專利名稱：一種基于疊加原理的配電網(wǎng)在線潮流計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運行與安全分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于疊加原理的配電網(wǎng)在線潮流計算方法。
背景技術(shù)：
潮流計算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛、最基本和最重要的電氣計算，它的任務(wù)是根據(jù)給定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運行條件，計算整個網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。潮流計算的結(jié)果，無論是對于現(xiàn)有系統(tǒng)運行方式的分析研究，還是對規(guī)劃階段設(shè)計方案的分析比較，都是必不可少的。電力系統(tǒng)靜態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定計算也需要利用潮流計算的結(jié)果，這些都屬于離線計算的范疇。隨著現(xiàn)代化的調(diào)度控制中心的建立，為了對電力系統(tǒng)進(jìn)行實時安全監(jiān)控，需要根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫提供的信息，判斷系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)并對預(yù)想事故進(jìn)行安全分析，這就需要進(jìn)行在線潮流計算。配電網(wǎng)具有以下特點網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话愠瘦椛錉?、但也有短時環(huán)網(wǎng)運行狀態(tài)，R/X比值較大，支路數(shù)和節(jié)點數(shù)十分龐大，三相不平衡等。這些特點導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)雅克比矩陣出現(xiàn)不同程度的病態(tài)特征，傳統(tǒng)的牛頓拉夫遜法、快速解耦法等算法對配電網(wǎng)不再適用。專家學(xué)者們研究提出了適用于配電網(wǎng)特點的潮流計算方法，如隱式高斯法、前推回代法、回路阻抗法等。這些算法可直接利用節(jié)點及支路參數(shù)，無需利用雅克比矩陣，編程簡單，算法收斂性好， 但都要用到復(fù)雜的節(jié)點編號方法，節(jié)點編號對算法實現(xiàn)有很大影響。配電網(wǎng)可以看作是線性網(wǎng)絡(luò)，線性系統(tǒng)的疊加原理對配電網(wǎng)同樣適用。部分專家學(xué)者在處理弱環(huán)配電網(wǎng)潮流計算中，提出將環(huán)網(wǎng)運行的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為輻射型配電網(wǎng)，利用疊加原理，將環(huán)網(wǎng)潮流視為環(huán)網(wǎng)前的輻射網(wǎng)潮流與環(huán)網(wǎng)兩端電壓向量差引起的潮流的疊加。配電網(wǎng)各個支路的電壓降和支路通過的電流也適用疊加原理，可以看作是各個負(fù)荷電流共同作用的結(jié)果。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式維持恒定時，單位負(fù)荷電流在各個支路引起的電壓降以及電流向量是恒定的，可以利用離線潮流計算結(jié)果計算得出。在線潮流計算主要用于運行中電力系統(tǒng)的監(jiān)視和實時控制，除了可靠的收斂特性外，計算速度快、占用內(nèi)存少也是最基本的要求。常規(guī)的潮流計算方法，不能很好的滿足配電網(wǎng)在線潮流計算對計算速度和收斂性的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于疊加原理的配電網(wǎng)在線潮流計算方法。該方法利用離線潮流計算結(jié)果，事先計算得出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降/電流向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流以及單位負(fù)荷電流引起的支路電壓降/電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算支路電壓降/電流向量，進(jìn)而計算出節(jié)點電壓、支路電流
等ο
該方法的技術(shù)原理如下對于一個實際配電網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式一定時，各支路電壓降向量適用疊加原理，即一個支路的電壓降向量等于各個負(fù)荷節(jié)點在該支路引起的電壓降向量之和，某負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流在一個支路引起的電壓降向量與該負(fù)荷電流成正比。利用離線潮流計算結(jié)果，計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量；進(jìn)行在線潮流計算時， 根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流及上述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路電壓降向量，進(jìn)而計算出各節(jié)點電壓、各支路損耗、各節(jié)點/支路功率等。上述求解方法對支路電流的求解同樣適用。對于一個實際配電網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式一定時，各支路電流向量適用疊加原理，即一個支路的電流向量等于各個負(fù)荷節(jié)點在該支路引起的電流向量之和，某負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流在一個支路弓I起的電流向量與該負(fù)荷電流成正比。利用離線潮流計算結(jié)果，計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流及上述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路通過的電流向量，進(jìn)而計算出各支路電壓降、各節(jié)點電壓、各支路損耗、各節(jié)點/支路功率等。本發(fā)明提供的一種基于疊加原理的配電網(wǎng)在線潮流計算方法，其改進(jìn)之處在于， 利用離線潮流計算的結(jié)果和線性系統(tǒng)的疊加原理進(jìn)行在線潮流計算；配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式一定時，利用離線潮流計算結(jié)果，事先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路電壓降向量，進(jìn)而計算出各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/ 支路功率；或者利用離線潮流計算結(jié)果，事先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路通過的電流向量，進(jìn)而計算出各支路電壓降、各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/支路功率。其中，所述利用離線潮流計算結(jié)果，事先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路電壓降向量，進(jìn)而計算出各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/支路功率，包括以下步驟(I)依據(jù)離線潮流計算結(jié)果，列寫電壓降落矩陣
IU11AU12 · Δυυ·· Δυ η"AU21AU22 . Δυ^-Δυ2η
AU =AU11Δυι2 . Δυ -Δυιη_AUmlAUm2 · AUmj-AU'式中AU為m*n階矩陣；m為負(fù)荷節(jié)點數(shù)；n為支路數(shù)，AUij為在節(jié)點i注入單位電流，其余節(jié)點注入電流為O時，支路j的電壓降向量。(2)根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流，計算各支路電壓降向量
AUj =YjI1 *Δυ^
1=1式中AU」為支路j的電壓降向量山為負(fù)荷節(jié)點i的負(fù)荷電流。(3)從饋線首端至末端，依次計算各個節(jié)點電壓Ui = Uk- Δ Uj式中k，i分別為支路j的首端節(jié)點和末端節(jié)點，Uk為首端節(jié)點k的電壓，Ui為末端節(jié)點i的電壓。(4)計算各支路電流
AU,AIj =——式中Δ Ij表示通過支路j的電流向量，Zj表示支路j的阻抗參數(shù)。(5)計算功率分布及功率損耗，輸出結(jié)果。其中，利用離線潮流計算結(jié)果，事先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路通過的電流向量，進(jìn)而計算出各支路電壓降、各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/支路功率，包括如下步驟(I)依據(jù)離線潮流計算結(jié)果，列寫電流矩陣
ΔΙ ΔΙ12 ··· AIlj ··· ΔΙ1η AI21 AI22 . · · AI2j . · · ΔΙ2η
_AIml AIm2 …AImj …Almn _式中△ I為m*n階矩陣；m為負(fù)荷節(jié)點數(shù)；n為支路數(shù)；Δ Iij表示在負(fù)荷節(jié)點i注入單位電流，其余負(fù)荷節(jié)點注入電流為O時，支路j通過的電流向量。(2)根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流，計算各支路電流向量I1* AIij
1=1式中Λ Ij為支路j的電流向量山為負(fù)荷節(jié)點i的負(fù)荷電流。(3)計算各支路電壓降向量AUj = Δ Ij^Zj式中Λ Uj為支路j的電壓降向量；Zj為支路j的阻抗參數(shù)。(4)從饋線首端至末端，依次計算各個節(jié)點電壓Ui = Uk- Δ Uj式中Uk表示支路j的首端節(jié)點k的電壓，Ui表示支路j的末端節(jié)點i的電壓。(5)計算功率分布及功率損耗，輸出結(jié)果。其中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式發(fā)生變化時，采用如下方式對Λ U進(jìn)行修正(a)對于閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的網(wǎng)絡(luò)，增加一條支路時AU的修正
從原有負(fù)荷節(jié)點i引出一條支路，同時增加一個負(fù)荷節(jié)點，編號n+1，由于負(fù)荷節(jié) 點數(shù)增加，支路數(shù)增加，電壓降落矩陣AU增加一行一列(矩陣中(m+1)行和(n+1)列為 增加的一行一列)
權(quán)利要求
1.一種基于疊加原理的配電網(wǎng)在線潮流計算方法，其特征在于，利用離線潮流計算的結(jié)果和線性系統(tǒng)的疊加原理進(jìn)行在線潮流計算；配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式一定時，利用離線潮流計算結(jié)果，先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路電壓降向量，進(jìn)而計算出各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/支路功率；或者利用離線潮流計算結(jié)果，先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路通過的電流向量，進(jìn)而計算出各支路電壓降、各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/支路功率。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用離線潮流計算結(jié)果，先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路電壓降向量，進(jìn)而計算出各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/ 支路功率，包括以下步驟(I)依據(jù)離線潮流計算結(jié)果，列寫電壓降落矩陣
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，利用離線潮流計算結(jié)果，先計算出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流和所述計算出的各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算出各支路通過的電流向量，進(jìn)而計算出各支路電壓降、各節(jié)點電壓、各支路損耗和各節(jié)點/支路功率，包括如下步驟(I)依據(jù)離線潮流計算結(jié)果，列寫電流矩陣
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式發(fā)生變化時，采用下述方式對Λ U進(jìn)行修正(a)對于閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的網(wǎng)絡(luò)，增加一條支路時AU的修正從原有負(fù)荷節(jié)點i引出一條支路，同時增加一個負(fù)荷節(jié)點，編號n+1，電壓降落矩陣AU 增加一行一列
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述配電網(wǎng)在線潮流計算方法用于單相潮流計算或三相潮流計算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于疊加原理的配電網(wǎng)在線潮流計算方法。該方法利用離線潮流計算結(jié)果，事先計算得出各負(fù)荷節(jié)點單位負(fù)荷電流在各支路引起的電壓降/電流向量；進(jìn)行在線潮流計算時，根據(jù)負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷電流以及單位負(fù)荷電流引起的支路電壓降/電流向量，利用線性系統(tǒng)的疊加原理計算支路電壓降/電流向量，進(jìn)而計算出節(jié)點電壓、支路電流等。本發(fā)明可以很好的解決配電網(wǎng)在線潮流計算問題，無需對節(jié)點進(jìn)行重新編號，直接利用離線潮流計算的節(jié)點編號即可。本發(fā)明對開環(huán)、閉環(huán)潮流計算均可適用，無需對環(huán)網(wǎng)潮流進(jìn)行特殊處理；既可用于單相潮流計算，也可用于三相潮流計算；具有計算速度快、占用內(nèi)存少、穩(wěn)定性好的特點。
文檔編號H02J3/00GK102593823SQ201210022528
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者仉天舒, 孟曉麗, 宋曉輝, 張瑜, 李建芳, 李雅潔, 盛萬興, 賈東梨 申請人:中國電力科學(xué)研究院