MATPOWER平台下配电网潮流算法的应用及比较

提出了配电网潮流算法在MATPOWER平台下应用的解决方案。同时基于MATPOWER平台,针对辐射状配电网,对牛顿拉夫逊法和前推回代法在收敛性、计算速度、稳定性以及网孔处理能力上进行了细致的研究比较。为配电网潮流计算系统的核心算法选取提供了实验理论依据。

分布式电源对配电网潮流计算的影响研究

配电中接入的分布式电源的增多,潮流计算时,传统的前推回代法无法满足精度要求。对系统研究发现,分布式电源的出力和接入位置对配电网的网损有不同的影响,阐述了分布式电源潮流计算模型,并引入了一种带有PV节点无功修正的分布式电源配电网潮流计算方法。通过对IEEE14节点系统进行仿真验证,证明了所提算法的有效性和收敛性。研究结果显示:新提出的方案和技术能够更加高效地解决带有分布式电源的配电网潮流问题。

分布式电源并网的潮流计算

分布式电源DG(distributed generation)并网对配电系统的电压和网损有着重要影响。分析了常见的几种DG,提出了它们各自在潮流计算中的模型以及处理方法,并采用前推回代法来计算有DG并网的配电系统的潮流。考虑到前推回代法处理PV节点的能力较差,引入了注入无功补偿法,该方法适合DG并入配电系统的潮流计算。然后,通过在33节点配电系统中进行大量测试,表明该方法是可行的。最后分析DG并网对系统电压和网损的影响。

分布式电源内阻抗引发前推回代潮流发散的问题

大量种类繁多的分布式电源接入可能运行在三相不平衡状态的配电网。分布式电源种类繁多,控制方式多样,并网阻抗等值参数取值范围较宽。前退回代是用于配网潮流计算的重要方法之一。通过数值仿真计算发现,分布式电源三序稳态模型的负序和零序阻抗在一定的取值范围内,会引起前推回代潮流计算发散。进一步分析潮流发散的原理,发现造成发散的原因是前推回代格式的谱半径大于1,并提出一种等值负序和零序阻抗补偿方法解决这一问题。

一种配电网合环实用潮流算法

针对配电网合环潮流计算难度大,前推回代法只适用于辐射型配电网络,提出了一种计算配电网合环潮流的两阶段法。第一阶段中,运用叠加原理,将合环后环状配电网转化为纯辐射状配电网。用前推回代法对纯辐射状配电网潮流计算,从而得到合环开关两侧电压差。在第二阶段,不断修正合环开关两侧负荷功率,以支路功率为变量,重新运用前推回代法求解纯辐射状网络潮流,直至达到整体收敛。针对配电网调度室无法获取上级电网的实时信息,利用迭代法求取上级电网等值阻抗。通过对实际算例仿真,结果表明该方法具有良好的收敛性和准确性。

辐射型网络潮流的分层前推回代算法

基于配电网络特有的层次结构特性,论文提出了一种新颖的分层前推回代算法。该算法将网络支路按层次进行分类,并分层并行计算各层次的支路功率损耗和电压损耗,因而可大幅度提高配电网潮流的计算速度。论文在MATLAB环境下,利用其快速的复数矩阵运算功能,实现了文中所提的分层前推回代算法,并取得了非常明显的速度效益。另外,论文还讨论发现,当变压器支路阻抗过小时,利用Π型模型会产生数值巨大的对地导纳,由此会导致潮流不收敛。为此,论文根据理想变压器对功率和电压的变换原理,提出了一种有效的电压变换模型来处理变压器支路,从而改善了潮流算法的收敛特性。基于IEEE40节点的配电网算例系统和1338节点的实际系统进行了仿真计算,结果表明:该文算法具有速度快、收敛可靠的明显优点。

基于潮流计算的配电网最大供电能力模型

现有文献计算配电网最大供电能力(total supply capability,TSC)的方法均未计及线路潮流引起的电压降落和网络损耗,其结果准确性应用于实际运行还存在一定难度。为解决这一基础性问题,首先提出基于潮流计算的TSC模型,精确计及了电压降落和网络损耗。该模型基于馈线间互联关系建立,其计算结果能精确到馈线负荷,同时考虑了主变N-1故障和馈线N-1故障。其次,针对该含有迭代的非线性规划模型,提出一种基于前推回推的迭代和广义梯度法的求解方法。最后,通过算例对比所提方法与现有文献方法,并利用N-1安全校验仿真来验证。结果表明,所得TSC结果更为准确,为TSC理论的应用从规划向运行提供了参考。

基于叠加原理和前代后代法的环状配电网潮流计算

提出了一种基于叠加原理和前代后代法的用于计算环状配电网潮流的改进算法。运用叠加原理,将环状配电网的潮流计算转化为纯辐射状配电网的潮流计算。以支路功率为变量,通过两层迭代来求解:内层迭代计算纯辐射状网络潮流,而用外层迭代来不断修正解环点支路功率达到整体收敛。针对该文的算法提出了一种基于节点邻接表的搜索方法,用于搜索环网、形成环网阻抗矩阵而无需进行复杂的编码。利用IEEE标准节点系统进行了验算,结果表明,所提出的算法具有良好的收敛特性,特别适合大规模多环状的配电网络的潮流计算。

基于CIM建模的配电网三相潮流计算

应用面向对象的程序设计方法实现了基于公共信息模型(CIM)建模的配电网三相潮流计 算。在CIM扩展的配电网模型的基础上,设计了内部数据结构以及访问配电网设备参数和电气运 行参数的接口,有效地降低了数据交换的复杂度。采用迭代器模式封装配电网络的遍历算法来实 现潮流算法的系统级迭代,迭代器模式能减少算法与数据间的耦合,使程序具有良好的可维护性。 三相前推回代算法的实际算例测试表明该程序还具有较快的运算速度。

配电网运行拓扑与支路顺序算法

前推回代法计算配电网潮流的关键是在高效拓扑表示基础上,确定配电网支路或节点前推、回代顺序。首先,按照IEC 61970-301 CIM中拓扑的概念,对配电网的拓扑表示进行总结,给出了配电网运行时,表示拓扑的图的定义;然后提出用邻接支路表示这种图,并定义出这种图支路的度和逆有向道路;再根据前推回代潮流计算的特点,提出了计算前推支路顺序搜索和回代支路顺序的计算方法;最后编制了程序,验证了算法的正确性。算法简单直观,占用内存小,计算效率高。

考虑电热耦合效应的配电网潮流计算

线路电阻会随着线路温度的变化而变化,这使得电网周围的环境因素对电网潮流分布产生影响。文中计及线路温度、线路电阻和潮流的相互关系,建立了考虑电热耦合效应的配电网潮流计算模型,在该模型中,线路电阻作为状态变量,不再是一个常数。针对该模型的复杂性,对常规基于前推回代法的配电网潮流计算进行了扩展,将线路热平衡模型嵌入到前推部分,在迭代过程中动态更新线路温度、电阻和潮流,简单高效地实现了考虑电热耦合效应的配电网潮流计算。IEEE 14节点和118节点配电网算例分析表明电热耦合效应对配电网潮流有较大的影响,基于恒定电阻的潮流计算可能产生较大的偏差。

基于阻抗补偿的三相四线制配电网前推回代潮流算法

在三相四线制配电网中,中性线重复接地对前推回代潮流算法存在收敛性问题。分析了中性线重复接地导致前推回代潮流算法难收敛的原因,提出一种基于阻抗补偿的三相四线制配电网前推回代潮流算法,改善了潮流计算的收敛性,并保证补偿前后的潮流结果不变。该方法通过在接地电阻和重复接地点之间补偿一对大小合适且取值相反的阻抗,减小了不动点迭代雅可比矩阵的谱半径,使之满足压缩映射的条件,从而保证潮流计算收敛。算例验证了所提方法的正确性。

主馈线和分支线路相结合的配电网无功补偿

针对配电网负荷多变的特点,提出采用电容器对10kV配电网进行无功补偿时,采用分支线路末端配电变压器低压侧和主馈线相结合的优化补偿方式。以系统有功网损、电容器的安置费用加权最小为目标函数。根据配电网辐射状树形分布特征,首先在分支线路末端以提高线路功率因数确定电容器的补偿容量及其类型,然后在主馈线上依无功负荷的分布情况再确定电容器补偿的最佳位置和容量。潮流计算采用配电网广泛使用的前推回代法。最后,以实际电网为例,说明了该算法的可行性和优越性。

基于节点分层的配网潮流前推回代方法

结合配电网特有的辐射状特点,提出了一种新的基于节点分层的配网潮流前推回代方法。该方法利用配网支路及其节点参数所形成的节点-节点关联矩阵推导出节点分层矩阵及其对应的上层节点矩阵,再根据所形成的分层矩阵及其对应的上层节点矩阵利用前推支路电流和回代电压进行计算。通过对算例的编程计算,结果表明所提的算法有效、快速及实用。

考虑风光和负荷随机性的微网三相潮流计算

由于微网系统潮流分布具有不确定性和不对称性的特点,传统的潮流计算模型已不再适用。针对微网运行中各种随机性因素的影响,建立基于蒙特卡罗模拟的热电联供型微网三相潮流计算模型,以一个包含风、光、储、微型燃气轮机、燃料电池以及热电负荷的Benchmark微网为例,运用前推回代法求解模型,并对比分析外网和微源分别承担微网波动时各自的出力波动及系统的电压质量。算例表明,微源相比于外网承担微网的波动时,不仅提高了电压质量,同时微网实现了对内部随机性的消纳,验证了所提模型和算法的有效性。

一种配电网潮流计算的新方法

针对辐射状配电网的结构特点,应用前推回代法进行潮流计算,以广度优先搜索策略为理论基础,通过广度优先搜索遍历并借用ADT栈形成网络层次结构,来确定前推回代的节点顺序,形成一种实用的配电网潮流计算方法。该方法可以处理多分支辐射网,无需复杂的网络编号、不用形成导纳矩阵,而且迭代次数少、结果精确。该算法已在实际城区配电网应用,运行良好。

配电网模糊潮流计算方法及其收敛性研究

针对配电系统中存在的大量不确定因素,提出一种改进的配电网模糊潮流支路前推回代法,充分考虑负荷的模糊性对潮流计算的影响,使算法能应用于复杂的实际配电系统。算法线性收敛,计算速度快,计算结果采用梯形模糊隶属函数来表达,能更准确的反映负荷模糊性对于各个节点电压和功率的影响。对算法收敛性进行分析和证明,给出算法的收敛判据并证明当满足收敛条件时必存在唯一平衡收敛点,同时给出收敛误差方程。在美国PG&E的69节点配电系统上的仿真结果表明,与确定性支路电流法和基于蒙特卡洛随机抽样的支路前推回代法相比,模糊支路前推回代法的计算结果能更准确地反映出更多的系统信息,验证了研究结论的正确性和实用性。

考虑光伏并网的配电网潮流计算

基于天气预报系统的太阳辐射模型,利用气象部门获得的云层类型预报信息对光伏进行短期预测;并提出了适用于含光伏发电的弱环配电网的牛顿-拉夫逊法和前推回代法相结合的配电网潮流算法。该算法将弱环配电网等效为环网和辐射形网络两个部分,采用牛顿-拉夫逊法和前推回代法交替求解环网与辐射形网络,实现含有分布式光伏电源的配电网潮流计算。在新算法中采用变收敛精度进行计算,既保证最终的精确性又能提高计算速度。最后,采用28节点算例进行验证,表明了该方法的有效性。

改进的配电网三相潮流计算方法

配电网网络参数的不对称使得对称分量法解耦失效,配电网潮流计算元件模型需采用abc全耦合模型。针对配电网长辐射状网络结构可能导致的三相牛顿拉夫逊潮流初值选取难题,提出了一种初值选取方法。首先,将给定的配网三相系统除去合环支路后简化成单相系统,采用单相前推回代得出其潮流解;再利用单相潮流节点电压构造出三相对称电压,以此作为三相牛顿拉夫逊法的初值进行三相潮流计算,克服了配网潮流计算中前推回代与牛顿拉夫逊潮流算法各自的不足。IEEE33节点案例计算结果表明,该方法能够为配电网牛拉法提供合理初值并提高牛拉法收敛速度。

10kV配电网潮流计算方法的实用化改进

充分考虑10kV配电网络的实际特点,基于动态链表存储技术,对10kV配电网潮流计算的常规前推回代法进行了实用化改进。改进方法采用动态链表存储技术描述并自动存储配电网络树状结构,无需对网络节点和支路进行任何预编号等处理;结合10kV配电网络的两级电压特点,基于网络单线图,最小化迭代节点规模,使潮流迭代计算节点规模约减半;对多电源配电网中的PV节点,直接应用无功迭代法进行处理,无需其进行节点分裂。还考虑了配电变压器空载损耗、电阻压降的影响。改进方法具有较强的通用性和实用性,使用方便、网络拓扑功能强,可与目前广泛应用的10kV配电网线损理论计算软件实现网络参数的无缝连接。算例表明改进方法计算结果正确,收敛性稳定,计算存储量小,计算速度快。