一种三相不平衡低压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三相不平衡低压配电系统的潮流计算方法，首先等效为在各种接线情况下均三相结构对称的配电系统，建立其简化的电路模型和确定节点负荷接入方案的二进制编码的相序配置策略，然后对其拓扑结构进行合理的编号，并利用矩阵形式存储原始数据，最后直接利用矩阵元素的代数运算求解配电系统的各支路潮流和各负荷节点电压；由于引入0‑1逻辑变量表述三相负荷接入方案和利用矩阵形式来表示电路的拓扑结构，使电路模型中结构连接的逻辑关系清晰明确，易于计算过程的程序化实现，矩阵形式的原始数据作为唯一数据输入，计算过程中直接利用矩阵元素的代数运算求解，使程序计算用时较少，收敛速度较快。

A Power Flow Calculation Method for Three-phase Unbalanced Low Voltage Distribution System

【技术实现步骤摘要】
一种三相不平衡低压配电系统潮流计算方法
本专利技术涉及低压配电
，尤其涉及一种三相不平衡低压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。由于低压配电网电压等级较输电网低，稳态运行时网络结构呈树形、多分支的单向辐射状结构，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，线路上的潮流流动具有单向性。另外，在三相四线制的低压配电网中，三相负荷、单相负荷均可方便的接入，这是380V/220V系统的优点之一。但是，其接线方式有三相四线、单相两线、两相三线等多种形式，使三相电网结构在负荷接入处难以始终保持三相对称，给计算程序的实现带来一定的困难。国内外学者根据低压配电网的特点提出了各种低压配电网潮流算法，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，前推回代潮流算法充分利用了网络呈辐射状的结构特点，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三相不平衡低压配电系统潮流计算方法，能够使计算过程易于程序化实现，且整体程序简单，用时较少，收敛速度较快。本专利技术采用的技术方案为：一种三相不平衡低压配电系统潮流计算方法,具体包括以下几个步骤：步骤一，将三相不平衡低压配电系统等效为各种接线情况下均三相结构对称的低压配电系统，并建立结构对称低压配电系统简化的电路模型和确定三相不平衡低压配电系统中三相负荷接入相序的二进制编码的相序配置策略；(1)根据三相不平衡低压配电系统负荷接入情况，将其等效为各种接线情况下均三相结构对称的低压配电系统；三相不平衡低压配电系统的单相负荷以单相两线接线方式接入，当单相负荷接入其中一相时，在接入负荷处低压配电系统结构就不再三相对称，这里对单相负荷作电路等效处理，以接入A相为例，A相接入负荷SA保持不变，B、C两相接入负荷为零，即令SB＝SC＝0，将单相两线接线形式等效为三相四线接线形式，则负荷节点接入低压配电系统的结构变为三相对称结构的三相四线制，故低压配电系统负荷是单相负荷用户时，需要确定单相负荷接入相序；三相不平衡低压配电系统的两相负荷以两相三线接线方式接入，当两相负荷接入其中两相时，在接入负荷处低压配电系统结构就不再三相对称，这里对两相负荷作电路等效处理，以接入A相和B相为例，A相和B相接入负荷SA和SB保持不变，C相接入负荷为零，即令SC＝0，将两相三线接线形式等效为三相四线接线形式，则负荷节点接入低压配电系统结构变为三相对称结构的三相四线制，故低压配电系统负荷是两相负荷用户时，需要确定负荷接入相序；三相不平衡低压配电系统的三相负荷以三相四线接线方式接入，接入负荷处低压配电系统结构为三相对称结构的三相四线制结构；(2)根据等效后三相结构对称的低压配电系统的特点，建立简化的电路模型，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；其余节点都是负荷接入点，简称为负荷节点；馈线上所有负荷等效为支路末端节点集中的三相负荷，且为恒功率即PQ负荷，简称为三相负荷；馈线支路采用集中参数模型，故低压配电系统中只有一个电势节点，其余节点为负荷节点；低压配电系统中每一条支路与系统中的两个节点相连，潮流流出节点称为支路始端节点，潮流流入节点称为支路末端节点；(3)建立确定三相不平衡低压配电网中三相负荷接入相序的二进制编码的相序配置策略；引入0-1逻辑变量代表三相负荷接入相序，确定低压配电系统三相负荷接入相序的相序配置策略x，其中x＝[x1x2...xj...xN]，且N为低压配电系统负荷节点的个数；式中：xAj(i＝1,2,…,N)，xBj(i＝1,2,…,N)，xCj(i＝1,2,…,N)，分别为三相负荷A、B、C三相接入负荷所对应的0-1逻辑变量，表示对应三相负荷接入相序的配置策略，xAj＝1表示节点j接入三相负荷中A相接入负荷，xAj＝0表示节点j接入三相负荷中A相不接入负荷，xBj＝1表示节点j接入三相负荷中B相接入负荷，xBj＝0表示节点j接入三相负荷中B相不接入负荷，xCj＝1表示节点j接入三相负荷中C相接入负荷，xCj＝0表示节点j接入三相负荷中C相不接入负荷；步骤二，对电路模型中拓扑结构的支路和节点进行编号，从与电势节点相连支路出发，依次编号为1,2,3……b，b为配电系统的支路数；电势节点编号为0，对应支路末端节点依次编号为1,3,4……n-1，n为低压配电系统的节点数，则N＝n-1；为了后续程序简便起见，编号时使支路编号与相连的末端节点编号相同，则有b＝n-1；并通过初始数据矩阵DS来表述电路模型的拓扑结构和具体参数，初始数据矩阵DS为b行，6列的矩阵，其中第i行为：DS(i，：)＝[y，NS(y)，NR(y)，L(y)，x(NR(y))，S(NR(y))]；i＝1,2,......,b；y为第i条支路编号，NS(y)为第i条支路始端节点的编号，NR(y)为第i条支路末端节点的编号，L(y)为第i条支路长度，X(NR(y))为末端节点为NR(y)的三相负荷的相序配置策略，则x(NR(y))＝xj，S(NR(y))为末端节点为NR(y)的三相负荷复功率，当NR(y)＝j时，当xAj＝0时Saj＝0，当xAj＝1时Saj为第i条支路的末端节点j接入的三相负荷中A相负荷的复功率；同理，当xBj＝0时Sbj＝0，当xBj＝1时Sbj为第i条支路的末端节点j接入的三相负荷中B相负荷的复功率；当xCj＝0时Scj＝0，当xCj＝1时Scj为第i条支路的末端节点j接入的三相负荷中C相负荷的复功率；j＝1,2,......,n-1；步骤三，通过初始数据矩阵DS来构造电路模型的节点支路关联矩阵NB，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)为：其中，j＝1,2,......,n，i＝1,2,......,b；步骤四，根据节点支路关联矩阵NB构造由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；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矩阵中第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相不平衡低压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，将三相不平衡低压配电系统等效为各种接线情况下均三相结构对称的低压配电系统，并建立结构对称低压配电系统简化的电路模型和确定三相不平衡低压配电系统中三相负荷接入相序的二进制编码的相序配置策略：1‑1，根据三相不平衡低压配电系统负荷接入情况，将其等效为各种接线情况下均三相结构对称的低压配电系统；低压配电系统的单相负荷以单相两线接线方式接入，单相负荷接入其中一相时，在接入负荷处低压配电系统结构就不再三相对称，这里对单相负荷作电路等效处理，接入相负荷值不变，未接入相等效为接入零值负荷，将单相两线接线形式等效为三相四线接线形式，则负荷节点接入低压配电系统的结构变为三相结构对称的三相四线制；低压配电系统的两相负荷以两相三线接线方式接入，当两相负荷接入其中两相时，在接入负荷处低压配电系统结构就不再三相对称，这里对两相负荷作电路等效处理，接入相负荷值不变，未接入相等效为接入零值负荷，将两相三线接线形式等效为三相四线接线形式，则负荷节点接入低压配电系统结构变为三相对称结构的三相四线制；低压配电系统的三相负荷以三相四线接线方式接入，接入负荷处低压配电系统结构为三相对称结构的三相四线制；1‑2，根据等效后三相结构对称的低压配电系统的特点，建立简化的电路模型，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；其余节点都是负荷接入点，简称为负荷节点；馈线上所有负荷等效为支路末端节点集中的三相负荷，简称为三相负荷；馈线支路采用集中参数模型，故低压配电系统中只有一个电势节点，其余节点为负荷节点；低压配电系统中每一条支路与系统中的两个节点相连，潮流流出节点称为支路始端节点，潮流流入节点称为支路末端节点；1‑3，建立确定三相不平衡低压配电网中三相负荷接入相序的二进制编码的相序配置策略；步骤二，对电路模型拓扑结构中的支路和节点进行编号，从与电势节点相连支路出发，依次编号为1,2,3……b，b为配电系统的支路数；电势节点编号为0，对应支路末端节点依次编号为1,3,4……n‑1，n为低压配电系统的节点数，则N＝n‑1；为了后续程序简便起见，编号时使支路编号与相连的末端节点编号相同，则有b＝n‑1；并通过初始数据矩阵DS来表述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DS来构造电路模型的节点支路关联矩阵NB；步骤四，根据节点支路关联矩阵NB构造由电势节点到负荷节点的潮流流经的路径矩阵P；步骤五，根据路径矩阵P和初始数据矩阵DS，构造电势节点到负荷节点的潮流流经的支路阻抗矩阵ZP和三相负荷的复功率矩阵SB；步骤六，计算三相不平衡低压配电系统的各负荷节点电压和各个支路的潮流。...

【技术特征摘要】
1.一种三相不平衡低压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，将三相不平衡低压配电系统等效为各种接线情况下均三相结构对称的低压配电系统，并建立结构对称低压配电系统简化的电路模型和确定三相不平衡低压配电系统中三相负荷接入相序的二进制编码的相序配置策略：1-1，根据三相不平衡低压配电系统负荷接入情况，将其等效为各种接线情况下均三相结构对称的低压配电系统；低压配电系统的单相负荷以单相两线接线方式接入，单相负荷接入其中一相时，在接入负荷处低压配电系统结构就不再三相对称，这里对单相负荷作电路等效处理，接入相负荷值不变，未接入相等效为接入零值负荷，将单相两线接线形式等效为三相四线接线形式，则负荷节点接入低压配电系统的结构变为三相结构对称的三相四线制；低压配电系统的两相负荷以两相三线接线方式接入，当两相负荷接入其中两相时，在接入负荷处低压配电系统结构就不再三相对称，这里对两相负荷作电路等效处理，接入相负荷值不变，未接入相等效为接入零值负荷，将两相三线接线形式等效为三相四线接线形式，则负荷节点接入低压配电系统结构变为三相对称结构的三相四线制；低压配电系统的三相负荷以三相四线接线方式接入，接入负荷处低压配电系统结构为三相对称结构的三相四线制；1-2，根据等效后三相结构对称的低压配电系统的特点，建立简化的电路模型，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；其余节点都是负荷接入点，简称为负荷节点；馈线上所有负荷等效为支路末端节点集中的三相负荷，简称为三相负荷；馈线支路采用集中参数模型，故低压配电系统中只有一个电势节点，其余节点为负荷节点；低压配电系统中每一条支路与系统中的两个节点相连，潮流流出节点称为支路始端节点，潮流流入节点称为支路末端节点；1-3，建立确定三相不平衡低压配电网中三相负荷接入相序的二进制编码的相序配置策略；步骤二，对电路模型拓扑结构中的支路和节点进行编号，从与电势节点相连支路出发，依次编号为1,2,3……b，b为配电系统的支路数；电势节点编号为0，对应支路末端节点依次编号为1,3,4……n-1，n为低压配电系统的节点数，则N＝n-1；为了后续程序简便起见，编号时使支路编号与相连的末端节点编号相同，则有b＝n-1；并通过初始数据矩阵DS来表述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DS来构造电路模型的节点支路关联矩阵NB；步骤四，根据节点支路关联矩阵NB构造由电势节点到负荷节点的潮流流经的路径矩阵P；步骤五，根据路径矩阵P和初始数据矩阵DS，构造电势节点到负荷节点的潮流流经的支路阻抗矩阵ZP和三相负荷的复功率矩阵SB；步骤六，计算三相不平衡低压配电系统的各负荷节点电压和各个支路的潮流。2.根据权利要求1所述的三相不平衡低压配电系统潮流计算方法，其特征在于：所述的步骤1-3中，具体包括如下步骤：引入0-1逻辑变量代表三相负荷接入相序，确定低压配电系统三相负荷接入相序的相序配置策略x，其中x＝[x1x2...xj...xN]，且N为低压配电系统负荷节点的个数；式中：xAj(i＝1,2,…,N)，xBj(i＝1,2,…,N)，xCj(i＝1,2,…,N)，分别为三相负荷A、B、C三相接入负荷所对应的0-1逻辑变量，表示对应三相负荷接入相序的配置策略，xAj＝1表示节点j接入三相负荷中A相接入负荷，xAj＝0表示节点j接入三相负荷中A相不接入负荷，xBj＝1表示节点j接入三相负荷中B相接入负荷，xBj＝0表示节点j接入三相负荷中B相不接入负荷，xCj＝1表示节点j接入三相负荷中C相接入负荷，xCj＝0表示节点j接入三相负荷中C相不接入负荷。3.根据权利要求1所述的三相不平衡低压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DS为b行，6列的矩阵，其中第i行为：DS(i,:)＝[y,NS(y),NR(y),L(y),x(NR(y)),S(NR(y))]；i＝1,2,......,b；y为第i条支路编号，NS(y)为第i条支路始端节点的编号，NR(y)为第i条支路末端节点的编号，L(y)为第i条支路长度，X(NR(y))为末端节点为NR(y)的三相负荷的相序配置策略，则x(NR(y))＝xj，S(NR(y))为末端节点为NR(y)的三相负荷复功率，当NR(y)＝j时，当xAj＝0时Saj＝0，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞莲，刘楷安，张洋，
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