一種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法
【專利摘要】一種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，屬于電力系統(tǒng)潮流計算分析領(lǐng)域。該方法包括：獲取已知的含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，采集該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；將該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解耦為多個子系統(tǒng)；建立各個子系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備出力模糊模型，確定各個子系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備輸出的有功功率和無功功率；利用不確定圖數(shù)據(jù)分類算法確定各個子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型；分別計算各個子系統(tǒng)的三相潮流分布；對所得到的各個子系統(tǒng)的三相潮流分布進行集成整合得到該含分布式電源的配電網(wǎng)的三相潮流分布。本發(fā)明解決了因拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的潮流計算復(fù)雜且計算結(jié)果精度低以及發(fā)電設(shè)備出力考慮不全面的問題，有效簡化了含分布式電源的配電網(wǎng)的三相潮流計算。
【專利說明】一種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)潮流計算分析領(lǐng)域，特別涉及一種含分布式電源的配電網(wǎng)三 相潮流計算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式電源的發(fā)展對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的影響，其接入使配電網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€多 節(jié)點的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，隨之而來的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、發(fā)電設(shè)備出力不確定、三相不平衡的問題 也日:--關(guān)出。
[0003] 當(dāng)前對于含分布式電源的電網(wǎng)潮流計算，通常所采取的方法大都依舊是面向傳統(tǒng) 電網(wǎng)潮流計算的方法，包括直接法、前推回代法和牛頓法。直接法基于節(jié)點電壓的迭代計 算，在每次迭代過程中要用到疊加原理，該方法具有較強的處理弱環(huán)網(wǎng)的能力，而且適合處 理具有電壓靜特性的節(jié)點類型，求解速度快，但是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時，精度較低；前推回代 法收斂速度快，編程簡單，應(yīng)用比較廣泛，但處理網(wǎng)孔能力較差；牛頓法是一種被廣泛采用 的解非線性方程的迭代法，其計算潮流的核心是建立和求解修正方程式（電壓用直角坐標(biāo) 表示的節(jié)點功率方程），特點是收斂性較好，但對初值要求比較嚴格，如果賦予的初值距真 實值誤差較大，就可能造成網(wǎng)絡(luò)潮流的不收斂。隨著人工智能理論的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、 遺傳算法、模糊算法等也常被用來作為求解電力系統(tǒng)潮流問題的方法，但是它們基本只是 停留在理論和仿真方面，在線實用性較差。
[0004] 含分布式電源的電網(wǎng)潮流計算與普通電網(wǎng)潮流計算的主要區(qū)別之一就是分布式 電源種類的各異性使其潮流計算模型呈現(xiàn)出多樣性，這與傳統(tǒng)發(fā)電機組計算模型不一致。 分布式電源的接入使得系統(tǒng)中電源、負荷、線路參數(shù)存在明顯的不確定性，這就導(dǎo)致了傳統(tǒng) 的配電網(wǎng)潮流計算已不再適用于這類網(wǎng)絡(luò)，研究不平衡配電網(wǎng)的三相潮流是有重大意義 的。針對含分布式電源的電網(wǎng)的三相不平衡性，國內(nèi)外專家學(xué)者研究了三相潮流計算方法， 如前推回代法、改進牛頓法、改進快速解耦法、隱式Zbus高斯法等。但是這些方法大都偏重 于對不同類型分布式電源按照不同節(jié)點類型處理的方面，并未詳細考慮由于分布式電源的 接入對原有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)所帶來的影響，而對于潮流計算來說，數(shù)據(jù)信息的分析計算 不僅要求數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，同時也要求對于拓撲分析的精確性。
[0005] 綜合上述分析，針對含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜且發(fā)電設(shè)備出力不 確定的特性，提出了一種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，先將復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu) 解耦為簡單子系統(tǒng)，針對性的對發(fā)電設(shè)備出力不確定特性建模再進行潮流計算，從而解決 了因拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的潮流計算復(fù)雜且計算結(jié)果精度低以及發(fā)電設(shè)備出力考慮不全面 的問題，有效簡化了含分布式電源的配電網(wǎng)的三相潮流計算。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算 方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0008] -種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，其包括如下步驟：
[0009] 步驟1 :獲取已知的含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，采集該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)；
[0010] 所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，包括：負荷（PQ)節(jié)點的初始有功功率和無功功率、電壓控制（PV) 節(jié)點的初始有功功率和初始電壓、各條線路的阻抗值、基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)容量；
[0011] 步驟2 :根據(jù)步驟1得到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，將該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解耦為 多個子系統(tǒng)；
[0012] 步驟2. 1 :將該配電網(wǎng)中的主發(fā)電機作為第一個節(jié)點確定其所歸屬的子系統(tǒng)，并 按照歸屬規(guī)則確定第二個節(jié)點的子系統(tǒng)歸屬；具體方法為：
[0013] 令該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中的節(jié)點i代表第一個節(jié)點，首先將節(jié)點i作為子系統(tǒng)Fi 中的節(jié)點ai ;再根據(jù)歸屬規(guī)則確定第二個節(jié)點i+1對于子系統(tǒng)Fi的歸屬性，若節(jié)點i+1滿 足歸屬規(guī)則，則記為子系統(tǒng)匕中的節(jié)點a2，否則，記為子系統(tǒng)F 2中的節(jié)點h ;
[0014] 所述歸屬規(guī)則為：l)R(i，j)尹0或x(i，j)尹0 ;其中R(i，j)為節(jié)點i和j的連 接線路間的電阻；X(i，j)為節(jié)點i和j的連接線路間的電抗；2)cont(i，j) >D_;其中 cont (i, j)為節(jié)點對（i, j)的連通度：cont (i, j) = max {k I i和j在Ft中，k表示邊連通，即 兩節(jié)點間的連接支路數(shù)}，（j > i);連通度表示節(jié)點之間、節(jié)點與配電網(wǎng)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)程 度；其中節(jié)點則為支路的連接點；支路為配電網(wǎng)中單個或若干個電氣元件串聯(lián)成的分支；F t 為該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，節(jié)點i或j為單個節(jié)點或子系統(tǒng)中的某個節(jié)點；D_為解耦系數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1 :確定已知的含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并采集該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)； 所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，包括：負荷節(jié)點的初始有功功率和無功功率、電壓控制節(jié)點的初始有功 功率和初始電壓、各條線路的阻抗值、基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)容量； 步驟2 :根據(jù)步驟1所得的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，將該含分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)解耦為多個子系統(tǒng)； 步驟3 :利用模糊區(qū)間隸屬度函數(shù)，建立各個所述子系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備出力模糊模型，確 定各個子系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備輸出的有功功率和無功功率； 步驟4 :利用不確定圖數(shù)據(jù)分類算法確定各個子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型； 步驟5 :根據(jù)各個子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型及步驟3的結(jié)果，分別計算各個子系統(tǒng)的三相 潮流分布； 若子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為輻射狀，則采用前推回代法計算該子系統(tǒng)的三相潮流分 布；若子系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)為環(huán)狀，則采用改進牛頓法計算該子系統(tǒng)的三相潮流分布；改進牛 頓法，即對雅克比矩陣進行簡化處理后的牛頓法； 步驟6 :對步驟5所得到的各個子系統(tǒng)的三相潮流分布進行集成整合得到該含分布式 電源的配電網(wǎng)的三相潮流分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，其特征在于，所 述的步驟2將該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解耦為多個子系統(tǒng)的方法，包括如下步驟： 步驟2. 1 :將該配電網(wǎng)中的主發(fā)電機作為第一個節(jié)點確定其所歸屬的子系統(tǒng)，并按照 歸屬規(guī)則確定第二個節(jié)點的子系統(tǒng)歸屬；具體方法為： 令該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中的節(jié)點i代表第一個節(jié)點，首先將節(jié)點i作為子系統(tǒng)匕中的 節(jié)點ai ;再根據(jù)歸屬規(guī)則確定第二個節(jié)點i+Ι對于子系統(tǒng)Fi的歸屬性，若節(jié)點i+Ι滿足歸 屬規(guī)則，則記為子系統(tǒng)匕中的節(jié)點a2，否則，記為子系統(tǒng)F 2中的節(jié)點h ; 所述歸屬規(guī)則為：l)R(i，j)尹〇或X(i，j)尹〇;其中R(i，j)為節(jié)點i和j的連接 線路間的電阻；X(i，j)為節(jié)點i和j的連接線路間的電抗；2)cont(i，j) >D_;其中 cont(i, j)為節(jié)點對（i, j)的連通度：cont(i, j) = max{k| i和j在Ft中，k表示邊連通， 即兩節(jié)點間的連接支路數(shù)}，（j>i);連通度表示節(jié)點之間、節(jié)點與配電網(wǎng)之間的關(guān)聯(lián)程 度；其中節(jié)點則為支路的連接點；支路為配電網(wǎng)中單個或若干個電氣元件串聯(lián)成的分支； Ft為配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，節(jié)點i或j為單個節(jié)點或子系統(tǒng)中的某個節(jié)點；D_為解耦系數(shù)：
，表示該配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，其中ξ為無量綱常數(shù)，η為節(jié)點數(shù)， 1為支路數(shù)，Α為節(jié)點與支路的關(guān)聯(lián)矩陣； 步驟2. 2 :確定第三個節(jié)點的子系統(tǒng)歸屬；具體方法為： 若第二個節(jié)點i+Ι屬于子系統(tǒng)匕，則第三個節(jié)點i+2的子系統(tǒng)歸屬的判斷過程采用與 步驟2. 1相同的方法，重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1，確定出第三個節(jié)點i+2的子系統(tǒng)歸屬；若節(jié)點i+1 屬于子系統(tǒng)F2，則根據(jù)歸屬規(guī)則判斷節(jié)點i+2對于子系統(tǒng)匕和F 2的歸屬度，且節(jié)點i+2屬 于歸屬度強的子系統(tǒng)，若節(jié)點i+2對于子系統(tǒng)Fi和F2的歸屬度相同，則依據(jù)簡化系統(tǒng)的原 則將其歸屬至節(jié)點較少的子系統(tǒng)，若節(jié)點i+2對于子系統(tǒng)？ 1和&的歸屬度相同且子系統(tǒng)？1 和F2的節(jié)點數(shù)也相等，則節(jié)點i+2隨機歸屬至其中任一個子系統(tǒng)；若節(jié)點i+Ι屬于子系統(tǒng) F2，根據(jù)歸屬規(guī)則判斷節(jié)點i+2不屬于子系統(tǒng)Fi和F2，則記為子系統(tǒng)F3中的節(jié)點 Cl ; 步驟2. 3 :采用步驟2. 1與步驟2. 2的方法，重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1與步驟2. 2,依次遍歷該 配電網(wǎng)中的所有節(jié)點，完成所有節(jié)點的子系統(tǒng)歸屬確定過程，最終將該配電網(wǎng)系統(tǒng)解耦為 多個子系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，其特征在于，所 述步驟3中的建立各個子系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備出力模糊模型，方法為： 當(dāng)發(fā)電設(shè)備出力預(yù)測誤差服從神經(jīng)元的非線性作用（Sigmoid)函數(shù)及其反函數(shù)模型 分布時，建立發(fā)電設(shè)備總發(fā)電量的目標(biāo)函數(shù)為
，其中T為運行時間，h為發(fā)電 機數(shù)量，Μ(/ = 1,2,3···,Α)為發(fā)電機i在t時段內(nèi)的平均出力； Sigmoid函數(shù)及其反函數(shù)表達式分別為f(x) = y = [l+e-^Hy = l-tl+e-i。)]-1， 其中a = 51n3/ δ ^ c = c# δ力為Sigmoid函數(shù)的形狀參數(shù)，（?和δ ^為曲線特征參數(shù)； 結(jié)合Sigmoid函數(shù)可得發(fā)電設(shè)備目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)為
其中為Sigmoid函數(shù)的曲線特征參數(shù)；依此則有子系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備的模糊出力為
其中$表示第j個子系統(tǒng)的三相復(fù)功率，P、Q分別表示 有功功率、無功功率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，其特征在于，所 述步驟4中的確定各個子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型的方法，包括以下步驟： 步驟4. 1 :挖掘各子系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)中的頻繁子圖結(jié)構(gòu)； 步驟4. 2 :根據(jù)頻繁子圖概率計算內(nèi)嵌圖支持度； 步驟4. 3 :根據(jù)頻繁子圖特征建立分類器； 將挖掘得到的頻繁子圖作為分類特征集合C，將每個不確定圖均映射到特征集合C，即 每一個不確定子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖匕由一個|C|元一維向量D表示，一維向量D的第i個分量的 值〇1表示該分量對應(yīng)的內(nèi)嵌圖 Si在不確定圖Fj中出現(xiàn)的概率，即Di = P(Si，F(xiàn)j)，將包含所 有分類特征的分類特征集合作為分類器； 步驟4. 4 :根據(jù)分類器確定各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)類型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，其特征在于，所 述步驟5中對于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)采用改進牛頓法計算三相潮流分布，具體方法為： 三相潮流計算方程為Λ S = J Λ U，其中J為雅可比矩陣，Λ S為節(jié)點的三相有功和無功 功率不匹配列向量，AU為節(jié)點三相電壓的修正列向量； 進行簡化處理后的雅可比矩陣J為
因為Gpfp << Bpep，故i關(guān)j時，則有

其中i、j分別表示節(jié)點號；P、Q分別表示節(jié)點的有功功率、無功功率；G、B分別表示線 路電導(dǎo)、電納；e、f分別表示節(jié)點電壓的實軸分量、虛軸分量；Η、N、J、L均是矩陣中的元素 表示符號；P = a，b，c分別表示三相；GP、BP分別表示各相的線路電導(dǎo)、電納；ep、f p分別表示 各相節(jié)點電壓的實軸分量、虛軸分量；分別表示節(jié)點i的各相有功功率、無功功率； %、％分別表示節(jié)點i、j間各相的線路電導(dǎo)、電納；€、<分別表示節(jié)點i的自電導(dǎo)、 自電納；<、#、<、/；分別表示節(jié)點的各相節(jié)點電壓的實軸分量、虛軸分量；根據(jù) 以上各式可求得第一次迭代時的雅可比矩陣丄，取此次的雅可比矩陣作為迭代雅可比矩陣 迭代進行計算。
【文檔編號】H02J3/00GK104113061SQ201410368149
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】王英男, 劉鑫蕊, 李海陽, 孫秋野, 孫曉光, 陳慧敏, 張化光, 李文文, 王智良 申請人:國家電網(wǎng)公司, 東北大學(xué), 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司