本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析與計算技術領域，更具體地，涉及一種配電網(wǎng)潮流計算方法。

背景技術：

潮流計算是電力系統(tǒng)中應用最為廣泛、最基本和最重要的電氣計算，它的任務是根據(jù)給定的網(wǎng)絡結構及運行條件，計算整個網(wǎng)絡的潮流分布。

潮流計算的結果，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果，這些都屬于離線計算的范疇。

隨著現(xiàn)代化的調度控制中心的建立，為了對電力系統(tǒng)進行實時安全監(jiān)控，需要根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫提供的信息，判斷系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)并對預想事故進行安全分析，這就需要進行在線潮流計算。

配電網(wǎng)具有以下特點：網(wǎng)絡拓撲一般呈輻射狀、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。這些特點導致網(wǎng)絡雅克比矩陣出現(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，線性系統(tǒng)的疊加原理對配電網(wǎng)同樣適用。部分專家學者在處理弱環(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，可以看作是各個負荷電流共同作用的結果。當網(wǎng)絡結構和運行方式維持恒定時，單位負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果計算得出。

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，其計算方式復雜、收斂速度慢，不能很好的滿足配電網(wǎng)潮流計算對計算速度和收斂性的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種計算方式簡單、處理速度快且結果精確度高的配電網(wǎng)潮流計算方法，以解決上傳統(tǒng)潮流計算方法存在的計算過程復雜、收斂緩慢等技術問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種配電網(wǎng)潮流計算方法，包括：

S1.對配電網(wǎng)的支路節(jié)點分別編號，獲取每個支路的阻抗及每個節(jié)點負荷，以形成m*4的節(jié)點支路信息矩陣，且m為配電網(wǎng)中支路個數(shù)；

S2.基于漸進對比法，獲取每個節(jié)點的電流和每個節(jié)點的電壓；

S3.基于步驟S2所得到每個節(jié)點的電流和電壓，獲取每個節(jié)點的功率，構建功率誤差矩陣；

S4.提取功率誤差矩陣中每個節(jié)點功率的虛部和實部構建誤差矩陣，判斷誤差矩陣中每個節(jié)點功率的虛部和實部的絕對值的最大值小于收斂值，獲取潮流解。

本發(fā)明提供的一種配電網(wǎng)潮流計算方法，通過建立了節(jié)點支路信息矩陣，利用漸進對比法，實現(xiàn)每個節(jié)點的電流回代更新和電壓前推更新，構建誤差矩陣，與收斂值比較，獲取潮流解，由于配電網(wǎng)的參數(shù)已知，故獲取節(jié)點支路信息矩陣較為簡單，同時，基于漸進對比法的潮流計算過程無需計算各節(jié)點的功率，與牛頓拉夫遜法中的雅克比矩陣比較，本發(fā)明的原理簡單，編程實現(xiàn)簡單，收斂速度快，數(shù)據(jù)精確度高，可為配電網(wǎng)運行維護人員提供更為確切的潮流數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的配電網(wǎng)潮流計算方法的流程結構示意圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明實驗所用的經(jīng)典IEEE33節(jié)點配電網(wǎng)絡示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明基于實施例所得到的32*4維矩陣信息示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明所得到的潮流計算節(jié)點電壓分布示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明在DIgSILENT軟件中建立的基于實施例的模型示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明基于DIgSILENT所建模型的示意圖潮流計算節(jié)點電壓分布示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種配電網(wǎng)潮流計算方法，其包括以下步驟：

S1.對配電網(wǎng)的支路節(jié)點分別編號，獲取每個支路的阻抗及每個節(jié)點負荷，以形成m*4維的節(jié)點支路信息矩陣，且m為配電網(wǎng)中支路個數(shù)；

S2.基于漸進對比法，獲取每個節(jié)點的電流和每個節(jié)點的電壓；

S3.基于步驟S2所得到每個節(jié)點的電流和電壓，獲取每個節(jié)點的功率，構建功率誤差矩陣；

S4.提取功率誤差矩陣中每個節(jié)點功率的虛部和實部構建誤差矩陣，判斷誤差矩陣中每個節(jié)點功率的虛部和實部的絕對值的最大值小于收斂值，獲取潮流解。

具體的，本發(fā)明步驟S1詳細包括以下步驟：

S11.根據(jù)配電網(wǎng)的結構，對每個支路分別編號0……m；

S12.提取每個支路的阻抗和每個節(jié)點負荷，基于配電網(wǎng)的首段基準電壓和基準功率，得到每個支路的阻抗標幺值和每個節(jié)點負荷標幺值；

S13.基于每個節(jié)點的編號、每個支路的阻抗標幺值、每個節(jié)點的負荷標幺值，以獲取節(jié)點支路信息矩陣，該節(jié)點支路信息矩陣可以表示為：

節(jié)點支路信息矩陣的第一列表示每個支路的首節(jié)點編號，L₁、L₂…L_m-1為正整數(shù)，且小于等于m；節(jié)點支路信息矩陣的第二列表示每個支路的末節(jié)點編號，編號從1到m；節(jié)點支路信息矩陣的第三列表示每個支路的阻抗標幺值，a_m表示第L_m-1-m個支路的電阻標幺值，b_m表示第L_m-1-m個支路的電抗標幺值；所述節(jié)點支路信息矩陣的第四列表示每個節(jié)點所帶負荷的功率標幺值，c_m表示第m個節(jié)點所帶負荷的有功功率標幺值，d_m表示第m個節(jié)點所帶負荷的無功功率標幺值，且i²＝-1。

為了進一步說明本發(fā)明的技術方案，請繼續(xù)參閱圖1所示，步驟S2獲取每個節(jié)點的電流方法的詳細步驟為：

S21.設定漸進對比節(jié)點的編號為k，各個節(jié)點的電流初始值為節(jié)點支路信息矩陣的最后一列元素除以各個節(jié)點的電壓初始值，且各節(jié)點電壓初始值為1，各節(jié)點電壓初始值的相角為0，且1≤k≤m；

S22.判斷編號為k的漸進對比節(jié)點是否存在所述節(jié)點支路信息矩陣的第一列數(shù)據(jù)中，將編號為k的漸進對比節(jié)點與所述節(jié)點支路信息矩陣的第一列中數(shù)據(jù)逐一比較；

當編號為k的漸進對比節(jié)點不存在所述節(jié)點支路信息矩陣的第一列的數(shù)據(jù)中，則該漸進對比節(jié)點為末節(jié)點，該漸進對比節(jié)點的電流為其自身的初始值；

當編號為k的漸進對比節(jié)點存在所述節(jié)點支路信息矩陣的第一列的數(shù)據(jù)中，獲取該編號為k的漸進對比節(jié)點在所述節(jié)點支路信息矩陣的第一列中所在的行號，該漸進對比節(jié)點的電流為所有被記錄行號對應節(jié)點的電流初始值之和與該漸進對比節(jié)點的電流初始值之和。

S23.令k自動減一，執(zhí)行步驟S22，直至k＝1。

具體的，步驟S2獲取每個節(jié)點的電壓方法詳細步驟為：

設定節(jié)點1的電壓為網(wǎng)絡首端電壓初值減去0-1支路阻抗標幺值乘節(jié)點1的電流初值，其中節(jié)點1為與配電網(wǎng)首端點相連的最近節(jié)點，其中節(jié)點1為與配電網(wǎng)首端點相連接的最近節(jié)點。

S21.設定漸進對比節(jié)點的編號為p，且2≤p≤m；

S22.獲取該漸進對比節(jié)點的編號p在所述節(jié)點支路信息矩陣的第二列中所在的行號，該漸進對比節(jié)點的電流為所被記錄行號對應支路的首節(jié)點電壓減去所被記錄行號對應支路的阻抗標幺值乘以該漸進對比節(jié)點的迭代電流。

S23.令p自動加1，執(zhí)行步驟S22，直至p＝m。

在步驟S3中，詳細包括以下步驟：

S31.基于步驟S2所得到每個節(jié)點的電流和電壓，獲取每個節(jié)點的功率；

S32.基于每個節(jié)點的功率，將其分別與所述節(jié)點支路信息矩陣的第四列中每個節(jié)點所帶負荷的功率標幺值做差，以獲取功率誤差矩陣；

在上述具體實施例的基礎上，本發(fā)明的步驟S4詳細步驟為：提取功率誤差矩陣中每個節(jié)點功率的虛部和實部構建誤差矩陣判斷誤差矩陣中每個節(jié)點功率的虛部和實部的絕對值的最大值小于收斂值，獲取潮流解。

為了方便用戶進一步詳細了解本發(fā)明的技術方案，以下將列舉經(jīng)典IEEE33節(jié)點配電網(wǎng)絡，即配電網(wǎng)有33個支路作為實施例予以詳細說明本發(fā)明的技術方案和技術效果，此時m＝32。

將配電網(wǎng)的支路分別用0至32進行編號，并對配電網(wǎng)的首節(jié)點用0、L₁、L₂…L₃₁進行編號，配電網(wǎng)的末節(jié)點用1、2、3…32編號，結合支路阻抗及節(jié)點負荷信息形成支路節(jié)點--支路阻抗--節(jié)點負荷的32*4維矩陣，如下所示：

其中，上述矩陣的第一列為首節(jié)點編號，L₁、L₂…L₃₁為正整數(shù)，且小于等于32，同時L₁、L₂…L₃₁中有一個或者幾個相同，其具體情況是根據(jù)配電網(wǎng)絡結構而定；上述矩陣的第二列為末節(jié)點編號，編號從1到32；上述矩陣的第三列為轉換成標幺值的支路阻抗參數(shù)，a₃₂表示第L₃₁-32個支路的電阻標幺值，b₃₂表示第L₃₁-32個支路的電抗標幺值；第四列為已轉換成標幺值的節(jié)點負荷參數(shù)，c₃₂表示第32個節(jié)點所帶負荷的有功功率標幺值，d₃₂表示第32個節(jié)點所帶負荷的無功功率標幺值，且i²＝-1。具體詳細的32*4維矩陣請參閱圖3所示。

為了更新每一個節(jié)點的電流信息，本發(fā)明采用了使用漸進比對法從末向首判斷出末節(jié)點、非末節(jié)點，并根據(jù)末節(jié)點和非末節(jié)點分別采用不同的計算方式，以準確當前節(jié)點電流，完成電流回代過程；

為了實現(xiàn)每個節(jié)點電流的準確更新，首先設定各節(jié)點的電壓初值為1，各節(jié)點的初值相位角為0，從編號1到32計算各節(jié)點的初始電流，各節(jié)點的電流初值為上述矩陣的最后一列元素除以各節(jié)點的電壓初值；

設定k節(jié)點為漸進比對節(jié)點，k正整數(shù)且滿足1≤k≤32，k從32開始，將k值和上述矩陣的第一列的數(shù)據(jù)進行漸進比對，當兩值不同時，則可判定該節(jié)點是末節(jié)點，此時該節(jié)點的電流為其自身的初始值；當兩值相同時，則可判定該節(jié)點不是末節(jié)點，記錄第一列中該值所在行號(可能為多個)，可得到節(jié)點電流為：所有被記錄行號的對應節(jié)點的電流初始值之和加上該漸進比對節(jié)點電流的初始值。以-1為漸進比對單位，直至完成k為1的比對，則完成電流回代過程。

如當漸進比對節(jié)點k為32時，將32和32*4維矩陣的第一列中每一個數(shù)據(jù)進行漸進比對，發(fā)現(xiàn)沒有與32相等的對應值時，可判定該節(jié)點是末節(jié)點，此時該節(jié)點的電流為其自身的初始值；以-1為漸進比對單位，k值自動減一，令k為31，將31和32*4維矩陣的第一列進行漸進比對，發(fā)現(xiàn)第一列中的32行出現(xiàn)了31這個值，記下值31所在的行數(shù)32，此時，節(jié)點31的電流為：32行對應節(jié)點32的電流初始值加上該漸進比對節(jié)點31的電流初始值。以此類推，直至完成k為1的電流回代過程。

使用漸進比對法從首向末判斷出節(jié)點，并計算相應電壓，完成電壓前推過程包括：

設定節(jié)點1的電壓為網(wǎng)絡首端電壓初值減去0-1支路阻抗標幺值乘節(jié)點1的電流初值。設定p節(jié)點為漸進比對節(jié)點，p正整數(shù)且滿足2≤p≤32，p從2開始，將p值和上述矩陣的第二列進行漸進比對，當兩值相同時，記錄第二列中該值所在行號，則此比對節(jié)點電壓為：所記錄行號對應支路首節(jié)點電壓減去該支路阻抗標幺值乘該首節(jié)點對應的電流。以+1為漸進對比單位，直至完成k為32的比對，則完成電壓前推過程。

如當漸進比對節(jié)點p為2時，將2和32*4維矩陣的第二列進行漸進比對，發(fā)現(xiàn)有對應值，記錄第二列中該值所在行號，則此比對節(jié)點電壓為：所記錄第2行對應支路首節(jié)點(此處的首節(jié)點為1)電壓減去該支路(0-1支路)阻抗標幺值乘該首節(jié)點對應的電流。以+1為漸進對比單位，直至完成k為32的比對，則完成電壓前推過程。

當完成對每個節(jié)點的電流和電壓更新后，基于更新后每一個節(jié)點的電流和電壓，分別計算各節(jié)點功率，并和32*4維矩陣中第四列各節(jié)點所帶負荷的功率標幺值作差以得到功率誤差矩陣；其中，每個節(jié)點所帶負荷標幺值的獲取方式為：設定配電網(wǎng)絡給定的基準功率為Sb(MVA)；配電網(wǎng)的基準電壓為Vb(KV)；則每一節(jié)點阻抗標幺值為Z(標幺值)＝Z(實際值)/(Sb*1000)；每一節(jié)點所帶負荷功率標幺值為S(標幺值)＝Z(實際值)*Sb/Vb^2，其中，Z(實際值)表示支路阻抗實際值。

基于功率誤差舉證，提取功率誤差矩陣的實部、虛部，構造誤差矩陣以1e-5為收斂判斷值，當此誤差矩陣中所有元素絕對值的最大值值小于此收斂判斷值時，以得到潮流計算值；而當誤差矩陣中所有元素絕對值的最大值值大于此收斂判斷值時，則繼續(xù)迭代，直至滿足收斂為止。

為了驗證其計算結果的準確性，本發(fā)明還利用DIgSILENT電力系統(tǒng)仿真軟件來進行驗證，具體方法為：

根據(jù)圖2所示經(jīng)典IEEE33節(jié)點配電網(wǎng)的參數(shù)信息，用DIgSILENT軟件建模形成與實際配電網(wǎng)對應的虛擬配電網(wǎng)，以提供虛擬計算模型，具體計算模型如圖5所示，然后，根據(jù)待研究網(wǎng)絡所給參數(shù)來設置DIgSILENT模型中線路參數(shù)和節(jié)點電壓、收斂判斷值等相應參數(shù)，并進行潮流計算，其中，基于DIgSILENT所建模型的潮流計算節(jié)點電壓分布示意圖如圖6所示。

DIgSILENT軟件潮流計算時默認采用牛頓拉夫遜法，潮流計算之后的到的各節(jié)點電壓分布圖。

對比利用本發(fā)明的采用本發(fā)明所得到節(jié)點電壓分布示意圖4、采用牛頓拉夫遜法所得到的節(jié)點電壓分布示意圖6，可以驗證所提出的一種快速的配電網(wǎng)潮流計算方法及其驗證過程有效性。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。