一种环网型配电系统潮流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种环网型配电系统的潮流计算方法，根据环网型配电系统的特点建立电路模型，对电路模型中的节点和支路进行编号，并利用矩阵形式来表示电路的初始数据，尤其是电路拓扑结构的数据化描述，使电路模型中图形连接的逻辑关系清晰明确，关联矩阵的引入实现了对路径搜索过程的程序化设计，并用初始数据矩阵作为唯一数据输入，使整个程序设计直接简单；计算过程中利用图论的知识，对环网型配电系统回路进行合理展开，等效为辐射型配电系统进行计算，大大简化了计算过程，并且计算过程中主要利用矩阵元素的代数运算求解配电网的各支路潮流和各负荷节点电压，因而程序计算用时较少，收敛速度较快。

A Power Flow Calculation Method for Loop Network Distribution System

【技术实现步骤摘要】
一种环网型配电系统潮流计算方法
本专利技术涉及低压配电
，尤其涉及一种环网型配电系统潮流计算方法。
技术介绍
目前，配电网潮流计算是配电网系统分析、经济运行的重要基础。配电网的网络重构、故障处理、无功优化和状态估计、线损分析等都需要用到配电网潮流计算的结果。一种性能优良的潮流计算方法是配电系统管理的关键。随着电力部门对配电网管理的重视程度不断加深，专门针对配电网的潮流计算研究广泛开展起来。由于配电网是输电网和电能用户的中间环节，电压等级较输电网低，稳态运行时网络结构呈树形、多分支的辐射状结构，而在负荷转移或故障发生时会出现弱环网运行状态。线路R/X值较高，多数情况大于1；低压配电变压器多位于负荷中心，自配电变压器低压侧向多个方向供电，可将配电系统上级变电站出口母线视为无穷大电源，多个方向的供电可分开进行计算，低压配电网的潮流从配变配电变压器低压侧流向负荷。国内外学者根据配电网的特点提出了各种配电网潮流算法，如牛顿法、改进PQ解耦法、回路阻抗法和前推回代法等。但牛顿法需要形成导纳矩阵，并且雅可比矩阵的对角优势不复存在，很难收敛；改进PQ解耦法对R/X值较大的线路引入补偿技术，这种算法复杂化，丧失了快速解耦原有计算量小、收敛可靠的优点；回路阻抗法需要复杂的节点和支路编号，比较耗时。比较而言，前推回代潮流算法该方法物理概念明晰，但由于，配电网络结构庞大，分支较多，计算过程中对网络结构数据的搜索，影响了潮流的计算速度，数据每次前推时都计算支路的功率损耗，涉及直接对数据矩阵的计算，占用空间比较大又比较费时，且只适用于网络呈辐射状的结构的配电网络。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种环网型配电系统潮流计算方法，能够快速、准确的进行潮流计算，且计算的工作量大大降低，收敛可靠，耗时少。本专利技术采用的技术方案为：一种环网型配电系统潮流计算方法,具体包括以下几个步骤：步骤一，根据环网型配电系统的特点，建立环网型配电系统电路模型，将配电变压器低压侧作为电势节点，等值为电压幅值和相角为恒定已知量并假定三相电压对称；馈线上所有负荷等效为末端集中的节点负荷，且为恒功率即PQ负荷，馈线支路采用集中参数模型，故环网型配电系统中只有一个电势节点，其余节点都是负荷节点；环网型配电系统中部分支路连接形成回路，根据图论知识，确定环网型配电系统中回路的连支，并定义为环网状支路，环网状配电系统中除环网支路外的其他支路定义为辐射状支路；按潮流流动的方向，设定各回路电流的绕行方向，环网状支路电流的参考方向取回路电流的绕行方向；环网型配电系统中每一条支路与系统中的两个节点相连，辐射状支路潮流从电势节点出发流向负荷节点，将辐射状支路潮流流出节点定义为始端节点，另一端的节点定义为末端节点，将环网状支路的参考电流流出节点定义为始端节点，另一端的节点定义为末端节点；步骤二，对环网型配电系统的电路模型中拓扑结构的支路和节点进行编号，电势节点编号为0，负荷节点依次编号为1,3,4……n-1，n为环网型配电系统的节点数，包括一个电势节点，n-1个负荷节点；支路从与电势节点相连支路出发，先对辐射状支路进行编号，使辐射状支路编号和与其相连的末端节点编号相同，依次编号为1,2,3……,b，b为环网型配电系统中辐射状支路的支路数；再对环网状支路进行编号，依次继续编号为b+1,b+2,……,b+m，m为环网型配电系统中环网状支路的支路数；则环网型配电系统的支路数为(b+m)，包括b条辐射状支路，m条环网状支路；并通过初始数据矩阵DSH来表述环网型配电系统电路模型的拓扑结构和具体参数，初始数据矩阵DSH为(b+m)行，5列的矩阵，其中第i行为：DSH(i,:)＝[x,NS(x),NR(x),Z(x),S(NR(；x))其]中，i＝1,2,......,b+m；x为第i条支路编号，NS(x)为第i条支路始端节点的编号，NR(x)为第i条支路末端节点的编号，Z(x)为第i条支路阻抗，S(NR(x))为节点NR(x)的节点负荷复功率；步骤三，通过初始数据矩阵DSH来构造环网型配电系统的节点支路关联矩阵NBH，节点支路关联矩阵NBH为n行，(b+m)列的矩阵，第j行第i列元素NBH(j,i)为：其中，j＝1,2,......,n，i＝1,2,......,b+m；步骤四，根据节点支路关联矩阵NBH构造环网型配电系统电路模型的回路路径矩阵LH，回路路径矩阵LH为m行，(b+m)列的矩阵，第s行第i列元素LH(s,i)为：其中，s＝1,2,......,m，i＝1,2,......,b+m；根据回路路径矩阵LH和初始数据矩阵DSH，构造回路阻抗矩阵ZLH，回路阻抗矩阵ZLH为m行，m列的矩阵，第s1行第s2列元素ZLH(s1,s2)为：当s1＝s2＝s时，ZLH(s,s)表示回路s的自阻抗，等于回路s中所有支路阻抗之和，当s1≠s2时，ZLH(s1,s2)表示回路s1与回路s2的互阻抗，等于回路s1和s2共有支路阻抗代数和，s1＝1,2,......,m；s2＝1,2,......,m；s＝1,2,......,m；其中，回路s表示环网状支路(b+s)所在的回路；步骤五，将环网型配电系统的环网状支路断开，将环网型配电系统电路模型等效为对应的辐射型电路模型，并将注入末端节点的负荷电流用等效电流的形式来替代；用等效数据矩阵DS来表述等效后辐射型电路模型的拓扑结构和具体参数，则等效数据矩阵DS为b行，5列的矩阵，第i行元素DS(i,:)＝DSH(i,:)；构造等效后辐射型电路模型的等效节点支路关联矩阵NB，等效节点支路关联矩阵NB为n行，b列的矩阵，第j行第i列元素NB(j,i)＝NBH(j,i)；其中，i＝1,2,......,b；j＝1,2,......,n，i＝1,2,......,b；步骤六，根据等效节点支路关联矩阵NB和等效数据矩阵DS构造等效后辐射型电路模型从电势节点到负荷节点的潮流流经的路径矩阵P，路径矩阵P为(n-1)行，b列的矩阵，第j行第i列元素P(j,i)为：其中，j＝1,2,......,n-1，i＝1,2,......,b；等效后辐射型电路模型中从电势节点0到负荷节点j的潮流流经支路的判定包括以下几步：1)遍历NB矩阵中第(j+1)行元素NB(j,:)若NB(j,y)＝1，可确定支路y末端节点为j；2)遍历NB矩阵中第y列元素NB(:,y)，若NB(z,y)＝-1，可确定支路y始端节点为(z-1)；3)遍历NB矩阵中第z行元素NB(z,:)，若NB(z,t)＝1，可确定支路t末端节点为(z-1)；4)重复以上步骤2,3，直到支路始端节点为电势节点0；则从电势节点0到负荷节点j的潮流经路径为电势节点0……支路t，节点(z-1)，支路y，负荷节点j；步骤七，根据等效后辐射型电路模型的路径矩阵P和等效数据矩阵DS，构造等效后辐射型电路模型从电势节点到负荷节点的潮流流经的支路阻抗矩阵ZP和节点负荷的复功率矩阵LB；支路阻抗矩阵ZP为(n-1)行，b列的矩阵，第j行第i列元素ZP(j,i)为：ZP(j,i)＝P(j,i)*Z(i)；节点负荷的复功率矩阵SB为b行，(n-1)列的矩阵，第i行第j列元素SB(i,j)为：SB(i,j)＝P(i,j)*S(j)；其中，Z(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于：环网型配电系统潮流计算方法,其特征在于，具体包括以下几个步骤：步骤一，根据环网型配电系统的特点，建立环网型配电系统电路模型：将配电变压器低压侧作为电势节点，等值为电压幅值和相角为恒定已知量并假定三相电压对称；馈线上所有负荷等效为末端集中的节点负荷，馈线支路采用集中参数模型，故环网型配电系统中只有一个电势节点，其余节点都是负荷节点；环网型配电系统中部分支路连接形成回路，确定环网型配电系统中回路的连支，并定义为环网状支路，环网状配电系统中除环网状支路外的其他支路定义为辐射状支路；按潮流流动的方向，设定各回路电流的绕行方向，环网状支路电流的参考方向取回路电流的绕行方向；环网型配电系统中每一条支路与系统中的两个节点相连，辐射状支路潮流从电势节点出发流向负荷节点，将辐射状支路潮流流出节点定义为始端节点，另一端的节点定义为末端节点，将环网状支路的参考电流流出节点定义为始端节点，另一端的节点定义为末端节点；步骤二，对环网型配电系统的电路模型中拓扑结构的支路和节点进行编号，电势节点编号为0，负荷节点依次编号为1,3,4……n‑1，n为环网型配电系统的节点数，包括一个电势节点，n‑1个负荷节点；支路从与电势节点相连支路出发，先对辐射状支路进行编号，使辐射状支路编号和与其相连的末端节点编号相同，依次编号为1,2,3……,b，b为环网型配电系统中辐射状支路的支路数；再对环网状支路进行编号，依次继续编号为b+1,b+2,……,b+m，m为环网型配电系统中环网状支路的支路数；则环网型配电系统的支路数为(b+m)，包括b条辐射状支路，m条环网状支路；并通过初始数据矩阵DSH来表述环网型配电系统电路模型的拓扑结构和具体参数；步骤三，通过初始数据矩阵DSH来构造环网型配电系统的节点支路关联矩阵NBH；步骤四，根据节点支路关联矩阵NBH构造环网型配电系统电路模型的回路路径矩阵LH；步骤五，将环网型配电系统的环网状支路断开，将环网型配电系统电路模型等效为对应的辐射型配电系统电路模型，并将注入末端节点的负荷电流用等效电流的形式来替代；步骤六，根据等效节点支路关联矩阵NB和等效数据矩阵DS构造等效后辐射型电路模型从电势节点到负荷节点的潮流流经的路径矩阵P；步骤七，根据等效后辐射型电路模型的路径矩阵P和等效数据矩阵DS，构造等效后辐射型电路模型从电势节点到负荷节点的潮流流经的支路阻抗矩阵ZP和节点负荷的复功率矩阵LB；步骤八，计算环网型配电系统的各支路潮流和各负荷节点电压。...

【技术特征摘要】
1.一种环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于：环网型配电系统潮流计算方法,其特征在于，具体包括以下几个步骤：步骤一，根据环网型配电系统的特点，建立环网型配电系统电路模型：将配电变压器低压侧作为电势节点，等值为电压幅值和相角为恒定已知量并假定三相电压对称；馈线上所有负荷等效为末端集中的节点负荷，馈线支路采用集中参数模型，故环网型配电系统中只有一个电势节点，其余节点都是负荷节点；环网型配电系统中部分支路连接形成回路，确定环网型配电系统中回路的连支，并定义为环网状支路，环网状配电系统中除环网状支路外的其他支路定义为辐射状支路；按潮流流动的方向，设定各回路电流的绕行方向，环网状支路电流的参考方向取回路电流的绕行方向；环网型配电系统中每一条支路与系统中的两个节点相连，辐射状支路潮流从电势节点出发流向负荷节点，将辐射状支路潮流流出节点定义为始端节点，另一端的节点定义为末端节点，将环网状支路的参考电流流出节点定义为始端节点，另一端的节点定义为末端节点；步骤二，对环网型配电系统的电路模型中拓扑结构的支路和节点进行编号，电势节点编号为0，负荷节点依次编号为1,3,4……n-1，n为环网型配电系统的节点数，包括一个电势节点，n-1个负荷节点；支路从与电势节点相连支路出发，先对辐射状支路进行编号，使辐射状支路编号和与其相连的末端节点编号相同，依次编号为1,2,3……,b，b为环网型配电系统中辐射状支路的支路数；再对环网状支路进行编号，依次继续编号为b+1,b+2,……,b+m，m为环网型配电系统中环网状支路的支路数；则环网型配电系统的支路数为(b+m)，包括b条辐射状支路，m条环网状支路；并通过初始数据矩阵DSH来表述环网型配电系统电路模型的拓扑结构和具体参数；步骤三，通过初始数据矩阵DSH来构造环网型配电系统的节点支路关联矩阵NBH；步骤四，根据节点支路关联矩阵NBH构造环网型配电系统电路模型的回路路径矩阵LH；步骤五，将环网型配电系统的环网状支路断开，将环网型配电系统电路模型等效为对应的辐射型配电系统电路模型，并将注入末端节点的负荷电流用等效电流的形式来替代；步骤六，根据等效节点支路关联矩阵NB和等效数据矩阵DS构造等效后辐射型电路模型从电势节点到负荷节点的潮流流经的路径矩阵P；步骤七，根据等效后辐射型电路模型的路径矩阵P和等效数据矩阵DS，构造等效后辐射型电路模型从电势节点到负荷节点的潮流流经的支路阻抗矩阵ZP和节点负荷的复功率矩阵LB；步骤八，计算环网型配电系统的各支路潮流和各负荷节点电压。2.根据权利要求1所述的环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于：所述的步骤二中，初始数据矩阵DSH为(b+m)行，5列的矩阵，其中第i行为：DSH(i,:)＝[x,NS(x),NR(x),Z(x),S(NR(x))]；其中，i＝1,2,......,b+m；x为第i条支路编号，NS(x)为第i条支路始端节点的编号，NR(x)为第i条支路末端节点的编号，Z(x)为第i条支路阻抗，S(NR(x))为节点NR(x)的节点负荷复功率。3.根据权利要求1所述的环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于：所述的步骤三中，节点支路关联矩阵NBH为n行，(b+m)列的矩阵，第j行第i列元素NBH(j,i)为：其中，j＝1,2,......,n，i＝1,2,......,b+m。4.根据权利要求1所述的环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于：所述的步骤四中，回路路径矩阵LH为m行，(b+m)列的矩阵，第s行第i列元素LH(s,i)为：其中，s＝1,2,......,m，i＝1,2,......,b+m；根据回路路径矩阵LH和初始数据矩阵DSH，构造回路阻抗矩阵ZLH，回路阻抗矩阵ZLH为m行，m列的矩阵，第s1行第s2列元素ZLH(s1,s2)为：当s1＝s2＝s时，ZLH(s,s)表示回路s的自阻抗，等于回路s中所有支路阻抗之和，当s1≠s2时，ZLH(s1,s2)表示回路s1与回路s2的互阻抗，等于回路s1和s2共有支路阻抗代数和，s1＝1,2,......,m；s2＝1,2,......,m；s＝1,2,......,m；其中，回路s表示环网状支路(b+s)所在的回路。5.根据权利要求1所述的环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于：所述的步骤五中，用等效数据矩阵DS来表述等效后辐射型电路模型的拓扑结构和具体参数，则等效数据矩阵DS为b行，5列的矩阵，第i行元素DS(i,:)＝DSH(i,:)；构造等效后辐射型电路模型的等效节点支路关联矩阵NB，等效节点支路关联矩阵NB为n行，b列的矩阵，第j行第i列元素NB(j,i)＝NBH(j,i)；其中，i＝1,2,......,b；j＝1,2,......,n，i＝1,2,......,b。6.根据权利要求1所述的环网型配电系统潮流计算方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楷安，李秋菊，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41