对节点重新编号，建立新旧节点编号之间的映射关系，同时按节点顺序对支路进行排序；
[0023]B)对于开关，合并其两端节点为一个节点，相应连接关系全部转移到该节点上，该支路不包含在新支路序列中；
[0024]C)统计得出节点数量η。
[0025]所述步骤2中，节点导纳矩阵用Y表示，具体包括以下步骤:
[0026]步骤2-1:计算线路阻抗Zij ;有
[0027]Zij = Izij(I)
[0028]其中，I为线路长度，Zij为与线路型号相关联的单位长度的阻抗值；
[0029]步骤2-2:计算线路导纳Yij ；
[0030]I)对于三相电路，有:
[0031]
【权利要求】
1.一种含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:确定初始数据信息，并对配电网进行拓扑分析； 步骤2:构建节点导纳矩阵； 步骤3:初始化节点电压矩阵； 步骤4:计算节点注入电流矩阵； 步骤5:计算t+Ι次迭代中的节点电压矩阵； 步骤6:判断节点电压是否收敛。
2.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤I中的初始数据信息包括配电网线路、配电网开关、配电网负荷、分布式电源连接关系，线路、负荷、分布式电源参数、系统额定电压和平衡节点。
3.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤I中，对配电网进行拓扑分析包括以下步骤: A)以平衡节点为始点进行宽度优先搜索，对节点重新编号，建立新旧节点编号之间的映射关系，同时按节点顺序对支路进行排序； B)对于开关，合并其两端节点为一个节点，相应连接关系全部转移到该节点上，该支路不包含在新支路序列中； C)统计得出节点数量η。
4.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤2中，节点导纳矩阵用Y表示，具体包括以下步骤: 步骤2-1:计算线路阻抗Zu;有 Zij = Izij(I) 其中，I为线路长度，Zij为与线路型号相关联的单位长度的阻抗值； 步骤2-2:计算线路导纳Yij ； 1)对于三相电路，有:
5.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤3中包括以下步骤: 步骤3-1:建立数据结构并初始化；
U= [U1; U2;...; Ui;...; Un](6) 其中…为节点电压矩阵，^=^；1;#;^]，U:, t/f和K分别为母线i处a相、b相和c相的相电压； 与之对应，节点注入电流矩阵I为:
I = [I1; I2;...; Ii;...; In] (7) 其中，I1-[/；；/；'；/；], η、/f和//分别为母线i处a相、b相和c相的节点注入电流； 负荷的复功率S为:
S= [S1；S2；...；si；...;Sn] (8) 当母线i负荷为YN连接时，S1= [`S:次:幻，S:、Si;、$分别为母线i处a相、b相和c相的节点注入复功率；当母线i负荷为D连接时，Si HWfyn，Sf Sb S，分别为母线i处ab相间、be相间和ca相间的消耗的复功率； 步骤3-2:初始化节点电压矩阵； Ui = [l;e-1J*2"3;e1J*2"3]i e {1，2，...，η}(9) 步骤3-3:处理平衡节点； 计算平衡节点注入电流b，有 b = -YVb(10) 其中，Vb为平衡节点电压矩阵，有； Vb = zeros (3*n, I)(11) Vb(3*s-2:3*s) = [l;e^1J*2"/3;e1J*2"/3](12) 其中，s为平衡节点的节点编号； 步骤3-4:编码；针对所有母线的三相电压、三相电流、三相功率以及节点导纳矩阵，剔除不需计算的数据对象，包括单相或两相线路中无线路节点及平衡节点的电压、电流和功率； ①初始化num = O, coding = zeros (3*n, I)； ②对于所有i= 1，2，...，3*n,依次进行下列计算； 若存在 Z (i, i)~=0&ceil (i/3)~=s,贝丨J
num = num+1
(13)
coding(num) = i 其中，符号~=含义为不等于，函数ceil表示大于等于目标的最小整数； ③去掉coding末尾的零元素，有coding= coding (1: num)；步骤3-5:分解编码后的节点导纳矩阵；有 [Q, R, P] = qr (Y (coding, coding))(14) 其中，函数qr O表示正交三角分解，矩阵Q、R和P将用于线性方程求解，计算编码后的节点导纳矩阵的逆矩阵H，满足: H = P*(R\QT)(15) 其中，符号\表示矩阵的左除运算。
6.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤4中，在第t次迭代中，根据节点电压矩阵、额定电压条件下的节点负荷矩阵计算节点注入电流矩阵。
7.根据权利要求6所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤4包括以下步骤: 步骤4-1:计算负荷端电压U=；有
8.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤5中，t+Ι次迭代中的节点电压矩阵用Ut+1表示，有
U(t+1) (coding) = H*I(t) (coding)(27) 其中，I(t)为t次迭代中节点注入电流矩阵。
9.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网三相不平衡潮流计算方法，其特征在于:所述步骤6中，根据判断标准判断节点电压是否收敛； 所述判断标准为:满足Hiax(Bbs(A)Jt)) < le-6或t > t_lim ;其中，函数max O取出向量中最大的元素，节点电压变化量Λυω =υα+1)_υω，υω为七次迭代中的节点电压矩阵；t_lim为最大迭代次数限制； 1)若不满足收敛标准，迭代次数t自增1，转步骤4继续迭代求解； 2)若满足收敛标准，完成潮流计算，按照需求输出潮流计算结果。
【文档编号】G06F19/00GK103683284SQ201310739626
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】刘科研, 何开元, 盛万兴 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院