本發(fā)明涉及一種基于分布式處理的快速潮流計算算法及模塊。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、在當(dāng)前的低壓配電網(wǎng)中，隨著分布式光伏系統(tǒng)的大量接入，傳統(tǒng)的潮流計算方法主要依賴于線性規(guī)劃(lp)和牛頓-拉夫遜(newton-raphson)方法。這些方法基于精確的數(shù)學(xué)模型，利用詳細(xì)的電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行潮流分析，以確定各節(jié)點(diǎn)的電壓、電流分布及功率流向。傳統(tǒng)潮流計算方法通常假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，且模型相對簡單，適用于無分布式電源的配電網(wǎng)。

2、線性規(guī)劃方法主要用于處理電力系統(tǒng)中的供需平衡問題，通過優(yōu)化發(fā)電計劃和電力流向來滿足不同時間和地點(diǎn)的電力需求。牛頓-拉夫遜方法則用于解決電力系統(tǒng)的非線性方程組，計算各節(jié)點(diǎn)電壓和線路潮流，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的潮流計算和穩(wěn)定性分析。

3、這些方法的具體流程通常包括以下步驟：

4、1.模型建立：構(gòu)建低壓配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，包括節(jié)點(diǎn)電壓方程和線路潮流方程。

5、2.參數(shù)輸入：輸入系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷需求、發(fā)電設(shè)備的出力、線路的阻抗參數(shù)等。

6、3.潮流計算：采用線性規(guī)劃或牛頓-拉夫遜方法求解電力系統(tǒng)的方程組，得到各節(jié)點(diǎn)的電壓值和線路的功率流向。

7、4.結(jié)果分析：分析計算結(jié)果，評估系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如電壓偏差、線路損耗和功率流向等。

8、盡管傳統(tǒng)的潮流計算方法在一定程度上能夠滿足低壓配電網(wǎng)的基本需求，但在面對分布式光伏系統(tǒng)大規(guī)模接入時，存在以下主要缺點(diǎn)：

9、1.動態(tài)變化響應(yīng)不足：傳統(tǒng)方法假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，無法實(shí)時響應(yīng)分布式光伏發(fā)電的波動性和負(fù)荷需求的隨機(jī)變化。光伏發(fā)電具有明顯的間歇性和隨機(jī)性，其出力受天氣條件的影響較大，傳統(tǒng)的潮流計算方法難以實(shí)時反映電網(wǎng)的動態(tài)變化。

10、2.計算復(fù)雜度高：分布式光伏系統(tǒng)接入后，配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和電力流動路徑顯著增加，導(dǎo)致潮流計算的復(fù)雜度和計算時間大幅上升。特別是在大規(guī)模配電網(wǎng)中，傳統(tǒng)方法的計算效率較低，難以滿足實(shí)時計算的要求。

11、3.穩(wěn)定性和可靠性不足：在高滲透率光伏系統(tǒng)接入的情況下，傳統(tǒng)潮流計算方法難以保證計算結(jié)果的穩(wěn)定性和配電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。當(dāng)光伏發(fā)電出力發(fā)生劇烈變化時，系統(tǒng)可能出現(xiàn)電壓波動、功率反向流動等問題，傳統(tǒng)方法無法有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

12、4.數(shù)據(jù)需求量大：傳統(tǒng)潮流計算方法需要大量的精確輸入數(shù)據(jù)，如各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷、發(fā)電出力和線路參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)的收集和處理難度較大，且在實(shí)際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)不完整和不準(zhǔn)確的問題，影響計算結(jié)果的可靠性。

13、5.適應(yīng)性差：傳統(tǒng)方法通?；陬A(yù)設(shè)的運(yùn)行條件和模型，缺乏對實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)能力。在配電網(wǎng)運(yùn)行中，電力需求和供應(yīng)條件不斷變化，傳統(tǒng)方法難以靈活調(diào)整計算策略以適應(yīng)這些變化。

14、因此，現(xiàn)有技術(shù)在處理大規(guī)模分布式光伏系統(tǒng)接入時，表現(xiàn)出明顯的不足，亟需一種能夠?qū)崟r響應(yīng)系統(tǒng)變化、提高計算效率和穩(wěn)定性的潮流計算新方法，以滿足現(xiàn)代低壓配電網(wǎng)的需求。

15、隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可再生能源的快速發(fā)展，分布式光伏系統(tǒng)在低壓配電網(wǎng)中的接入比例不斷增加。分布式光伏系統(tǒng)因其綠色環(huán)保、分布式就地消納等優(yōu)點(diǎn)，成為未來能源發(fā)展的重要方向。然而，這也對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

16、傳統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)設(shè)計主要是針對集中式發(fā)電和單向電力傳輸而優(yōu)化的，電網(wǎng)潮流基本是由變電站向各用戶端單向流動。然而，分布式光伏系統(tǒng)的接入改變了這一模式，光伏發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，其輸出功率受天氣、晝夜變化的影響顯著，這導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的不確定性增加，傳統(tǒng)的潮流計算方法在應(yīng)對這種變化時顯得力不從心。

17、首先，光伏系統(tǒng)的波動性和間歇性使得電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。當(dāng)光伏發(fā)電量大于當(dāng)?shù)刎?fù)荷需求時，多余的電力需要逆向傳輸回主干電網(wǎng)，導(dǎo)致功率反向流動，可能引起電壓偏差和線路過載等問題。傳統(tǒng)的潮流計算方法假設(shè)電網(wǎng)處于穩(wěn)態(tài)，難以實(shí)時反映這種動態(tài)變化，導(dǎo)致計算結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。

18、其次，分布式光伏系統(tǒng)的大量接入增加了電網(wǎng)的復(fù)雜性和計算負(fù)荷。傳統(tǒng)的牛頓-拉夫遜法和線性規(guī)劃法在處理大規(guī)模、復(fù)雜的電網(wǎng)時計算效率低下，尤其在高滲透率的光伏接入情況下，計算時間和資源需求顯著增加。這使得傳統(tǒng)方法難以滿足實(shí)時計算和快速響應(yīng)的需求。

19、此外，現(xiàn)有的潮流計算方法往往依賴于精確的輸入數(shù)據(jù)，如各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷、發(fā)電出力和線路參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)的收集和處理難度較大，且在實(shí)際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)不完整和不準(zhǔn)確的問題，進(jìn)一步限制了傳統(tǒng)方法的應(yīng)用效果。

20、因此，亟需一種新的潮流計算方法，能夠在動態(tài)、復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境中實(shí)時、準(zhǔn)確地分析分布式光伏系統(tǒng)接入后的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式處理的快速潮流計算算法及模塊，該方法通過引入改進(jìn)的算法和實(shí)時數(shù)據(jù)處理技術(shù)，旨在解決上述問題，為現(xiàn)代低壓配電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行提供技術(shù)支持。

2、實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案之一是：一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊，其特征在于：其包括：

3、構(gòu)建節(jié)點(diǎn)分布模型，用以詳細(xì)建立電網(wǎng)中各個節(jié)點(diǎn)的分布模型；

4、構(gòu)建動作空間模型，用于動作空間模型用于描述在不同電網(wǎng)狀態(tài)下的調(diào)節(jié)動作和操作措施；

5、構(gòu)建獎勵函數(shù)模型，用以通過量化評估電網(wǎng)運(yùn)行的各個指標(biāo)來優(yōu)化系統(tǒng)性能；

6、模型校驗(yàn)，用以驗(yàn)證上述模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

7、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，所述構(gòu)建節(jié)點(diǎn)分布模型，包括：

8、電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用以記錄了電網(wǎng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括各個節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系及其在系統(tǒng)中的位置；

9、實(shí)際輸電線路圖，用以繪制電網(wǎng)中各個實(shí)際的輸電線路，詳細(xì)標(biāo)識線路的長度、阻抗參數(shù)；

10、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，涵蓋了每個節(jié)點(diǎn)與其相連的線路情況；

11、各節(jié)點(diǎn)分布情況，用以分析并記錄各節(jié)點(diǎn)的電壓、電流和負(fù)荷情況，為后續(xù)建模提供依據(jù)。

12、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，所述構(gòu)建動作空間模型，其操作包括：

13、發(fā)電量調(diào)整：通過調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，以應(yīng)對電網(wǎng)的實(shí)時需求變化；

14、輸電線路配置：動態(tài)調(diào)整輸電線路的配置，以優(yōu)化電力流動路徑；

15、需求響應(yīng)措施：通過需求響應(yīng)，動態(tài)調(diào)節(jié)用戶的用電需求，達(dá)到負(fù)荷平衡。

16、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，所述構(gòu)建獎勵函數(shù)模型，其內(nèi)容包括：

17、獎勵函數(shù)目標(biāo)，用以明確優(yōu)化電壓穩(wěn)定性、降低線路損耗等關(guān)鍵目標(biāo)；

18、獎勵與懲罰機(jī)制，用以根據(jù)不同操作的效果，給予獎勵或懲罰，從而引導(dǎo)系統(tǒng)向最優(yōu)方向發(fā)展；

19、量化獎勵值，用以通過具體的公式量化獎勵值，以便于實(shí)際應(yīng)用中的計算與調(diào)節(jié)；

20、實(shí)時調(diào)整獎勵函數(shù)，用以根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)時調(diào)整獎勵函數(shù)的權(quán)重和參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)控制效果。

21、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，所述模型校驗(yàn)，通過負(fù)荷風(fēng)險情境模擬和方案實(shí)施成本分析，評估模型在不同場景下的表現(xiàn)，并且通過聯(lián)合運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)快速潮流計算。

22、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，在所述構(gòu)建獎勵函數(shù)模型中，獎勵函數(shù)用于衡量潮流計算方法的效果，優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括使得電壓偏差最小化，

23、獎勵函數(shù)中包含電壓偏差項(xiàng)，鼓勵算法減少節(jié)點(diǎn)電壓的偏差，保持電壓穩(wěn)定，公式表示為：

24、

25、式中，vi為第i個節(jié)點(diǎn)的電壓；vref為參考電壓值；rv為電壓偏差量化指標(biāo)。

26、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，在所述構(gòu)建獎勵函數(shù)模型中，獎勵函數(shù)用于衡量潮流計算方法的效果，優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括使得線路損耗降低，通過優(yōu)化功率流向，減少線路損耗，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率,公式表示為：

27、

28、式中，為第j條線路的功率損耗，rl為線路損耗量化指標(biāo)。

29、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算模塊中，在所述構(gòu)建獎勵函數(shù)模型中，獎勵函數(shù)用于衡量潮流計算方法的效果，優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括使得功率流向優(yōu)化，

30、

31、式中，pk為第k條線路的功率流；pmax為該線路的最大功率容量，rp為線路功率流向優(yōu)化量化指標(biāo)。

32、實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案之二是：一種基于分布式處理的快速潮流計算算法，包括下列步驟：

33、步驟1，初始狀態(tài)設(shè)定

34、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)定電網(wǎng)的初始狀態(tài)。包括初始電壓、電流和功率分布；

35、步驟2，算法迭代計算

36、采用改進(jìn)的潮流計算算法，對電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行迭代計算，更新各節(jié)點(diǎn)的電壓值和線路的功率流向，具體包括以下步驟：

37、步驟2.1，建立節(jié)點(diǎn)電壓方程和線路潮流方程；

38、步驟2.2，初始化算法參數(shù)，設(shè)定收斂條件；

39、步驟2.3，迭代求解電壓方程和潮流方程，更新電壓和功率值；

40、步驟3，分布式計算

41、將電網(wǎng)劃分為若干子區(qū)域，利用分布式計算技術(shù)，在多個計算節(jié)點(diǎn)上并行處理各子區(qū)域的潮流計算，加快計算速度，具體步驟包括：

42、步驟3.1，劃分電網(wǎng)區(qū)域：根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和計算需求，將電網(wǎng)劃分為多個子區(qū)域。

43、步驟3.2，并行處理：在多個計算節(jié)點(diǎn)上并行求解各子區(qū)域的潮流方程。

44、步驟3.3，匯總結(jié)果：將各子區(qū)域的計算結(jié)果匯總，更新整體電網(wǎng)狀態(tài)。

45、步驟4，結(jié)果分析與調(diào)整

46、在上述的一種基于分布式處理的快速潮流計算算法中，步驟4中，根據(jù)計算結(jié)果，分析電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括電壓偏差、線路損耗，實(shí)時進(jìn)行調(diào)節(jié)操作，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行，具體包括以下步驟：

47、步驟4.1，比較計算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估計算精度；

48、步驟4.2，對電壓超限節(jié)點(diǎn)和功率超載線路進(jìn)行調(diào)整，如調(diào)節(jié)光伏發(fā)電輸出和負(fù)荷需求。

49、本發(fā)明的有益效果是：

50、本發(fā)明通過引入改進(jìn)的算法和實(shí)時數(shù)據(jù)處理技術(shù)，為現(xiàn)代低壓配電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行提供技術(shù)支持。與傳統(tǒng)的潮流計算方法相比，本發(fā)明從以下幾個方面進(jìn)行了改進(jìn)：

51、1.全局優(yōu)化與實(shí)時響應(yīng)：

52、本發(fā)明通過對電網(wǎng)的各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)評估，并根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整計算策略，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的全局優(yōu)化和平衡。

53、2.計算效率提升：

54、利用分布式計算技術(shù)，將電網(wǎng)劃分為若干子區(qū)域，在多個計算節(jié)點(diǎn)上并行處理各子區(qū)域的潮流計算，大幅提高了計算效率，能夠滿足實(shí)時計算的需求。

55、3.結(jié)果精度與穩(wěn)定性：

56、通過改進(jìn)的牛頓-拉夫遜方法和獎勵函數(shù)的精確設(shè)計，顯著提升了潮流計算結(jié)果的精度和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。