复杂配电网潮流算法研究计划.doc
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1、内容摘要内容摘要配电网的潮流计算是配电网络分析的一项重要内容,它根据给定网络的结构和运行条件来确定整个网络的电气状态(主要是各节点的电压幅值和相角,网络中的功率分布及功率损耗等)并进行越界检查,它是对配电系统规划设计和运行方式的合理性,可靠性及经济性进行定量分析的重要依据。配电网潮流计算还是配电系统的电压/无功优化调度,操作模拟和接线变化分析等的基础。当前已有的电网分析软件大多是针对输电网开发出来的,利用的是牛顿一拉夫逊法和快速解耦法,而配电网络有许多不同于输电网络的特点,如:线路长且分支线多,线径小,使 RX;网络的 PQ 节点多,PV 节点少;多个平衡点等,现有的电网分析方法直接应用到配电
2、网是不合适的。有关配电网的潮流算法的研究是目前的热门研究课题之一。鉴于配电潮流计算在配电网运行与管理系统中的基础地位和作用以及当前缺乏完善,本课题的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文首先发展了前人的工作,提出了两种配电网络重构方法,即以提高供电电压质量为目标的配电网络重构方法和以负荷均衡化为目标的配电网络重构方法。提出的方法只需利用有限的量测信息,从而使缺少量测信息的配电系统实现配电网络重构成为可能。本文在前人的基础上,首先探讨分析了几种基本的潮流算法,比较现有各种潮流算法的优缺点,提出了一种既能提高运算速度,又能可靠收敛的潮流计算方法,并且用该方法解决了多平衡节点潮流计算的问题。Ybus
3、 算法是一阶收敛方法,算法的稳定性好,可求解多回路电网,但是处理多电源能力差。牛顿一拉夫逊法是二阶方法,是当前广泛采用的计算潮流分布的方法,但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。本文提出的方法的大体思路是先利用改进的 Yhus 法迭代出合适的初值,再利用基于节点注入电流模型的牛顿一拉夫逊法进行精确计算。这种方法不但改进了配电网潮流计算初值选取的问题,又提高了潮流计算的速度,而且可以解决多平衡节点潮流计算的问题,可以说是一举三得。本文使用 MATLAB 软件对所提出的方法进行了实例验证,结果表明算法基本可行。关键词:配电网 潮流计算 速度性 收敛性 多平
4、衡节点 MATLABAbstractDistribution network computing flow calculation iS an important element of Distribution network analysis.According to some known operating conditions(node load or voltage),it determine the operational status of the entire network(such as the power distribution network and depletion
5、,and the bus bar voltage worth of Kok),and make cross-border checks.It is important evidence to plan the rational,reliability and finance of the program design of distribution systems and moving motion.Distribution power flow is the readjust of voltage magnitude and optmization of reactive power of
6、distribution systems and operate the basic of simulation and analyzing the changes of net.Nowadays most of the analyzing software of power system is exploited from transportation systems and used NewtonRaphson and FDLE And different distribution systemss have different factors,SO it is unflxable to
7、be opened up directly.It is one of the hot issues that the method of power flow of distribution systems.According to lack of the basic and action of operation and management of power flow in distribution systems.Effective mehtod of distribution systems load flow shows the theoretical meaning and rea
8、l practice.I discuss several basic method for distribution systems and compare the merits and demerits of each,and then put forward a method which can raise the courting speed and reliable and also can solve the problem for the system with multibalance node.Ybus method is a kind of once step converg
9、ence which has the good stableman and could solve the network with multi-loop。But the bad ability of dealing with multi-power supply.NewtonRaphson is a twice step convergence method which is widely used but its big effect in the initial value.When the voltage of the last node is lower than some cert
10、ain of netword,NewtonRaphson begins to open.The main train of the thought of mine first used the suitable initial value of improving Ybus and then accurate counting the NewtonRaphson which based on the current injection.It not only can improve the problem of selecting initial value of distributionsy
11、stems and raise the counting speed and solve the problem of multibalance network.The paper has improved the examples of MATLAB and shown it is feasible.Key Words:distribution systems power flow the counting speed trustniess convergence Multi-balanceable node MATLAB目目 录录内容摘要 IAbstract II 1 绪 论1 11 引
12、言1 12 配电网潮流的研究现状和存在的问 题1 121 潮流计算的研究现状2 122 配电网潮流存在的问题313 本人所做的工 作4 2 配电网潮流算法比较研究5 21 引 言5211 潮流计算的概念和意义5212 复杂配电网的特点5213 配电网潮流计算的意义622 配电网各类潮流算法介 绍6 221 母线类算法6 222 支路类算法7 223 牛顿一拉夫逊法和快速解耦 法11 23 配电网潮流算法的比较15 231 分支线的处理能 力15 232 双电源的处理能 力16 233 收敛阶 数16 234 算法的稳定 性17 3 本文所提出的算法及其分析18 31 算法的基本原理18 32
13、算例及其分析22 4 多平衡节点配电网的潮流计算28 41 多平衡节点网络的处理与求解方法28 42 算例及其分析29 5 结论与展望31 参考文献 32 致 谢 35附录 1 实现本文算法的 MATLAB 语言程 序36 附录 2 实现多平衡节点潮流算法的 MATLAB 语言程 序401 1 绪绪 论论1 11 1 引言引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
14、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。对于一个潮流算法,其基本要求可归纳成以下四个方面:计算速度快,计算机内存占用量少,算法的收敛可靠性高,程序设计方便以及算法扩充移植的通用灵活性强。配电网潮流计算是配电自动化软件的重要组成模块之一,它是配电网分析的基础,配电网的网络重构、故
15、障处理、无功优化和状态估计等都需要用到配网潮流计算数据,准确、快速的潮流计算是配电网分析的有效保证。当前已有的电网分析软件大多是针对输电网开发出来的,而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,线径小,使 RX;网络的 PQ 节点多,Pv 节点少;有多个平衡节点,且正常运行时是丌环的,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。针对配电网的特点,其评价标准还需考虑以下几个方面:分支线的处理能力;双电源和多回路的处理能力;收敛速度:算法的稳定性。1 12 2 配电网潮流的研究现状和存在的问题配电网潮流的研究现状和存在的问题1 12
16、21 1 潮流计算的研究现状潮流计算的研究现状潮流计算作为电力系统研究的基本工具,随着时代的发展、理论水平的提高和计算机技术的不断进步,各种潮流算法也在日益更新和完善。最早的潮流计算方法是手算,后来开始利用交直流计算台进行模拟计算,但仅限于一些小系统1。五十年代中期开始利用计算机进行潮流计算,当时普遍采用以节点导纳矩阵为基础的简单迭代法,这种方法的原理简单,但仅能用于计算一些简单系统的潮流,当系统网架结构复杂后,算法的收敛性变差。为了提高潮流算法的收敛性,电力系统工作者开始转向以阻抗矩阵为基础的简单迭代法2l六十年代初,计算机技术有了显著进步,CPU 的运算速度和内存的容量都有所提高,可以满足
17、阻抗法对计算机硬件的要求,该方法在当时获得了广泛的应用。但由于阻抗阵是满阵,迭代的运算相当大,当系统规模较大时,该方法面临巨大考验。随着电力系统规模的扩大及地区间联网的要求,潮流程序的计算量越来越大,对计算机内存的要求也越来越高。六十年代中期提出了分块阻抗法2,该方法将一个大系统分割成几个规模较小的系统,这样只需存储各个小系统的计算数据和联络线数据,这不仅降低了内存需求量,也提高了计算速度同一时期出现了牛顿一拉夫逊法3.4该方法采用逐次线性化的思想把非线性方程式的求解变成反复对相应的线性方程式的求解,取得了很好的收敛性,此外该方法可以充分利用雅可比矩阵的稀疏性从而大幅度降低内存的需求。牛顿法在
18、计算速度、内存需求、收敛性等方面大大优于阻抗法,成为当时最优秀的方法。但牛顿法对初值较敏感,如给定的初值距实际值偏差较远,或当系统中有大量的小阻抗支路时,牛顿法收敛性降低。七十年代以来,人们继续从不同的角度研究潮流算法,出现了保留非线性算法5和 PQ 分解法6,7。保留非线性法保留了非线性潮流方程泰勒级数展开项的2次项,提高了单步迭代过程的计算精度,但增加了计算量。PQ 分解法根据电力系统的特点,将有功迭代和无功迭代分开进行,同时把雅克比矩阵高度简化成迭代过程中保持不变的对称矩阵,在开始计算前根据导纳阵一次性形成因子表供迭代过程反复使用,因而极大地降低了计算量,有效地提高了计算速度,同时降低了
19、内存的使用量,该方法在简化的同时保证了计算的精度。但该方法的简化条件是建立在高压输电网的基础上,要求线路的 R/X 比值尽量小,当该条件不满足时,PQ 分解法的迭代次数明显增加,甚至出现不收敛8。八十年代末,出现了许多以配电网支路为研究对象的方法。结合配电网辐射状的特点,Shirmohammadi 等人提出了前推回代法9该方法先假定各节点电压初值,由辐射分支末端向根节点方向前推网络的潮流分布,再从根节点向辐射分支末端回推各节点的电压,反复迭代,无矩阵运算,编程简单,不受支路R/X 比值的影响,收敛性好。在基于节点注入电流的算法中,Zbus 法、Ybus 法需要给定节点等效注入电流的初值,并利用
20、线性潮流方程 I=YV(或 V=ZI)反复迭代,直至前后两次节点电压差值小于某一给定值时结束,该算法具有一阶收敛速度,可求解多回路的配电网,但处理多电源的能力却较弱。从传统潮流计算分类的角度可分为:网络化简法10,11、隐式 Zbus 高斯法12,13、前推回代法14、回路阻抗法15、牛顿法16(包括改进牛顿法17,18)、快速解耦法19、动态潮流法20等。1 12 22 2 配电网潮流存在的问题配电网潮流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,线径小,使RX;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
21、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
22、,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 XR 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。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
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- 复杂 配电网 潮流 算法 研究 计划
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