基于前推回代法的配电网潮流计算

哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：学号：学院：电气与电子工程学院专业：电气工程及其自动化任务起止时间：2013 年2月25 日至2013年 6 月20 日毕业设计（论文）题目：基于前推回代法的配电网潮流计算毕业设计工作内容：1、查阅国内外相关参考文献，要求阅读20篇以上文献，了解当今电力系统的发展状况，及目前研究的热点问题；2、复习并熟练掌握电力系统潮流计算步骤及计算过程；3、自学前推回代法潮流计算的基本原理及过程；4、熟悉C语言，编写配电网潮流计算程序；5、通过实际算例验证所编写程序的可靠性和准确性；6、撰写论文，准备答辩。

资料：1、王守相，王成山．现代配电系统分析[M]．北京：高等教育出版社，2007．2、刘健，毕鹏翔，董海鹏．复杂配电网简化分析与优化[M]．北京：中国电力出版社，2002．3、何仰赞，温增银．电力系统分析(上册)(第三版)[M] ．武汉：华中科技大学出版社，2002．4、李光琦．电力系统暂态分析[M]．北京：中国电力出版社，1998．指导教师意见：签名：年月日系主任意见：签名：年月日教务处制表基于前推回带法的配电网潮流计算的研究摘要电力系统的潮流计算在电力系统稳态分析和电力系统设计中有很重要的作用，潮流计算也是电力系统暂态分析的基础。

潮流计算是根据给定的系统运行条件来计算系统各个部分的运行状况，主要包括电压和功率的计算。

配电网潮流计算是配电管理系统高级应用软件功能组成之一。

本课题在分析配电网元件模型的基础上，建立了配电网潮流计算的数学模型。

由于配电网的结构和参数与输电网有很大的区别，因此配电网的潮流计算必须采用相适应的算法。

配电网的结构特点呈辐射状，在正常运行时是开环的；配电网的另一个特点是配电线路的总长度较输电线路要长且分支比较多，配电线路的线径比输电网细导致配电网的R/X较大，且线路的充电电容可以忽略。

配电网的潮流计算采用的方法是前推回代法，文中对前推回代法的基本原理、收敛性及计算速度等进行了理论分析比较。

基于前推回代法的配电网潮流改进算法【摘要】前推回代算法是对辐射型配电网络进行潮流计算的有效算法。

针对以往前推回代法需对网络进行复杂的节点支路编号，导致计算复杂。

本文在配电网独特的辐射状拓扑结构基础上，通过对节点电压、功率进行简单的代数迭代计算，形成了一种实用的配电网潮流改进算法。

经分析表明，该算法不涉及节点导纳矩阵的计算、无需复杂的拓扑编号。

文末算例表明了算法编程简单，结果精确。

【关键词】潮流计算;配电网;前推回代配电网潮流计算是配电网的基础，它根据给定的网络结构及运行条件来确定整个网络的电气状态、经济运行、无功优化和故障处理。

稳态运行的配电网拓扑结构多成辐射状，配电网具有R/X较高且PQ节点数量较多，PV节点数量较少的特点。

上述特点造成雅克比矩阵对角元素破坏，条件过多以至于牛顿法无法收敛到真解;快速解耦法仅仅适用于XR的条件下，与配电网特征不符。

如今国内外很多学者提出了适合于配电网潮流计算的方法，其中主要有前推回代法[1]、ZBUS[2]法、回路阻抗法[3]等。

其中前推回代法以其简单、灵活、方便等优点[4]，在配电网潮流计算中得到了广泛的应用。

本文主要采用前推回代法进行计算，并对其做了一定的改进使其更具有实用性。

本方法直接利用阻抗参数进行电压和功率分布计算，计算过程为纯代数计算，不涉及复杂的电导矩阵运算同时能考虑到线路损耗。

通过计算过程和算例分析可以看出本方法的优点。

图1 典型配电网络结构图Fig.1 Typical structure of distributed grid1.典型配电网前推回代法计算步骤为说明实现方法的优越性，如图1所示的典型配电网络结构图来阐述本文的计算步骤。

该配电网络可理解为单一配电母线上每一个节点只有一个注入电流和三个输出电流（线路阻抗，接地电抗和负载）。

如图一所示，该配电网共有i个节点，i-1条支路。

在根节点电压和符合功率已知的情况下可以求出全网节点电压和功率分布。

点，双馈式电机一般则等效为PQ 节点。

燃料电池通常在系统中等效为PV 节点；微型燃气轮机则根据对励磁控制方式的不同分为两种，当控制励磁方式为电压控制时可以看作为PV 节点；当控制方式为功率因数时等效为PQ 节点[4-10]。

2 改进的前推回代法潮流计算2.1 PV 节点的无功修正计算对于PV 节点的处理，文章采取对PV 节点进行无功功率修正的方法，取无功功率初值为：0min max ()/2Q Q Q =+（1）式中：Q max 为无功功率的上限；Q min 为无功功率的下限。

设U 0为PV 节点的额定电压，则节点电压的差值△U =U 0-U 。

可得不同迭代次数的无功功率：1()T T T T Q Q Q Q f U +=+∆=+∆ （2）式中：T 为迭代次数；△Q 为无功功率的修正值。

当配电网络的末端有n 个PV 节点时，设PV 节点处和使用电流逆变器的微型燃气轮机。

修正节点的无功功率由注入电流值、有功功率及上一次迭代电压值得出，如下：1T Q +=（9）式中：P 为节点注入的有功；f k 以及e k 为节点电压在第k 次迭代的实部以及虚部；I 为注入电流值；Q T +1为分布式电源在第k +1次迭代的无功功率值。

2.3 PQ（V）节点的无功修正计算感应异步电机具有恒速、恒频的特性，因此可以看作具有电压静特性的PQ（V）节点。

设各个符号意义表示如下：U 为发电机端电压，kV ；I s 为定子电流，A ；I r 为转子电流，A ；I m 为励磁电流，A ；s 为转差率；R e 为机械负载等效电阻，Ω；X σ为漏磁抗，Ω；X m 为励磁电抗，Ω；R 为转子电阻，Ω。

可以推导功率因数角正切公式以及感应电机输出电磁功率公式，分别为：()22tan m m R X X X s RX sσσδ++=（10）7步，若不满足则进行第8步。

（7）判断所有非PV节点的电压是否收敛，判断条件为该次计算得出的电压幅值上一次迭代得出的电压幅值之差，取绝对值看是否满足收敛精度。

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基于前推回代法和牛顿拉夫逊法的配电网潮流计算彭穗;何朋亮;刘志伟;欧阳文建;刘文峰【摘要】In allusion to the disadvantage of high requirement for initial value of Newton-Raphson method when flow calculation is carried on,and combining the open-loop radial structure features of power distribution network this paper proposes the flow calculation of power distribution network based on forward-backward sweep method and Newton-Raphson method.In this method,the first iteration result of forward-backward sweep method is taken as the initial value of Newton-Raphson method,which can meet the Newton-Raphson method’s requirements of initial value with a good convergence speed.Cases show that the flow calculation of power distribution network based on forward-backward sweep method and Newton-Raphson method has fewer iteration numbers and good convergence.%针对牛顿拉夫逊法计算潮流时对节点电压初值的要求高的缺点，结合配电网为放射状网络的特征，提出基于前推回代法和牛顿拉夫逊法的配电网潮流计算，利用前推回代法第一次迭代的结果作为牛顿拉夫逊法的初值，能够满足牛顿拉夫逊法对初值的要求，且具有良好的收敛速度。

基于改进前推回代的含分布式电源配电网潮流计算方法DOI :10.19557/ki.1001-9944.2021.06.002陈慧娜,杨军,高梦妍,赵通,李依霖(北京石油化工学院电气工程及其自动化系,北京102600)摘要:分布式电源接入配电网增加了潮流分布方向的不确定性及电压水平的不稳定性,使得传统的前推回代法不再适用。

该文主要对不同类型的分布式电源建立节点模型,并对前推回代方法进行改进,实现了含分布式电源的配电网潮流计算优化求解。

并在仿真环境中针对不同类型节点、不同接入位置以及不同参数设置等多种情况进行仿真分析,通过与不含分布式电源情况对比,明显降低了配电网有功损耗和无功损耗,并且节点电压也得到了提高,验证了该文所述方法的可行性与有效性。

关键词:分布式电源;配电网;潮流计算;前推回代法中图分类号:TM744文献标识码:A文章编号:1001⁃9944(2021)06⁃0006⁃06Power Flow Calculation Method for Distribution Network with Distributed Gen ⁃eration Based on Improved Forward and Back GenerationCHEN Hui ⁃na ,YANG Jun ,GAO Meng ⁃yan ,ZHAO Tong ,LI Yi ⁃lin(Department of Electrical Engineering and Automation ,Beijing Institute of Petrochemical Technology ,Beijing 102600,China )Abstract :The access of distributed power sources to the distribution network increases the instability of power flow distribution and voltage levels ,making the traditional forward ⁃backward method no longer applicable.This paper es ⁃tablishes node models for different types of distributed power sources ,and improves the forward ⁃backward method to realize the optimal solution of power flow calculation for distribution networks with distributed power sources.In the simulation environment ,simulation analysis is carried out for different types of nodes ,different access locations anddifferent parameters ,etc.,which verifies the feasibility and effectiveness of the method described in this article.Key words :distributed power generation ;distribution network ;power flow calculation ;forward ⁃backward method 收稿日期:2021-01-25;修订日期:2021-04-12基金项目:国家级大学生创新创业训练计划项目(2020J00006)作者简介:陈慧娜(2000—),女,本科,研究方向为电气工程及其自动化;杨军(1985—),男,博士,高级工程师,研究方向为配用电自动化;高梦妍(2001—),女,本科,研究方向为电气工程及其自动化;赵通(2000—),男,本科,研究方向为电气工程及其自动化;李依霖(1998—),女,本科,研究方向为电气工程及其自动化。

基于前推回代法的配电网潮流计算设计哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书基于前推回带法的配电网潮流计算的研究摘要电力系统的潮流计算在电力系统稳态分析和电力系统设计中有很重要的作用，潮流计算也是电力系统暂态分析的基础。

潮流计算是根据给定的系统运行条件来计算系统各个部分的运行状况，主要包括电压和功率的计算。

配电网潮流计算是配电管理系统高级应用软件功能组成之一。

本课题在分析配电网元件模型的基础上，建立了配电网潮流计算的数学模型。

由于配电网的结构和参数与输电网有很大的区别，因此配电网的潮流计算必须采用相适应的算法。

配电网的结构特点呈辐射状，在正常运行时是开环的；配电网的另一个特点是配电线路的总长度较输电线路要长且分支比较多，配电线路的线径比输电网细导致配电网的R/X较大，且线路的充电电容可以忽略。

配电网的潮流计算采用的方法是前推回代法，文中对前推回代法的基本原理、收敛性及计算速度等进行了理论分析比较。

经过C语言编程，运行算例表明，前推回代法具有编程简单、计算速度快、收敛性好的特点，此方法是配电网潮流计算的有效算法，具有很强的实用性。

关键词：电力系统；配电网；潮流计算；前推回代法- IV -Study on distribution network power flowcalculationAbstractPower flow calculation has a very important role in power system steady-state analysis and power system design, and it is also the basis of transient analysis in power system. Flow calculation is based on given conditions of the power system and calculates the operational status of every part of the system, including voltage and power.With the development and application of the power electronics installations, the pollution of the harmonics becomes more and more serious in the network. The reactive source is used widely in many fields. Many kinds of methods based on the active filter to restrain the harmonics and to compensate the reactive power are taken into this field. And the detection of harmonics and reactive current is very crucial to harmonic restraint and reactive compensation. This thesis starts with the definition of the Fryze time-domain theory and the instantaneous reactive power theory, and the methods for harmonics detecting and reactive current based on these theories is also discussed respectively in this thesis. Thereafter , taking the three-phase three-wire symmetrical circuits as research object, using the software which named PSCAD/EMTDC, simulation model through which we can make computer simulation is built based on Fryze theory and instantaneous reactive power theory. From the interrelated wave we got from simulation, the fundamental reactive current we got from calculation and generalized instantaneous reactive current we got from detection. Those theories have the advantage of their own in detecting the harmonic- IV -result of the research indicates that Fryze theory has specific physical meanings, easily to be realized and calculated, but it need a longer delay time. Instantaneous reactive power theory has the advantage of a shorter delay time, much more exactly in detecting the harmonic and reactive current.Keywords:Power systems；fryze theory；instantaneous reactive power theory；harmonic；reactive current- IV -目录摘要 (I)Abstract .............................................................................................................. I I 第1章绪论.. (1)1.1 配电网潮流计算研究目的及意义 (1)1.2 潮流计算问题的发展及配电网潮流计算的现状 (2)1.3 本文主要内容 (4)第2章配电网潮流计算方法 (5)2.1 配电网特点及对算法的要求 (5)2.1.1配电网的分类 (5)2.1.2配电网的特点 (5)2.1.3配电网潮流算法的要求 (6)2.2 电力网数学模型 (6)2.2.1 输电线路的数学模型 (7)2.2.2 变压器的等值电路 (8)2.3配电网潮流计算概述 (9)2.3.1 潮流计算的概述 (10)2.3.2配电网潮流计算的概念 (10)2.3.3 配电网潮流计算的特点 (10)2.4 配电网潮流常用求解算法 (11)2.4.1 主干馈线节点功率计算 (11)2.4.2 主干馈线节点电压计算 (13)第3章配电网潮流计算前推回代法编程 (16)3.1程序流程图 (16)3.2程序编译 (17)第4章配电网潮流计算程序仿真 (19)4.1算例分析 (19)4.2程序运行 (20)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录A英文文献 (28)附录B中文译文 (36)- IV -第1章绪论电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件以及系统的界限情况确定整个电力系统各个部分的运行状态：各母线的电压。

基于前推回代法的含分布式电源的配电网潮流计算分布式电源是指将发电设备分散布置在电力用户附近的发电系统。

与传统的集中式发电不同，分布式电源在配电网中的接入位置灵活，可以充分发挥电力用户的供电能力，对配电网的潮流计算提出了新的挑战。

基于前推回代法是一种常用的潮流计算方法，它通过迭代计算节点电压和功率的未知量，最终得到网络中各节点的电压和功率的收敛结果。

使用这种方法对带有分布式电源的配电网进行潮流计算，需要对传统的前推回代法进行一些改进。

首先，对于配电网中的分布式电源，需要在潮流计算的系统模型中加入相应的方程。

主要包括发电机的出力方程、电压调节装置的动态特性方程以及分布式电源的电流平衡方程等。

这些方程的引入可以准确地描述分布式电源对电力系统的影响，保证潮流计算的准确性。

其次，应注意发电设备的接入位置及其对应的模型参数。

分布式电源一般接入配电网的低压侧，这意味着其模型参数和传统的大电站发电机有所不同。

在进行潮流计算时，需要根据实际情况合理确定分布式电源的参数，以保证计算结果的准确性。

此外，分布式电源的接入方式也需考虑。

在实际操作中，分布式电源可能以并网方式接入配电网，也可能以孤岛方式工作。

对于并网方式，需要对配电网的潮流计算方法进行相应的改进，以适应不同接入方式的分布式电源。

最后，分布式电源的运行状态对潮流计算结果有重要影响。

由于分布式电源的输出功率受天气等因素的影响，其出力可能不断变化。

这导致潮流计算的过程需要对分布式电源的功率进行不断迭代，以反映其动态特性。

总之，基于前推回代法的含分布式电源的配电网潮流计算是一个复杂的问题，需要将传统的潮流计算方法与分布式电源的模型相结合，充分考虑分布式电源的接入方式和运行状态。

只有在建立合理的潮流计算模型的基础上，才能准确分析分布式电源对配电网潮流的影响，为配电网的运行和规划提供科学依据。

基于前推回代法的配电网潮流计算配电网潮流计算是优化配电网运行的关键技术之一。

配电网潮流计算的目的是计算待测电网中各个节点的电压和电流，以验证电网的可靠性和合法性。

前推回代法是一种求解配电网潮流的方法，能够准确地计算电网各个节点的电压和电流值。

一、前推回代法基本原理前推回代法是一种基于节点电压式的潮流计算方法。

它通过从各个节点出发，找出每个节点的电流值，并不断向前推导，直到达到电源节点。

然后，它利用回代法依次求解各个节点的电压值。

本方法的基本原理是：利用潮流方程组和节点电压数学模型解算出各个节点的电压和电流值。

1. 前推法前推法的核心思想是：从负荷节点出发，向电源节点逐个迭代求解电流值。

具体求解过程如下所示：（1）根据负荷节点的负荷功率和电压值，求出该节点的发生功率和吸收功率，即P和Q；（2）从负荷节点出发，按照电线的电阻、电抗和电导计算每条线路的电流值；（3）根据每条线路上的负荷功率和该线路的电流值，求出该线路的电阻势降和电感势降，计算出该节点的电压值。

（4）从该节点继续前推，重复步骤（1）-（3），直到达到电源节点。

2. 回代法回代法的核心思想是：从电源节点出发，依次反推各个节点的电压值。

具体求解过程如下所示：（1）从电源节点出发，根据电源的电压值、线路的电阻和电抗计算出负荷节点相对电源节点的电压值；（2）根据相对电源节点的电压值和每个节点的电流值计算出各个节点的电压值。

（3）重复步骤（1）和（2），直到计算出所有节点的电压值。

二、前推回代法的优点前推回代法相对于其他潮流计算方法具有以下优点：1. 计算精度高前推回代法采用节点电压式求解方式，可以精确计算每个节点的电压和电流值，因此计算精度更高，可靠性更强。

2. 计算速度快前推回代法不仅计算精度高，而且计算速度相对较快。

这是因为前推法和回代法的计算过程非常简单，只需要进行简单的数学运算就能解算出每个节点的电压和电流值。

因此，它不需要太多的计算资源和时间，可以快速解决大型电网的计算问题。