少环配电网潮流计算方法研究小论文

1、目 录摘要 . 错误！未定义书签。前言 . 21 潮流计算的目的和意义 . 32 潮流计算方法综述 . 33 配电网潮流计算的研究现状 . 44 配电网潮流计算存在的问题 . 45 基于支路电流的前推回代法求解步骤 . 56 结论 . 7参 考 文 献 . 9少环配电网潮流计算方法研究学生：刘爱佳指导教师：叶婧（三峡大学科技学院）摘要：配电网潮流计算是配电管理系统高级应用软件功能组成之一。本课题在分析配电网元件模型的基础上，建立了配电网潮流计算的数学模型。由于配电网的结构和参数与输电网有很大的区别，因此配电网的潮流计算必须采用相适应的算法。配电网的结构特点呈辐射状，在正常运行时是开环的；配电网

2、的另一个特点是配电线路的总长度较输电线路要长且分支较多，配电线路的线径比输电网细导致配电网的R/X较大，且线路的充电电容可以忽略。配电网的潮流计算采用的方法是前推回代法，文中对前推回代法的基本原理、收敛性及计算速度等进行了理论分析比较。仿真算例表明，前推回代法具有编程简单、计算速度快、收敛性好的特点，此方法是配电网潮流计算的有效算法，具有很强的实用性。 关键词： 配电网，潮流计算，前推回代法Abstract：Flow solution of distribution networks is one of software in DMS. Because of the different str

3、uctures between transmission networks and distribution networks, the corresponding methods in flow solution of distribution networks must be applied. Distributions network is radial shape and in the condition of regular is annular. Another characteristic of distribution networks is cabinet minister

4、of distribution long than transmission networks. The line diameter of distribution networks is thin than transmission networks, it cause R/X is large of distribution networks and the lines capacitance can neglect. Load flow calculation of distributions network use back/ forward sweep. It has some pe

5、culiarities such as simple procedures and good restrain and so on. This method of distribution network is an effective method of calculating the trend, with some practicality.Key words :distribution network，load flow calculation，back/ forward sweep前言潮流计算作为电力系统中应用最为广泛、最基本和最重要的电气计算，是研 究电力系统最基本的手段。电力系统

6、潮流计算的任务是根据给定的网络结构及其运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分 布以及功率损耗等等。早在20世纪70年代许多专家学者就研究出了有效的算法来分析电力系统潮流问题。潮流计算的结果，无论是对于现有系统运行方式的分析研究，还是对规划中供电方案的分析比较，都是必不可少的。它为判别这些运行方式及规划设计方案的合理性、安全可靠性及经济性提供了定量分析的依据。此外，在进行电力系统的静态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合。 1 潮流计算的目的和意义潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它

7、的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布及功率损耗等。在电力系统的设计和运行中都要用到潮流计算的结果，例如电力网规划设计时，要根据潮流计算的结果选择导线截面积和电气设备，确定电力网主接线方案，计算网络的电能损耗和运行费用，进行方案的经济性比较；电力系统运行时，要根据潮流计算的结果制订检修计划，校验电能质量，采取调频和调压措施，确定最佳运行方式，整定继电保护和自动装置，因此潮流计算是电力系统基本计算中很重要的一部分。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的

8、电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性。可靠性和经济性。此外，电力系统潮流计算也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。所以潮流计算是研究电力系统的一种很重要和基础的计算。2 潮流计算方法综述与输电网相比，配电网的网络结构有着明显的差异：配电网的网络呈现辐射状，在正常运行是开环的，只有在倒换负荷或发生故障时才有可能出现短时环网运行或多电源运行的情况；配电线路的总长度较输电网络要长且分支较多，配电线的线径比输电线细，导致配电网的R/X较大，无法满足Gij<<Bij的PQ

9、解耦条件，所以在输电网中常用的快速解耦算法在配电网中难以收敛；由于配电网络直接面向用户，所以网络节点众多，如采用传统的潮流算法(如牛顿拉夫逊法、快速解耦法)会导致导纳矩阵非常庞大，处理的工作量较大、占用的资源也较多。八十年代中期到九十年代中期，随着国际国内电力企业对配电网管理的重视程度的不断加深，对配电网潮流的研究也广泛开展起来，这期间出现了众多结合配电网特殊结构而开发的简单迭代算法。从模型求解过程上可分为改进牛顿法、快速解耦法、Zbus法、回路阻抗法和前推回代法。3 配电网潮流计算的研究现状配电网潮流计算是电网经济运行、系统分析的重要基础。配电网不仅呈辐射状运行结构, 而且分支多，各馈线之间

10、基本没有联系，与输电网络结构有明显差异，正常运行的配电网具有辐射状网络结构、负荷节点数量很多、线路RX较大等特点，所以传统的潮流计算方法如：牛顿法、PQ 分解法等在配电网潮流计算中不再适用。近年来，许多学者对配电网潮流计算展开大量的研究，并出现了许多计算配电网潮流的算法，主要有：回路阻抗法，改进牛顿法，快速解耦法，前推回代法等。虽然有些学者为使快速解偶法能在配电网得以继续应用而做了一些有益的尝试，如应用补偿技术处理RX较大的线路，但这些方法都使算法复杂化，丧失了快速解偶算法原有的计算量小，收敛可靠的特点。潮流算法多种多样，但一般要满足四个基本要求：I.可靠收敛，II.计算速度快，III.使用方

11、便灵活，IV.内存占用量少。他们也是对潮流算法进行评价的主要依据。前推回代法在配电网潮流计算中简单实用，所有的数据都是以矢量形式存储，因此节省了大量的计算机内存，对于任何种类的配电网只要有合理的RX值，此方法均可保证收敛。算法的稳定性也是评价配电网潮流算法的重要指标。一般情况下，算法的收敛阶数越高，算法的稳定性越差，前推回代法的收敛阶数为一阶，因此它也具有较好的稳定性。比较而言，前推回代法充分利用了网络呈辐射状的结构特点，数据处理简单，计算效率高，具有较好的收敛性，被公认是求解辐射状配电网潮流问题的最佳算法之一。4 配电网潮流计算存在的问题配电网络有许多不同于输电网络的特点，如：线路长且分支多

12、，线径小，使 R>>X；网络的PQ节点多，PV节点少；有多个平衡节点，且正常运行时是开环的， 只有在倒换负荷或发生故障时才可能出现短时环网或双电源运行；另外配电网通 常以三相不对称状态运行。牛顿一拉夫逊法是当前广泛采用的计算潮流分布的算法。一般可以认为，算 法的收敛阶数越高，算法的稳定性越差。即从理论上讲一阶收敛的方法有较好的 稳定性。而牛顿一拉夫逊法是一种二阶方法，其收敛受初值的影响较大，当电网 的末端电压低于一定值时，牛顿一拉夫逊法开始发散。此外，导致牛顿一拉夫逊法无法在线使用的最直接的原因是它没有形成常Jacobian矩阵。Zbus法、Ybus法在本质上是一致的。该类算法虽然

13、一阶收敛，可求解多回路电网，但是处理多电源能力差。前推回推法针对配网的树状特点，具有收敛速度快、数值稳定性好的特点， 但是配电网复杂程度增大时，这类算法的迭代次数呈线性增加甚至呈几何级数增 长。另外，多数前推回推法不能求解电压角度，所以这类方法在处理无功的场合 是不适用的。基于回路方程的方法处理网孔能力较强，收敛性较好，但其节点和支路编号 处理复杂。快速解耦法由于其赖以存在的X>>R的先决条件在配电网中不再满足，因而在多数配电网中难以收敛。为了使快速解耦法能在配电网中继续使用，有人提出了应用补偿技术处理RX较大的线路，但都使方法复杂化，丧失了快速解耦法原有的计算量小、收敛可靠的特点

14、。根据上述配电网的特点和各种潮流计算方法的优缺点可以发现，目前还没有 一种很好的方法能够满足配电网潮流计算的各项要求，因此急需开发出一种适合 配电网的潮流计算算法，鉴于配电网潮流计在配电网运行与管理系统中的基础地 位，本课题的研究具有重要的理论意义和实用价值。5 基于支路电流的前推回代法求解步骤前推回代法已知配电网的始端电压和末端负荷，以馈线为基本计算单位。最初假设全网电压都为额定电压，根据负荷功率由末端j向始端k逐段推算，仅计算各元件中的功率损耗而不计算节点电压，求得各支路上的电流和功率损耗，并据此获得始端功率，这是回代过程；再根据给定的始端电压和求得的始端功率，由始端向末端逐段推算电压降落

15、，求得各节点电压，这是前推过程。如此重复上述过程，直至各个节点的功率偏差满足允许条件为止。首先要搜索节点关系，确定拓扑结构表。为了配合算法和避免复杂的网络编号，采用以下原始数据输入结构，不用形成节点导纳矩阵，就可以自动搜索节点关系，确定网络的拓扑结构。节点结构体：节点号 节点有功 节点无功支路结构体：支路首端节点号 支路末端节点号 支路电阻 支路电抗根据线路首末节点，就可以确定每个节点连接的节点及其关系，从而可以形成整体的树状的关系结构。为了形成层次关系，确定节点计算顺序，要利用网络拓扑结构，经过多次按层遍历的广度优先搜索，形成层次关系，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序。具体方法如下：（1）

16、（2）（3）（4） 搜索末梢节点作为第一层节点； 搜索末梢节点的父节点作为第二层节点； 继续搜索第二层节点的父节点作为第三层节点，这样反的搜索下去，删除在后面层次中有重复的前面层次中的节点，形成真正的层次关直到搜索到某层节点的父节点全部是根节点时停止搜索； 系，确定潮流计算的节点顺序。前推回代法基于支路电流进行，首先假定各节点的电压幅值为1，幅角为0，具体计算步骤为：1）从第一层节点开始，根据基尔霍夫电流定律，求支路上的电流：*Iij*j=Sj/U=Pj-jQj/Uj （5.1）是节点 j 的功率，U 是节点 j 的电压。 式中，Sjj2）从第二层开始逐层计算非末梢节点的注入电流，根据基尔霍夫

17、电流定律应等于（2-15）式与该节点流出电流之和：*Iij(k)=Sj/Um·jkj(k)+åIk=1(k) （5.2）3）由步骤1）和2）可求出所有支路的支电流，再利用已知的根节点电压，从根节点向后顺次求得各个负荷节点的电压*Uj(1)=Ui(1)-Iij(0)Zij （5.3）其中i为父节点，j为子节点，Z为i、j间支路的阻抗。4）计算各节点的电压幅值修正量：（5.4）5）计算节点电压修正量的最大值6）判别收敛条件：（5.5）其中k为迭代次数，若最大电压修正量小于阈值，则跳出循环，输出电压计算结果；否则重复步骤（1）（6），直到满足条件为止。7）在得到各个节点的电压电流

18、后，就可以计算线路潮流S：·*jijSj=UI （5.6）总之，对树进行前向遍历，从树的末梢节点出发，利用已知的负荷功率，逐一计算，即可求得根节点处的电流，再从根节点出发，对树进行后向遍历，可求各节点电压。这样就完成一次前推后代的计算，迭代重复进行，直至满足收敛标准为止。配电潮流前推回代算法的迭代步骤是： 初始化：给定配电馈线根节点电压V r，并为其它节点电压赋初值(0),k=0V； 考虑负荷电压静特性，计算负荷数据 从各负荷节点出发，先子节点后父节点，用式（5.3）和式（5.4），通过前推计算，由节点电压分布V (k)求支路功率分布； 根节点出发，先父节点后子节点，用式（5.5）和

19、式（5.6），通过回推计算，由支路功率分布求节点电压分布V (k+1)； 判断相邻两次迭代电压差的模分量的最大值max Vi是否小于给定的收敛指标，若是，则停止计算，否则，k=k+1，转步6 结论配电网经济运行、无功优化及电网技术改造等都离不开配电网的潮流计算结 果。随着配电网自动化程度的提高，各种实测数据的完善，提高配电网潮流的计算精度成为必然的趋势。论文分析了配电网的特点，建立了配电网潮流计算的数学模型，研究了目前常用的配电网潮流计算牛顿一拉夫逊法、快速解耦法、前推回代法、回路阻抗法等算法及其收敛性，并比较了各种算法的优点与缺点，明确了各种方法的适用范围。然后在广度优先搜索顺序基础上，探讨

20、了其在辐射状配电网潮流计算中的应用；论文基于支路电流的前推回代算法，利用MATLAB进行程序的编制，根据电网实际运行数据进行计算，结果表明该程序具有使用方便、收敛性好、计算速度快、存储量小等优点。论文表明算法具有一定的优越性,软件的开发具有一定的实用性。本文重点是第三章，介绍了潮流计算的具体内容及基于前推回代法的配电网潮流计算的分析。潮流计算是电力系统稳态分析的重要内容，也是分析许多电力系统非稳态问题的基础。第三章中的前推回代法是配电网潮流计算的有效算法。得出用前推回代法研究配电网潮流计算时，有较好的收敛性。说明了配电网潮流前推回代法编程简单、收敛速度快、计算效率高、在配电系统的在线分析中有着

21、良好的应用前景。参 考 文 献1车仁飞，李仁俊一种少环配电网三相潮流计算新方法J中国电机工程学报，2003，23（1）：74-792宋文南，李树鸿，张尧电力系统潮流计算M天津：天津大学出版社，1990 3车仁飞配电网潮流计算及重构算法的研究M济南：山东大学，2003.4颜伟，刘方，王官洁，等辐射型网络潮流的分层前推回代算法J中国电机工程学报，2003，23(8)：76-805夏道止电力系统分析M中国电力出版社，20046张学松，柳焯，于尔铿，陈竟成配电网潮流算法比较研究J电网技术，1998，22(4)：45-497朱文强牛顿拉夫逊法在配电网中的应用J水利科技，2004，3：55-58 8刘同娟，郭键，刘军MATLAB建模、仿真及应用M中国电力出版社，2009 9戴雯霞，吴捷基于支路电流的配网潮流前推后代法J继电器，2002，30(5)：6-13 10刘伟良，黄纯，向为，陈锐基于叠加原理和前代后代法的环状配电网潮流计算J继电器，2005，3