CN110365021B - 含环配网潮流计算方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种含环配网潮流计算方法，通过建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型，并建立线路的数学模型构成原始网络模型。所述原始网络模型的建立为通过基尔霍夫电流定律逐次完成所述含环配网的潮流分布提供基础。所述含环配网潮流计算方法通过星网变换以及求解每一个环路转折节点的节点电压值，并利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布。本申请采用恒阻抗模型和恒电流模型的组合方式，提高了对含环配网潮流计算的精确度。

Description

含环配网潮流计算方法
技术领域
本申请涉及电力信息领域，特别是涉及一种含环配网潮流计算方法。
背景技术
配电网电压等级较输电网而言较低，直接配电至用户，按照“闭环设计、开环运行”的原则设计和使用，所以正常运行时存在部分联络开关处于开闭的状态。随着社会的发展用电设备对供电可靠性要求的提高，含环运行的可能性逐渐增大。在配电网络重构时，为了减少对用户的影响，需要采用“先闭环后开环”的策略改变运行方式来达到优化控制的目的，会出现短暂的弱环网运行的情况。因而，弱环配电网潮流计算的必要性和重要意义日益突显了出来。
潮流计算是电力***中应用最为广泛、最基本和最重要的电气计算。潮流计算的任务是根据给定的网络结构及运行条件，计算整个网络的潮流分析。潮流计算的结果，无论是对于现有***运行方式的分析研究，还是对规划阶段设计方案的分析比较，都是必不可少的。电力***静态稳定计算、暂态稳定计算也需要利用潮流计算的结果。
传统的含环配网潮流计算应用的方法有电流补偿法、改进的牛顿-拉夫逊法，这些方法需要通过迭代实现，所以计算性能受收敛性能限制。同时传统方法把负荷视为恒定功率模型，当在较多节点出现电压偏移较大时，含环配网潮流计算的准确度难以保证。
发明内容
基于此，有必要针对传统的含环配网潮流计算的精确度低问题，提供一种含环配网潮流计算方法。
一种含环配网潮流计算方法，包括：
S10，根据含环配网中的负荷功率数据，建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型，并根据所述含环配网中线路的长度和单位阻抗建立线路的数学模型，所述负荷模型和所述线路的数学模型构成原始环网模型；
S20，从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点，并通过星网变换将所述原始环网模型转换为第二等效环网模型，所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点连接一条支路；
S30，利用基尔霍夫电流定律，获得所述第二等效环网模型中的每一个环路转折节点的节点电压值；
S40，利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布。
在其中一个实施例中，所述建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型的具体步骤包括：
根据负荷的功率，设定恒电流分量与恒阻抗分量有功功率占比分别为ap和aq，无功功率占比分别为bp和bq，进而建立电流源与阻抗并联的形式的负荷模型；
将所述电流源与阻抗并联的形式建立负荷模型转换为电压源与阻抗串联形式的负荷模型。
在其中一个实施例中，所述电流源与阻抗并联的形式的负荷模型为：
Figure BDA0002115015110000031
其中，RL为所述负荷模型中的横电阻分量参数；XL为所述负荷模型中的横电抗分量参数；ILx为所述负荷模型中的横电流分量在x轴上的分量；ILy为所述负荷模型中的横电流分量在y轴上的分量；δ为电压的相角。
在其中一个实施例中，所述S20，从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点，并通过星网变换将所述原始环网模型转换为第二等效环网模型，所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点连接一条支路的步骤包括：
从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点；
对所述原始环网模型中除所述环路转折节点以外其他环路节点连接的支路进行星网变换，进而获得第一等效环网模型；
分别对与所述第一等效环网模型中每一个所述环路转折节点连接的支路进行串并联等效，进而获得所述第二等效环网模型。
在其中一个实施例中，当所述环路转折节点的数量为四个时，利用基尔霍夫电流定律，得到四个KCL方程，根据四个所述KCL方程获得所述第二等效环网模型中的每一个环路转折节点的节点电压。
在其中一个实施例中，所述S40，利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布的具体步骤包括：
将所述原始环网模型从每个所述环路转折节点处断开，形成多个待求解网络；
利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，将每一个所述待求解网络的断开处等效接一个电压源；
利用欧姆定律，求解每一个待求解网络中的各支路的电流。
在其中一个实施例中，所述含环配网中线路的长度和单位阻抗建立线路的数学模型为：
Zl＝l×(r0+jx0)
其中，Zl为一段线路的总阻抗；l为一段线路的长度；r0+jx0为单位长度的线路的阻抗。
在其中一个实施例中，所述含环配网潮流计算方法用于单相潮流计算或三相潮流计算。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中任一项所述方法的步骤。
上述含环配网潮流计算方法，建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型，并建立线路的数学模型构成原始网络模型。所述原始网络模型的建立为通过基尔霍夫电流定律逐次完成所述含环配网的潮流分布提供基础。所述含环配网潮流计算方法通过星网变换以及求解每一个环路转折节点的节点电压值，并利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布。本申请采用恒阻抗模型和恒电流模型的组合方式，提高了对含环配网潮流计算的精确度。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种含环配网潮流计算方法流程图；
图2为本申请一个实施例提供的一种含环配网的模型图；
图3为本申请一个实施例提供的一种原始环网模型图；
图4为本申请一个实施例提供的一种第一等效环网模型图；
图5为本申请一个实施例提供的一种第二等效环网模型图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请提供一种含环配网潮流计算方法。所述含环配网潮流计算方法包括：
S10，根据含环配网中的负荷功率数据，建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型，并根据所述含环配网中线路的长度和单位阻抗建立线路的数学模型，所述负荷模型和所述线路的数学模型构成原始环网模型。步骤S10中，所述含环配网包括线路和连接在线路上的负荷。其中一部分线路和负荷可以构成环网，另一部分线路和负荷为与所述环网中的节点连接的支路。本申请一个实施例提供的一种含环配网的模型图，如图2所示。可以通过检测设备实时获取所述含环配网中的负荷功率和负荷电压。通过模型的转换，可以将所述含环配网中每一个负荷看成是一个电压源和一个阻抗串联在配网上。并且电流在所述含环配网中的线路上会有压降，为了计算所述压降可以将线路等效为阻抗。
S20，从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点，并通过星网变换将所述原始环网模型转换为第二等效环网模型，所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点连接一条支路。步骤S20中，所述原始环网模型可以包括一个环路和与所述环路中的节点连接支路，由于所述环路可以有很多节点，并且一个环路上的节点可以有很多支路，此时很难通过基尔霍夫电流定律获得整个所述含环配网的潮流分布。因此，可以先从所述环路的众多节点中选取几个作为环路转折节点，然后利用星网变换将与剩余的环路节点连接的支路移接至所述环路转折节点上。然后再通过串并联等效将与每一个所述环路转折节点连接的多条支路等效转换为一条支路，以形成第二等效环网模型。
S30，利用基尔霍夫电流定律，获得所述第二等效环网模型中的每一个环路转折节点的节点电压值。步骤S30中，通过对所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点列写KCL方程并求解，可以获得每一个环路转折节点的节点电压值。
S40，利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布。步骤S40中，可以依据每一个环路转折节点的电压值，将每一个环路转折节点等效为一个电压源解开网路，进而通过普通的电路解法(例如欧姆定律)即可获得整个所述含环配网的潮流分布。在其中一个实施例中，所述含环配网潮流计算方法用于单相潮流计算或三相潮流计算。
上述含环配网潮流计算方法，建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型，并建立线路的数学模型构成原始网络模型。所述原始网络模型的建立为通过基尔霍夫电流定律逐次完成所述含环配网的潮流分布提供基础。所述含环配网潮流计算方法通过星网变换以及求解每一个环路转折节点的节点电压值，并利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布。本申请采用恒阻抗模型和恒电流模型的组合方式，提高了对含环配网潮流计算的精确度。并且，本申请提供的方法不需要通过设置并求解迭代量既可实现环网的潮流状态，仅通过准确建模和等效原理即可准确获得整个所述含环配网的潮流分布，方法简单，便捷。
在其中一个实施例中，所述建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型的具体步骤包括根据负荷的功率(PL+jQL)，设定恒电流分量与恒阻抗分量有功功率占比分别为ap和aq，无功功率占比分别为bp和bq，进而建立电流源与阻抗并联的形式的负荷模型。将所述电流源(IL)与阻抗(ZL)并联的形式建立负荷模型转换为电压源与阻抗串联形式的负荷模型。其中负荷模型用标幺值形式表示如下：
Figure BDA0002115015110000071
其中，V为负荷的电压值(定值)。
所述电流源与阻抗并联的形式的负荷模型为：
Figure BDA0002115015110000072
其中，IL＝ILx+jILy；ZL＝RL+XL；RL为所述负荷模型中的横电阻分量参数；XL为所述负荷模型中的横电抗分量参数；ILx为所述负荷模型中的横电流分量在x轴上的分量；ILy为所述负荷模型中的横电流分量在y轴上的分量；δ为电压的相角。
将所述电流源(IL)与阻抗(ZL)并联的形式建立负荷模型转换为电压源与阻抗串联形式的负荷模型为：
UL＝-IL×ZL 公式(3)
在其中一个实施例中，所述S20，从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点，并通过星网变换将所述原始环网模型转换为第二等效环网模型，所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点连接一条支路的步骤包括：
从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点。对所述原始环网模型中除所述环路转折节点以外其他环路节点连接的支路进行星网变换，进而获得第一等效环网模型。分别对与所述第一等效环网模型中每一个所述环路转折节点连接的支路进行串并联等效，进而获得所述第二等效环网模型。例如，请参见图3和图4，所述原始环网模型中的环路节点的数量是5个(分别为节点2、节点3、节点4、节点5以及节点6)，选取4个环路节点(分别为节点2、节点4、节点5以及节点6)作为环路转折节点，经过星网变换后，将与节点3连接的支路移接至节点2和节点4。经星网变换后的第一等效环网模型如图4所示。之后经串并联等效得到如图5所示的第二等效环网模型。
在其中一个实施例中，当所述环路转折节点的数量为四个时，利用基尔霍夫电流定律，得到四个KCL方程，根据四个所述KCL方程获得所述第二等效环网模型中的每一个环路转折节点的节点电压。例如，可以通过如下四个KCL方程对如图5所示的第二等效环网模型中的环路转折节点的节点电压分别进行求解：
Figure BDA0002115015110000091
Figure BDA0002115015110000092
Figure BDA0002115015110000093
Figure BDA0002115015110000094
其中
Figure BDA0002115015110000095
分别为节点2、节点4、节点5、节点6的节点电压。
在其中一个实施例中，所述S40，利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布的具体步骤包括：
将所述原始环网模型从每个所述环路转折节点处断开，形成多个待求解网络。利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，将每一个所述待求解网络的断开处等效接一个电压源。利用欧姆定律，求解每一个待求解网络中的各支路的电流。以下对部分支路类型进行求解步骤说明：
(1)如图2中节点5、9组成的部分网络，利用
Figure BDA0002115015110000096
与
Figure BDA0002115015110000097
(图5)，根据以下式子确定潮流：
Figure BDA0002115015110000098
Figure BDA0002115015110000099
(2)如图1中节点3、8组成的部分网络，其中2、4分别接电压源
Figure BDA00021150151100000910
通过将2-3与3-4支路并联等效，后即可确定
Figure BDA00021150151100000911
与
Figure BDA00021150151100000912
后利用
Figure BDA00021150151100000913
可以确定
Figure BDA00021150151100000914
Figure BDA00021150151100000915
即：
Figure BDA0002115015110000101
Figure BDA0002115015110000102
Figure BDA0002115015110000103
Figure BDA0002115015110000104
在其中一个实施例中，所述含环配网中线路的长度和单位阻抗建立线路的数学模型为：
Zl＝l×(r0+jx0) 公式(4)
其中，Zl为一段线路的总阻抗；l为一段线路的长度；r0+jx0为单位长度的线路的阻抗。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中任一项所述方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例含环配网潮流计算方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种含环配网潮流计算方法，其特征在于，包括：
S10，根据含环配网中的负荷功率数据，建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型，并根据所述含环配网中线路的长度和单位阻抗建立线路的数学模型，所述负荷模型和所述线路的数学模型构成原始环网模型；
S20，从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点，并通过星网变换将所述原始环网模型转换为第二等效环网模型，所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点连接一条支路；
S30，利用基尔霍夫电流定律，获得所述第二等效环网模型中的每一个环路转折节点的节点电压值；
S40，利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布；
所述建立电压源与阻抗串联形式的负荷模型的具体步骤包括：
根据负荷的功率，设定恒电流分量与恒阻抗分量有功功率占比分别为ap和aQ，无功功率占比分别为bp和bQ，进而建立电流源与阻抗并联的形式的负荷模型；
将所述电流源与阻抗并联的形式建立负荷模型转换为电压源与阻抗串联形式的负荷模型；
所述S20，从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点，并通过星网变换将所述原始环网模型转换为第二等效环网模型，所述第二等效环网模型中每一个环路转折节点连接一条支路的步骤包括：
从所述原始环网模型中选取多个环路转折节点；
对所述原始环网模型中除所述环路转折节点以外其他环路节点连接的支路进行星网变换，进而获得第一等效环网模型；
分别对与所述第一等效环网模型中每一个所述环路转折节点连接的支路进行串并联等效，进而获得所述第二等效环网模型。
2.根据权利要求1所述的含环配网潮流计算方法，其特征在于，所述含环配网包括线路和连接在线路上的负荷。
3.根据权利要求1所述的含环配网潮流计算方法，其特征在于，所述电流源与阻抗并联的形式的负荷模型为：
Figure FDA0002788354410000021
其中，RL为所述负荷模型中的横电阻分量参数；XL为所述负荷模型中的恒电抗分量参数；ILx为所述负荷模型中的恒电流分量在x轴上的分量；ILy为所述负荷模型中的恒电流分量在y轴上的分量；δ为电压的相角。
4.根据权利要求1所述的含环配网潮流计算方法，其特征在于，当所述环路转折节点的数量为四个时，利用基尔霍夫电流定律，得到四个基尔霍夫电流方程，根据四个所述基尔霍夫电流方程获得所述第二等效环网模型中的每一个环路转折节点的节点电压。
5.根据权利要求1所述的含环配网潮流计算方法，其特征在于，所述S40，利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，获得整个所述含环配网的潮流分布的具体步骤包括：
将所述原始环网模型从每个所述环路转折节点处断开，形成多个待求解网络；
利用所述每一个环路转折节点的节点电压值，将每一个所述待求解网络的断开处等效接一个电压源；
利用欧姆定律，求解每一个待求解网络中的各支路的电流。
6.根据权利要求1所述的含环配网潮流计算方法，其特征在于，所述含环配网中线路的长度和单位阻抗建立线路的数学模型为：
Zl＝l×(r0+jx0)
其中，Zl为一段线路的总阻抗；l为一段线路的长度；r0+jx0为单位长度的线路的阻抗。
7.根据权利要求1所述的含环配网潮流计算方法，其特征在于，所述含环配网潮流计算方法用于单相潮流计算或三相潮流计算。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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