一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，包括：获取配电网拓扑结构及网络参数，并在此基础上估计配电网初始运行状态；以初始状态为起点开始过程潮流计算；在假设全网电压为额定电压的情况下进行前推计算，获得各支路电流；根据前推计算得到的电缆线路电流计算k时段电缆各层温度，而后更新电缆线路相阻抗矩阵，再由根节点向末端节点推算各节点电压；将回推计算后的各节点电压再代入前推计算，反复进行前推回代过程，直至达到收敛，得到k时段电缆温度；在获得k时段电缆各层温度后，以此为初值再进行(k+1)时段的潮流计算，直至NS个时段全部计算完毕。本发明专利技术实现了与传统前推回代潮流算法的融合，使算法具有较好的适应性和工程应用的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法
本专利技术涉及电气
，特别是涉及计及电缆热特性的配电网潮流计算方法。
技术介绍
当前，随着负荷的增长、分布式发电接入配电网，使输电能力面临挑战，制约了配电网的安全经济运行及新能源的消纳，如何充分利用现有配网输电元件载荷能力，提高其利用效率已成为电力工作者关注的焦点问题。电力电缆是配电网中广泛使用的输电元件，加之供电距离较短，其载荷能力主要由其热限制决定。因此，充分发掘电缆热载荷潜力对提高配电网安全经济运行水平、实现节能减排具有重要意义。输电元件热载荷能力限制的本质在于导体的最大允许运行温度，由于导体热惯性的存在，热电流并不能准确表征输电元件的本质能力，使得传统以热电流为载荷能力约束的电力系统分析及调控决策存在保守性。对电缆而言，现有针对目前广泛应用的交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆建立了热路模型，并仿真分析了在变化载流下的温度动态过程，揭示了电缆导体的显著热惯性性质以及蕴藏在热惯性中的热载荷潜力。在此基础上，文献“王孟夏，韩学山，黄金鑫，等.计及电缆热特性的电热耦合潮流计算[J].电力系统自动化，2016，40(11)：73-79”进一步将无铠装XLPE绝缘电缆热路模型引入输电网潮流计算中，提出了计及电缆热特性的输电网潮流计算方法，可实现预想运行方式下伴随输电网潮流变化的电缆温度动态过程计算，对帮助运行人员有预见性的发掘电缆线路载荷潜力具有重要意义。然而，配电网具有高线路阻抗比及三相不平衡的特点，上述基于快速解耦的求解方法并不适用于对配电网的分析计算。针对配电网网络结构及参数特点，文献“高沁，卫志农，孙国强，等.计及线路电阻随温度变化影响的电力系统最优潮流[J].电力系统自动化，2015，39(16)：76-80.”在前推回代配网潮流计算中求解架空导线稳态热平衡模型，并利用温度修正电阻，有效提高了配网潮流的计算精度，但未考虑电缆的热特性及其温度的暂态变化过程。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，本专利技术实现了与传统前推回代潮流算法的融合，使算法具有较好的适应性和工程应用的潜力。计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，包括：获取配电网拓扑结构及网络参数，并在此基础上估计配电网初始运行状态，包括节点电压、线路潮流及电缆的初始温度；以初始状态为起点开始过程潮流计算，读取第k时段的配网结构、根节点电压及节点注入功率的计划值；在假设全网电压为额定电压的情况下进行前推计算，获得各支路电流，前推计算过程从网络末端向根节点推算；根据前推计算得到的电缆线路电流计算k时段电缆各层温度，而后更新电缆线路相阻抗矩阵，再由根节点向末端节点推算各节点电压；将回推计算后的各节点电压再代入前推计算，反复进行前推回代过程，直至达到收敛，得到k时段电缆温度；在获得k时段电缆各层温度后，以此为初值再进行(k+1)时段的潮流计算，直至NS个时段全部计算完毕。进一步优选的技术方案，收敛判据为相邻两次前推回代计算结果中的各相节点电压幅值、相角及各相电缆线路温度差的绝对值均小于设定容许偏差。进一步优选的技术方案，在初始潮流状态下计算电缆稳态温度作为电缆初始运行温度。进一步优选的技术方案，在运行环境下，配电网初始运行状态通过量测或状态估计得到，其中，电缆初始温度可由电缆分布式温度监测系统采集获得。进一步优选的技术方案，在网络参数计算中，在计算电缆相阻抗矩阵时需考虑金属屏蔽和铠装层的影响，根据Carson公式在计算得到电缆9阶初始阻抗矩阵的基础上，应用Kron简化得到3阶相阻抗矩阵，电缆9阶初始阻抗矩阵包括各相导体、金属屏蔽和铠装的初始自阻抗和初始互阻抗。进一步优选的技术方案，建立绝缘电缆的热平衡模型，采用隐式梯形差分法对建立的绝缘电缆的热平衡模型代数化，可得到代数化后方程组，将将前推计算得到的电缆线路电流代入代数化后方程组得到k时段电缆各层温度。进一步优选的技术方案，建立绝缘电缆的热平衡模型时，可通过热电类比法构建热路模型，即将热源类比于电流源，热阻类比于电阻，热容类比于电容，温度类比于电压，得到电缆的热平衡方程。进一步优选的技术方案，若忽略电缆各层的储热特性，令电缆的热平衡方程等式左侧微分项等于0，则电缆的热平衡方程演变为热稳态平衡方程式，根据热稳态平衡方程式计算在初始潮流状态下电缆稳态温度作为电缆初始运行温度。进一步优选的技术方案，由于电缆金属套的屏蔽作用，由导体电流产生的电场被限制在绝缘层内，三相电缆线路之间不存在互电纳，因此三相电缆线路电纳矩阵为对角矩阵。进一步优选的技术方案，所述电缆为铠装交联聚乙烯电缆。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术实现了将铠装XLPE绝缘电缆导体层、屏蔽层、金属屏蔽层、铠装层、外护层温度纳入配电网三相潮流计算之中，进一步丰富并发展了电热耦合潮流计算研究。2)本专利技术在计算方法上实现了与传统前推回代潮流算法的融合，使算法具有较好的适应性和工程应用的潜力。3)本专利技术通过合理选择差分步长可实现潮流计算精度和速度的折中，针对电缆热动态过程特点，差分步长在10min～30min范围内选取为宜。4)本专利技术通过对预想事件的分析揭示了在配网运行分析中考虑电缆热特性的必要性，在当前间歇性能源发电广泛接入配电网的形势下，计及电缆热特性将有利于清洁型能源的消纳。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为YJV32电缆等值热路；图2为计及电缆热特性的配电网潮流计算流程；图3支路潮流示意图；图48节点配电系统；图5电缆L4各层温度变化曲线；图6温度对电压幅值计算结果的影响；图7温度变化对网损的影响；图8负荷转供前后部分电缆线路导体温度变化曲线；图9不同步长时计算精度；图10YJV32型XLPE绝缘电缆结构。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本申请以YJV32型铠装XLPE绝缘电缆为对象，首先给出其热平衡模型，而后将热平衡模型的求解嵌入前推回代配电网潮流计算之中，并考虑配电网的三相不平衡特点，提出计及电缆热特性的过程化配电网潮流计算方法，实现任意运行方式下对电气量及电缆温度的分相计算。最后通过对算例系统的分析计算，并结合配电网负荷转供案例说明了本文研究的必要性和所提出潮流计算方法的有效性。本文研究实现将电缆温度作为状态量纳入配电网潮流计算之中，为模拟预想场景下含电缆配电网的电气状态及电缆运行温度提供支持，从而帮助运行人员预见并挖掘电缆线路载荷潜力，提高配网安全经济运行水平。关于铠装XLPE绝缘电缆热平衡模型：地下电缆虽不易受到风速、风向及日照等外部气象因素的影响，但却具有较为复杂的分层结构，使得电缆的热平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，其特征是，包括：获取配电网拓扑结构及网络参数，并在此基础上估计配电网初始运行状态，包括节点电压、线路潮流及电缆的初始温度；以初始状态为起点开始过程潮流计算，读取第k时段的配网结构、根节点电压及节点注入功率的计划值；在假设全网电压为额定电压的情况下进行前推计算，获得各支路电流，前推计算过程从网络末端向根节点推算；根据前推计算得到的电缆线路电流计算k时段电缆各层温度，而后更新电缆线路相阻抗矩阵，再由根节点向末端节点推算各节点电压；将回推计算后的各节点电压再代入前推计算，反复进行前推回代过程，直至达到收敛，得到k时段电缆温度；在获得k时段电缆各层温度后，以此为初值再进行(k+1)时段的潮流计算，直至NS个时段全部计算完毕。

【技术特征摘要】
1.一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，其特征是，包括：获取配电网拓扑结构及网络参数，并在此基础上估计配电网初始运行状态，包括节点电压、线路潮流及电缆的初始温度；以初始状态为起点开始过程潮流计算，读取第k时段的配网结构、根节点电压及节点注入功率的计划值；在假设全网电压为额定电压的情况下进行前推计算，获得各支路电流，前推计算过程从网络末端向根节点推算；根据前推计算得到的电缆线路电流计算k时段电缆各层温度，而后更新电缆线路相阻抗矩阵，再由根节点向末端节点推算各节点电压；将回推计算后的各节点电压再代入前推计算，反复进行前推回代过程，直至达到收敛，得到k时段电缆温度；在获得k时段电缆各层温度后，以此为初值再进行(k+1)时段的潮流计算，直至NS个时段全部计算完毕。2.如权利要求1所述的一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，其特征是，收敛判据为相邻两次前推回代计算结果中的各相节点电压幅值、相角及各相电缆线路温度差的绝对值均小于设定容许偏差。3.如权利要求1所述的一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，其特征是，在初始潮流状态下计算电缆稳态温度作为电缆初始运行温度。4.如权利要求1所述的一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，其特征是，在运行环境下，配电网初始运行状态通过量测或状态估计得到，其中，电缆初始温度由电缆分布式温度监测系统采集获得。5.如权利要求1所述的一种计及电缆热特性的配电网潮流计算方法，其特征是，在网络参数计算中，在计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孟夏，张亚琦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37