一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，該方法對三相電壓、電流相角作移相變換，移相后三相模型可滿足傳統(tǒng)直流潮流的簡化假設(shè)，適用于配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流的求解。且簡化后的直流潮流模型具有以下特征：非迭代求解；同時(shí)考慮P?V和Q?θ耦合；適用于配電網(wǎng)大R/X比的特性；直流潮流解同時(shí)包括了電壓幅值和電壓角度。本發(fā)明提出的一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)三相不對稱潮流的快速求解，功率平衡方程的雅可比矩陣常數(shù)化，可顯著改善配電網(wǎng)三相不對稱潮流的計(jì)算效率。
【專利說明】
一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，屬于電力系統(tǒng)監(jiān)視、分析 和控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)的智能化程度將日益提高， 建立快速、可靠的電力系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視、分析方法，以保證智能配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行具 有重要的研究意義。直流潮流被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析、安全約束機(jī)組組合以 及經(jīng)濟(jì)調(diào)度等場合，尤其在輸電網(wǎng)規(guī)劃N-I安全分析中，直流潮流的快速性、準(zhǔn)確性得到充 分體現(xiàn)。
[0003] 近年來，直流潮流模型的應(yīng)用被擴(kuò)展至電力市場阻塞管理，如基于LMP的市場應(yīng) 用。然而，配電網(wǎng)較輸電網(wǎng)電壓等級低、支路阻抗比大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜且分支多、單相用電負(fù) 荷導(dǎo)致三相不平衡、分布式電源滲透率高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的單相直流潮流模型存在較大的簡 化誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法， 簡化了配電網(wǎng)三相模型計(jì)算復(fù)雜度，提高了計(jì)算結(jié)果的精度。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1，獲取配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)信息，所述參數(shù)信息包括節(jié)點(diǎn)信息、支路 信息和調(diào)壓器信息，形成網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣；
[0008] 步驟2,對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)三相電壓相角、電流相角作移相處理，使 任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)任意兩相之間的電壓相角差為零；
[0009] 步驟3,根據(jù)歐姆定律對步驟1的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣作恒等變換，得到移相后的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo) 納矩陣；
[0010] 步驟4,對移相后的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣采用兩項(xiàng)簡化假設(shè)，得到簡化后的直流潮流模 型，兩項(xiàng)簡化假設(shè)分別為：1) f +r/ -U 2) -度，其中，表示土節(jié) 點(diǎn)相的電壓幅值，r/表示k節(jié)點(diǎn)1相的電壓幅值，妒表示移相后i節(jié)點(diǎn)?>相和k節(jié)點(diǎn)1相之間 的電壓相角差，#表示移相后i節(jié)點(diǎn)P相的電壓相角，貧表示移相后k節(jié)點(diǎn)1相的電壓相角， (pe{a,b,c) ,Ie {a,b,c}；
[0011] 步驟5,對簡化后的直流潮流模型求導(dǎo)得到常數(shù)化雅可比矩陣，將已知的根節(jié)點(diǎn)電 壓幅值和電壓相角加入到常數(shù)化雅可比矩陣中，得到修正后的線性化功率方程，對修正后 的線性化功率方程進(jìn)行求解，得到移相后的電壓幅值和電壓相角。
[0012] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟2所述對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)三相電 壓相角、電流相角作移相處理的具體過程為:令yy=(〇° 120°-120° )τ，電壓相角、電流相角 的移相公式分別為：
[0013]
[0014] 其中，€、V分別表示移相前的電壓、電流相角，f、#分別表示移相后的電壓、電 流相角，供e丨仏6， c_!。
[0015] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟3具體公式為：
[0016] Y7 =Yy7 Yyy7 ,
[0017] 其中，Y表示步驟1的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣，Y7表示移相后的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣，yy' =diag (eJyy)，j表示虛數(shù)單位，yy = (0° 120°-120° Ayy"1 表示yy'的逆。
[0018] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟4所述簡化后的直流潮流模型為：
[0019]
[0020] 其中，if、Qp分別表示i節(jié)點(diǎn)W相的有功、無功功率，"(aA c丨，i = l，2,…，n，k=l， 2,…，n，n表示總節(jié)點(diǎn)數(shù)，Gf表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后i節(jié)點(diǎn)財(cái)目和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電導(dǎo)， 貧f表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后i節(jié)點(diǎn)T相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電納，V=V表示移相前的電壓幅 值， 9/表不移相后的電壓相角。
[0021 ] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟5所述常數(shù)化雅可比矩陣為：
[0022]
[0023]其中，Pabe、Qab。分別表示三相有功、無功功率，C abeI ab。分別表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移 相后的電導(dǎo)、電納，V/abW ^分別表示移相后的電壓幅值、電壓相角。
[0024] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0025] 本發(fā)明受輸電網(wǎng)直流潮流模型的啟發(fā)，結(jié)合配電網(wǎng)三相供電的特性，對配電網(wǎng)直 流潮流模型按條件進(jìn)行簡化。首先對配電網(wǎng)三相電壓相角作移相處理后，相鄰節(jié)點(diǎn)相鄰相 電壓角度近似為零，交流潮流功率方程得到極大化簡，雅可比矩陣常數(shù)化，無需迭代求解功 率方程，節(jié)約存儲(chǔ)空間的同時(shí)提高計(jì)算效率。其次，與輸電網(wǎng)直流潮流模型不同，本發(fā)明簡 化后的直流潮流方程包含了有功與電壓幅值，無功與電壓相角的耦合關(guān)系，相對于經(jīng)典的 直流潮流模型，計(jì)算精度可得到明顯的提高。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出。下面通過 參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0028] 本發(fā)明針對配電網(wǎng)三相不平衡的特點(diǎn)，提出一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算 方法。其主要特點(diǎn)是：1)針對相間互差120度的特點(diǎn)，對二相電壓、電流相角進(jìn)行移相，滿足 支路兩端相角差為零的簡化條件;2)考慮分布式電源接入間歇性、不確定性導(dǎo)致的電壓波 動(dòng)變化大，本發(fā)明中包含了電壓幅值狀態(tài)量，有利于電壓控制和無功功率管理;3)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納 矩陣作相應(yīng)的等效變換，適應(yīng)移相后的直流潮流模型;4)模型中P-V、Q-0不解耦，潮流結(jié)果 精度更高。采用IEEE配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)算例casel3、case34、case37及casel23,將本發(fā)明的三相直 流潮流結(jié)果和交流潮流結(jié)果作對比，分析結(jié)果表明，電壓幅值相對誤差小于2%，電壓角度 絕對誤差小于2度。因此，本發(fā)明對直流潮流模型所作的三相角度等效變換，可極大簡化配 電網(wǎng)三相模型計(jì)算復(fù)雜度，同時(shí)較高的計(jì)算結(jié)果精度可滿足實(shí)際的應(yīng)用需要。
[0029] 如圖1所示，為本發(fā)明配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法的流程圖，具體如下。
[0030] 1、獲取電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)信息，包括:配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)信息（節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī) 和負(fù)荷的有功、無功功率）、支路信息（支路兩端節(jié)點(diǎn)編號、支路電阻電抗參數(shù)、對地并聯(lián)電 導(dǎo)、電納以及變壓器變比和阻抗）、調(diào)壓器信息等，形成網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣Y。
[0031] 2、對各節(jié)點(diǎn)三相電壓、電流相角作移相處理，配電網(wǎng)三相電壓相角互差120°，假設(shè) 移相角為yy= (0° 120°-120° )τ，在原來三相的基礎(chǔ)上移相yy，使得任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)任意兩相 之間的相角差近似為零，即
[0032]
[0033]
[0034] 其中，礦，<，，分別是移相前三相電壓、電流相角，if，f是移相后三 相電壓、電流相角，i是節(jié)點(diǎn)號。
[0035] 3、電壓、電流移相后，相角的移相處理等效作用到網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣上，為保持網(wǎng)絡(luò)拓 撲依然滿足歐姆定律I ab° = Yab° · UabS將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣Y作對應(yīng)的恒等變換，移相后的網(wǎng)絡(luò) 導(dǎo)納矩陣疒為：
[0036] Y7 =Yy7Yyy7
[0037] 4、電壓相角移相后相鄰節(jié)點(diǎn)相鄰相之間的電壓相角差近似為零，三相交流潮流的 功率方程為：
[0041] 三相電壓相角移相后，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)任意兩相的電壓角度近似為零，類比傳統(tǒng)直 流潮流的三項(xiàng)簡化假設(shè)，本發(fā)明對移相后的導(dǎo)納矩陣V采用兩項(xiàng)新的簡化假設(shè)：
[0038]
[0039]
[0040]
[0042]
[0043] 其中，f、βφ分別表示有功、無功功率，if表示i節(jié)點(diǎn)P相的電壓幅值，％表示k節(jié)點(diǎn) 1相的電壓幅值，<表示移相后i節(jié)點(diǎn)?*相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電壓相角差，#表示移相后i節(jié) 點(diǎn)識(shí)相的電壓相角，<表不移相后k節(jié)點(diǎn)1相的電壓相角，?丨!_，1 e {a，b，c};得到簡化 后的有功、無功功率方程(也就是簡化后的直流潮流模型)如下：
[0044]
[0045] 其中，f、Qp分別表示i節(jié)點(diǎn)^相的有功、無功功率，丨= l，2,…，n，k=l， 2,…，n，n表示總節(jié)點(diǎn)數(shù)，Gf表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后i節(jié)點(diǎn)相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電導(dǎo)， 禮"表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后i節(jié)點(diǎn)P相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電納，疒=V表示移相前的電壓幅 值， 9/表不移相后的電壓相角。
[0046] 兩項(xiàng)簡化假設(shè)作用于功率方程后，雅可比矩陣簡化為恒定常數(shù)矩陣，同時(shí)包含P-V，Q_9耦合：
[0055]
[0056]
[0057] 將配網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)電壓作為已知狀態(tài)量，包含在簡化后的三相直流潮流模型中，線性 的直流潮流方稈為：
[0058]
[0059] 其中，PfH 分別表示根節(jié)點(diǎn)三相電壓幅值、相角，0代表零矩陣，與非根節(jié)點(diǎn)的 電壓幅值和電壓相角相對應(yīng)，F(xiàn)嚴(yán)' ￡?[^分別表示移相后根節(jié)點(diǎn)三相電壓幅值、相角，Pab' Qabc：分別表示三相有功、無功功率，G/ab'B/abc；分別表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后的電導(dǎo)、電納， V/abW ^分別表示移相后的電壓幅值、電壓相角，I3x3表示單位矩陣。
[0060] 5、求解上述常數(shù)化并線性化的直流潮流方程，得到節(jié)點(diǎn)電壓幅值、相角狀態(tài)量，與 交流潮流結(jié)果作相對誤差分析比較。
[0061] 采用兩項(xiàng)簡化假設(shè)的配網(wǎng)三相直流潮流，具有如下特點(diǎn)：（1)包含了有功和電壓幅 值、無功和電壓相角的耦合關(guān)系，該直流潮流模型適合配電網(wǎng)R/X大的特點(diǎn)；（2)潮流方程計(jì) 及了無功的影響，有利于潮流估計(jì)結(jié)果精度的提高；（3)狀態(tài)變量包括三相電壓幅值和相 角，有利于配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定和無功功率控制。
[0062] 6、算例分析
[0063]本發(fā)明以交流潮流模型為基礎(chǔ)，結(jié)合配電網(wǎng)的特性，進(jìn)行等效相角轉(zhuǎn)換，進(jìn)而采用 兩項(xiàng)簡化假設(shè)，將交流潮流模型簡化成直流潮流模型。采用IEEE13、34、37、123標(biāo)準(zhǔn)算例對 本發(fā)明進(jìn)行測試，對比交流潮流計(jì)算結(jié)果，分析本發(fā)明的優(yōu)缺點(diǎn)。
[0064] 6.1電壓精度比較
[0065] 直流潮流節(jié)點(diǎn)電壓精度相對誤差，如表1所示。表2為直流潮流根節(jié)點(diǎn)有功功率相 對誤差。
[0066] 表1直流潮流節(jié)點(diǎn)電壓精度相對誤差

[0069] 6.2根節(jié)點(diǎn)有功功率精度比較
[0070] 表2直流潮流根節(jié)點(diǎn)有功功率相對誤差比較
[0072]從表1和表2的對比分析可見，本發(fā)明較交流潮流的節(jié)點(diǎn)電壓幅值精度相對誤差在 2%以內(nèi)，根節(jié)點(diǎn)三相有功功率相對誤差在10%以內(nèi)，且依算例的不同所具備的精度也不 同。對于粗略估計(jì)的直流潮流計(jì)算來說，本發(fā)明的直流潮流模型所采取的等效移相變換、簡 化假設(shè)可以基本滿足計(jì)算結(jié)果在合理的誤差范圍內(nèi)，可以為工程計(jì)算所接受。
[0073]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，獲取配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)信息，所述參數(shù)信息包括節(jié)點(diǎn)信息、支路信息 和調(diào)壓器信息，形成網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣； 步驟2,對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)三相電壓相角、電流相角作移相處理，使任意 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)任意兩相之間的電壓相角差為零； 步驟3,根據(jù)歐姆定律對步驟1的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣作恒等變換，得到移相后的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩 陣； 步驟4,對移相后的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣采用兩項(xiàng)簡化假設(shè)，得到簡化后的直流潮流模型，兩 項(xiàng)簡化假設(shè)分別為：1) +「/ -1，2) ifT/ Sin< =0嚴(yán)-<，其中，口表示i節(jié)點(diǎn)9?相 的電壓幅值，校表示k節(jié)點(diǎn)1相的電壓幅值，妒表示移相后i節(jié)點(diǎn)口相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電壓 相角差，#表示移相后i節(jié)點(diǎn)*相的電壓相角，<表示移相后k節(jié)點(diǎn)1相的電壓相角， φ& {a,b,c} ,1 e {a,b,c}； 步驟5,對簡化后的直流潮流模型求導(dǎo)得到常數(shù)化雅可比矩陣，將已知的根節(jié)點(diǎn)電壓幅 值和電壓相角加入到常數(shù)化雅可比矩陣中，得到修正后的線性化功率方程，對修正后的線 性化功率方程進(jìn)行求解，得到移相后的電壓幅值和電壓相角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟2所述 對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)三相電壓相角、電流相角作移相處理的具體過程為:令yy =(0° 120°-120° )τ，電壓相角、電流相角的移相公式分別為：其中，分別表示移相前的電壓、電流相角，#、《Τ分別表示移相后的電壓、電流相 角，f 。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3 具體公式為： 其中，Y表示步驟1的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣，V表示移相后的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣，yy'zdiagkm)，」 表示虛數(shù)單位，yy = (〇° 120°-120° Ayy-1表示yy'的逆。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟4所述 簡化后的直流潮流模型為：其中，f、泛分別表示i節(jié)點(diǎn)@相的有功、無功功率，卜上c)，i = l，2,…，n，k=l, 2,…，n，n表示總節(jié)點(diǎn)數(shù)，G,f表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后i節(jié)點(diǎn)爐相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電導(dǎo)， Sf表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后i節(jié)點(diǎn)9相和k節(jié)點(diǎn)1相之間的電納，ν'=ν表示移相前的電壓幅 值，9/表不移相后的電壓相角。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述配電網(wǎng)三相不對稱直流潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟5所述 常數(shù)化雅可比矩陣為：其中，Pabe、Qab。分別表示三相有功、無功功率，V ab。分別表示網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣移相后 的電導(dǎo)、電納，V/abWal-分別表示移相后的電壓幅值、電壓相角。
【文檔編號】H02J3/26GK106058898SQ201610608107
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月28日
【發(fā)明人】衛(wèi)志農(nóng), 陳 勝, 周佳偉, 孫國強(qiáng), 臧海祥
【申請人】河海大學(xué)