[发明专利]一种主动配电网三相潮流的计算方法

摘要

本发明涉及一种主动配电网三相潮流的计算方法，尤其涉及一种支持多个已知注入有功功率和电压的节点（以下简称PV节点）的配电网三相潮流计算方法，属于电力系统调度自动化与电网仿真技术领域。本发明方法利用基于回路的前推-回推潮流算法进行配电网三相潮流计算，在迭代过程中将PV节点转化为PQ节点，最终得到收敛的潮流分布。本方法可以正确计算出含多PV节点的配电网的潮流，为运行人员提供可信的参考依据；而且减小了计算过程中的误差，具有强大的环网处理能力；与面向支路的前推-回推计算相似，因此实现简单，计算速度非常快。

主权项

1.一种主动配电网三相潮流的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)记配电网中已知注入有功功率和电压的节点为PV节点，配电网中已知注入有功功率和无功功率的节点为PQ节点，将配电网根节点电压幅值和相角值作为配电网中各节点的电压幅值和相角值，初始化时，将PV节点按PQ节点处理，使PV节点的注入无功功率的初始值置为零；（2）计算环网回路阻抗矩阵Z_L，具体过程如下：（2-1）设定一个回路矩阵B，用于表示配电网中独立回路与支路之间的关联关系；设配电网中含有n′个节点，其中包括n个独立节点和一个参考节点，n=n′-1，配电网中含有b条支路和m个独立回路，m=b-n，则配电网的回路矩阵B为m×b阶，回路矩阵B中的元素的取值为：Bi′j′=10-1]]>式中，i′为配电网的第i′个独立回路，作为回路矩阵B的第i′行，j′为配电网的第j′条支路，作为路矩阵B的第j′列，当第j′条支路处于第i′个独立回路的道路上，且支路方向与该回路方向相同时B_i′j′=1；当第j′条支路不在第i′个独立回路上时B_i′j′=0；当第j′条支路处于第i′独立回路上，且支路方向与该回路方向相反时B_i′j′=-1；（2-2）将配电网中的支路按先树支后连支顺序排列，使步骤（2-1）得到的回路矩阵B具有下面的结构：其中B_t为m×n阶子矩阵，下标t表示对应树支的部分；B_l为m×m阶子矩阵，下标l表示对应连支的部分；（2-3）根据上述道路矩阵B，得到回路阻抗矩阵Z_L，Z_L=BZ_bB^T,其中B^T为道路矩阵B的转置，Z_b为支路阻抗对角矩阵；（3）从配电网中选出含有分布式电源的节点，该节点为已知注入有功功率和电压的PV节点，对该节点电压进行对称分量分析，得到该节点电压的序分量，将该序分量代入分布式电源的控制方程，求解该控制方程，得到分布式电源节点的注入电流序分量，将该注入电流序分量转换为PV节点的三相注入电流，（4）设定一个PV节点的无功功率阈值，对PV节点的注入无功功率进行判断，若PV节点的注入无功功率小于无功功率阈值，则进行步骤（5）；若PV节点的注入无功功率大于或等于无功功率阈值，则将该PV节点转换为PQ节点，并使该PV节点的注入无功功率值等于设定的无功功率阈值，进行步骤（5）；（5）从配电网馈线的末端节点开始，依次计算配电网中除PV节点以外的各节点的注入电流Iik=(Si/Vik-1)*-YiVik-1,i=1,2,...,n]]>其中，k为迭代次数，是配电网中除PV节点以外的任意节点i在第k-1次迭代计算时得到的电压，S_i是节点i的注入复功率，Y_i是与节点i相连的接地支路的导纳和；（6）计算配电网中注入支路电流具体过程如下：（6-1）设定一个道路矩阵T，用于表示配电网中除参考节点以外的独立节点与支路之间的关联关系；（6-2）设配电网为步骤（2-1）中设定的配电网，则配电网的道路矩阵T为n×b阶，道路矩阵T中的元素的取值为：Tij=10-1]]>式中，i为配电网的第i个节点，作为道路矩阵T中的第i行，j为配电网中的第j条支路，作为道路矩阵T的第j列，当第j条支路处于第i节点到参考点的道路上，且支路方向与该道路方向相同时，T_ij=1；当第j条支路不在第i节点到参考点的道路上时，T_ij=0；当第j条支路处于第i节点到参考点的道路上，且支路方向与该道路方向相反时，T_ij=-1；（6-3）将配电网中的支路按先树支后连支顺序排列，使步骤（6-2）得到的道路矩阵T具有下面的结构：其中T_t为n×b的子矩阵，下标t表示对应树支的部分；（6-4）根据上述道路矩阵T，得到配电网的注入支路电流f₁，f₁=T^TI，其中，I表示配电网中各个节点的注入电流，T^T表示配电网道路阻抗矩阵T的转置，进而得到第k次迭代计算时的配电网注入支路电流其中I^k表示第k次迭代计算得到各节点注入电流；（7）利用步骤（6）得到的注入支路电流分别计算配电网每个环网回路中分裂点的两个等效节点h和e的注入电流和包括以下步骤：(7-1)计算配电网中各节点的虚拟电压V′^k：设配电网根节点的虚拟电压为配电网根节点的实际电压，根据以下公式依次求出配电网中各节点的虚拟电压：Vx′k=Vi′k-Zrf1rk]]>其中，节点i和节点x为相邻节点，且节点i是节点x的上层节点，r为节点i与节点x的连接支路，Z_r为支路r的阻抗，为支路r的注入支路电流；（7-2）计算配电网中环网回路电流利用步骤（7-1）计算得到的上述两个等效节点h和e的虚拟电压，计算节点h和节点e的虚拟电压差：VLk=Vh′k-Ve′k;]]>计算配电网的环网回路电流修正量：其中为上述步骤（2-3）的环网回路阻抗矩阵Z_L的逆矩阵；计算配电网的环网回路电流迭代过程中的初始值为零；（7-3）使两个等效节点h和e的注入电流等值为环网回路电流的两个电流幅值相同、方向相反的注入电流和其中，Ibrkhk=-fLlk,]]>Ibrkek=fLlk;]]>（8）利用步骤（7）得到的环网分裂点等效节点的注入电流，以及步骤（5）得到的配电网的节点的注入电流计算配电网中各支路电流：其中bl表示与节点i相连的支路，bj表示除bl以外的与节点i相连的支路，表示支路bl的支路电流，表示支路bj的支路电流，表示与节点i相连的环网分裂点等效节点的注入电流；（9）设节点i与上一层节点x′的连接支路为l，则节点i的电压为：从配电网的根节点开始，依次计算配电网中各节点的电压，其中Z_l是节点i与上一层节点x′的连接支路l的阻抗；（10）设定同一节点的相邻两次迭代的电压差阈值，对配电网中的所有节点的相邻两次迭代的电压差ΔV^k分别进行判断，若同一节点的相邻两次迭代的电压差ΔV^k小于或等于电压差阈值，则进行步骤（11），若同一节点的相邻两次迭代的电压差大于电压差阈值，且该节点为PV节点，则根据公式ΔQ^k=X^-1|V||ΔV^k|，计算PV节点的无功功率修正量，其中X是PV节点的多端口网络阻抗矩阵的虚部，X^-1是X的逆矩阵，V是PV节点的电压，并用ΔQ^k修正PV节点注入无功功率，使Q^k=Q^k-1+ΔQ^k，用修正后的Q^k作为PV节点的注入无功功率，重复步骤（3）-（10），若同一节点的相邻两次迭代的电压差ΔV^k大于电压差阈值，且该节点不是PV节点，则直接重复步骤（3）-（10）；（11）计算配电网的三相潮流其中表示各支路的复公率，V^k表示配电网各节点电压，表示配电网各支路电流，表示配电网各支路电流的共轭。