一种配电网的实用潮流算法

含分布式电源的配电网潮流计算一、概述随着智能电网的建设和电力市场的逐步推行，传统的集中式大电网供电模式已无法满足当今社会对电力的需求。

分布式发电技术具有环保、高效、灵活的特点，已成为未来电网发展的重要方向。

由于分布式电源的引入，配电网中将出现许多新的节点类型，传统的潮流算法在处理这些节点时往往难以达到预期的效果。

潮流计算是开展配电网其他研究工作的基础，因此研究含分布式电源的配电网潮流计算显得尤为重要。

本文将针对含分布式电源的配电网潮流计算方法进行论述，包括分布式电源配电网潮流计算的必要性、分布式电源的类型和特性、传统潮流计算方法的局限性以及改进和优化的潮流计算算法等内容。

通过研究和分析，旨在为含分布式电源的配电网潮流计算提供有效的方法和思路，以促进智能电网的可持续发展。

1. 分布式电源的发展背景与现状分布式电源的兴起是地球环境可持续发展政策与技术进步的产物。

在21世纪初，随着高效绿色的小型独立电源的发展，分布式电源的概念应运而生。

分布式电源主要指传统的分散独立小型电源，以及采用分布式技术联网上网的一“群”或成组的小型分散电源。

这些电源包括自然能源（如水电、风电、太阳能发电等）、化石燃料发电（如内燃发电机组、燃气轮机发电机组、燃料电池等）、废弃物发电（如垃圾发电等）和贮能电源（如抽水蓄能发电、蓄电池组等）。

分布式电源的发展受到世界能源、电力界的关注，并在工业发达国家中得到热议。

其发展的原因主要有三个方面：各种小型分散型绿色环保电源的迅速发展，对电力系统的影响越来越大大电网的发展受到环保和需求的限制，为分布式电源的发展提供了机遇分布式电源可以充分利用用户附近各种分散的能源，提高能源利用率，减少因远距离输送电力产生的线路损耗，具有经济和环保意义。

近年来，分布式电源在能源系统中的比例不断提高，正在给能源工业带来革命性的变化。

特别是在全球倡导节能减排、调整能源结构的大背景下，分布式电源项目得到大力推广。

例如，我国在2013年以后，国家电网公司积极为分布式电源项目接入电网提供便利，并在项目的前期受理及工程建设等方面开辟绿色通道。

一种配电网的实用潮流算法
曹亮;孔峰;陈昆薇
【期刊名称】《电力系统保护与控制》
【年(卷),期】2002(030)005
【摘要】在分析配电网络结构特点和现有配电网潮流计算方法优缺点的基础上,提出一种有效的配电网潮流算法.该算法基于叠加原理,把网络节点电压看作是配电网根节点和配电网负荷共同作用的结果;把配电网作为一个整体形成节点导纳矩阵,适用于弱环网运行的配电网,算法简捷实用.算例证明了该文方法的有效性.
【总页数】3页(P17-19)
【作者】曹亮;孔峰;陈昆薇
【作者单位】武汉大学电气工程学院,湖北,武汉,430072;武汉大学电气工程学院,湖北,武汉,430072;武汉大学电气工程学院,湖北,武汉,430072
【正文语种】中文
【中图分类】TM74
【相关文献】
1.一种实用的配电网潮流算法 [J], 郭剑峰;孙惠娟;苑方丞
2.一种实用放射式配电网潮流算法 [J], 黄健
3.新型实用合环潮流算法在配电网中的应用 [J], 戴晖;孙波
4.一种配电网合环实用潮流算法 [J], 王秀云;杨劲松;熊谦敏;张迎新
5.一种少环配电网潮流计算实用化算法 [J], 王威;韩学山;许星明;王勇;车仁飞
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MATPOWER平台下配电网潮流算法的应用及比较摘要：提出了配电网潮流算法在matpower平台下应用的解决方案。

同时基于matpower平台，针对辐射状配电网，对牛顿拉夫逊法和前推回代法在收敛性、计算速度、稳定性以及网孔处理能力上进行了细致的研究比较。

为配电网潮流计算系统的核心算法选取提供了实验理论依据。

关键词：matpower；配电网；潮流计算；牛顿拉夫逊法；前推回代法中图分类号：tm744 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）07-1658-03matpower[1]是一个用matlab语言编写的工具包，它为研究人员和教育工作者提供了一个免费的电力系统仿真计算平台，可以用来解决电力系统潮流计算和优化潮流计算问题。

它是由美国康奈尔大学电力系统工程研究中心（pserc of cornell university）的ray d. zimmerman、carlos e. murillo-sánchez和甘德强在robert j. thomas的指导下开发出来的。

matpower具有代码简单并且易于被使用者修改的特点，并且提供优秀的计算性能。

配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给用户的电力网。

和输电网相比，配电网的结构有着明显的不同特点。

配电网是闭环结构、开环运行，在正常运行时呈辐射型树状，在发生故障或者倒换负荷时，可能出现短暂的环网运行情况；由于配电网的线径比输电网细，导致支路参数r/x的比值较大；配电网的pq节点众多，pv节点很少；电压等级低[2]。

由于配电网具有以上特点，对传统的潮流算法在配电网上的应用提出了很大的挑战。

比如，配电线路的r和x之比相差不大，甚至大于1，pq分解法的前提假设条件r从上表可见，在末端电压小于0.5的情况下，前推回代法仍能收敛。

2.3.4 网孔处理能力配电网在实际运行情况下，都是开环运行，但是在发生故障或者倒换负荷时，可能出现短暂的环网运行情况。

第二章 配电网重构的潮流计算潮流计算是电力系统中应用最基本，最广泛，也是最重要的基础计算；其中配电网潮流的数据改变将对电力系统自动化操作的快速性与准确性产生影响；同时配电网潮流计算更是分析配电网最基础的部分，也是配电系统的网络重构!操作模拟、无功/电压优化调度等的基础。

配电网是闭环设计、开环运行的，根据这一特点配电网在潮流计算时的模型通常情况下可以为辐射状配电网。

潮流计算的本质就是求解多元非线性方程组，需迭代求解。

根据潮流计算的特性，可以得知潮流计算的要求和要点如下：（1）可靠的收敛性，对不同的网络结构以及在不同的运行条件下都能保证收敛；（2）计算速度快；（3）使用方便灵活，修改和调整容易,能满足工程上各种需求；（4）占用内存少。

由于配电网中收敛性问题相对突出，因此在评价配电网络潮流计算方法的时候，应首先判断其能否可靠收敛，然后再在收敛的基础上尽可能地提高计算速度。

2.1 配电网的潮流计算配电网具有不同于输电网的特征，首先，配电网是采用闭环设计，但在运行时网络拓扑结构通常是呈辐射状的，只有在负荷需要倒换或者出现故障时才有可能运行在短暂的环网结构；其次，配电网分支数很多，结构较为复杂，由于多采用线径较细小的线路，其阻抗X 和电阻R 的值较大，进而可以忽略线路的充电电容；此外，在配电网络中多数是 PQ 节点而PV 节点的数目则相对较少[31]。

所以适用于输电网的潮流计算方法很难应用于配电网中。

针对配电网的结构特点，学者们提出了很多计算方法，但没有统一的标准来对这些算法进行分类，有学者根据系统不同状态变量将其分为节点法和支路法。

节点法以节点电压和注入节点的功率或电流作为系统的状态变量，进而列出并求解系统的状态方程。

支路法则是以配电网的支路电流或功率作为状态变量列出并求解系统的状态方程。

下面将详细介绍计算配电网潮流较为成熟的算法。

2.1.1 节点法节点法包括牛顿类方法(传统牛顿法、改进牛顿法、传统快速解耦法、改进快速解耦法)和隐式Z bus 高斯法等，本文主要介绍两种算法：改进牛顿法和改进快速解耦法。

3.2电⼒⽹络潮流计算的⼿算解法要点3.2 电⼒⽹络潮流计算的⼿算解法3.2.1 电压降落及功率损耗计算1.电⼒线路上功率损耗与电压降落的计算电压是电能质量的指标之⼀，电⼒⽹络在运⾏过程中必须把某些母线上的电压保持在⼀定范围内，以满⾜⽤户电⽓设备的电压处于额定电压附近的允许范围内。

电⼒系统计算中常⽤功率⽽不⽤电流，这是因为实际系统中的电源、负荷常以功率形式给出，⽽电流是未知的。

当电流（功率）在电⼒⽹络中的各个元件上流过时，将产⽣电压降落，直接影响⽤户端的电压质量。

因此，电压降落的计算为分析电⼒⽹运⾏状态所必需。

电压降落即为该⽀路⾸末两端电压的相量差。

对如图3.3所⽰系统，已知末端相电压及功率求线路功率损耗及电压降落，设末端电压为，末端功率为，则线路末端导纳⽀路的功率损耗为（3-8）则阻抗末端的功率为阻抗⽀路中损耗的功率为，（3-9）阻抗⽀路始端的功率，线路始端导纳⽀路的功率损耗，（3-10）线路⾸端功率，从式（3-8）-（3-10）可知，线路阻抗⽀路有功功率和⽆功功率损耗均为正值，⽽导纳⽀路的⽆功功率损耗为负值，表⽰线路阻抗既损耗有功功率⼜损耗⽆功功率，导纳⽀路实际上是发出⽆功功率的（⼜称充电功率），充当⽆功功率源的作⽤，也就是说，当线路轻载运⾏时，线路只消耗很少的⽆功功率，甚⾄会发出⽆功功率。

⾼压线路在轻载运⾏时发出的⽆功功率，对⽆功缺乏的系统可能是有益的，但对于超⾼压输电线路是不利的，当线路输送的⽆功功率⼩于线路的充电功率时，线路始端电压可能会低于末端电压，或者说末端电压⾼于始端电压，若末端电压升⾼可能会导致绝缘的损坏，是应加以避免的，⼀般为了防⽌末端电压的升⾼，线路末端常连接有并联电抗器在轻载或空载时抵消充电功率，避免出现线路电压过⾼。

从以上推导不难看出，要想求出始端导纳⽀路的功率损耗及，必须先求出始端电压。

设与实轴重合，即，如图3-4所⽰。

图3-3 电⼒线路的电压和功率图3-4 利⽤末端电压计算始端电压则由(3-11)令则有（3-12）从⽽得出功率⾓在⼀般电⼒系统中，远远⼤于δU，也即电压降落的横分量的值δU对电压U1的⼤⼩影响很⼩，可以忽略不计，所以同理，也可以从始端电压、始端功率求取电压降落及末端电压和末端功率的计算公式。

内容摘要配电网的潮流计算是配电网络分析的一项重要内容，它是对配电系统规划设计和运行方式的合理性，可靠性及经济性进行定量分析的重要依据。

配电网潮流计算还是配电系统的电压/无功优化调度，操作模拟和接线变化分析等的基础。

当前已有的电网分析软件大多是针对输电网开发出来的，利用的是牛顿一拉夫逊法和快速解耦法，而配电网络有许多不同于输电网络的特点，如：线路长且分支线多，线径小，使R》X；网络的PQ节点多，PV节点少；多个平衡点等，现有的电网分析方法直接应用到配电网是不合适的。

有关配电网的潮流算法的研究是目前的热门研究课题之一。

鉴于配电潮流计算在配电网运行与管理系统中的基础地位和作用以及当前缺乏完善，本课题的研究具有重要的理论意义和实用价值。

针对配电网潮流计算的现状进行了全面分析，深入讨论了目前各方法的特点，并从收敛性及其他性能指标进行了比较分析；详细研究了以支路电流为状态量的前推回代法，并以广度优先顺序搜索策略作为理论基础。

针对配电网的具体情况，选取10kV的两个配电网子系统进行潮流计算。

利用MATLAB6.5进行了基于前推回代法的配电网的潮流计算程序。

由计算结果可知，该算法具有一定的优越性。

关键词：配电网潮流计算前推回代法AbstractDistribution network computing flow calculation is an important element of Distribution network analysis. It is important evidence to plan the rational，reliability and finance of the program design of distribution systems and moving motion. Distribution power flow is the readjust of voltage magnitude and optimization of reactive power of distribution systems and operate the basic of simulation and analyzing the changes of net. Nowadays most of the analyzing software of power system is exploited from transportation systems and used Newton—Raphson and FDLE And different distribution systems have different factors，SO it is not flexible to be opened up directly. It is one of the hot issues that the method of power flow of distribution systems. According to lack of the basic and action of operation and management of power flow in distribution systems. Effective method of distribution systems load flow shows the theoretical meaning and real practice.The development of methods for load flow solution of distribution network at present have been fully analyzed and evaluated in the aspect of convergence. A current flow based back/forward sweep algorithm is studied in detail; the breath-first paradigm is as the theoretical basis. According to the specific situation, two sub-networks of distribution network are elected to calculate power flow. MATLAB 6.5 accomplishes the power flow program of distribution network, which based on back/forward sweep algorithm. The results show that this algorithm has superiority and exploited software has practicability.Key Words：distribution systems power flow back/forward sweep algorithm目录内容摘要 (I)Abstract 01 绪论 (1)1.1本课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3本人所做的工作 (4)2 配电网潮流算法比较研究 (5)2．1 引言 (5)2．2 配电网特点及对算法的要求 (5)2.2.1 配电网的特点 (5)2.2.2 配电网潮流算法的要求 (6)2.3 配电网潮流计算数学模型 (6)2.3.1 配电网的负荷模型 (6)2.3.2 电力线路的数学模型 (6)2.3.3 变压器的等值电路 (8)2.4 配电网潮流计算常用求解算法 (9)2.4.1 Z b u s方法 (9)2.4.2 回路阻抗法 (10)2.4.3 前推回代法 (12)2.4.4 牛顿-拉夫逊法 (12)2.4.5 快速解耦法 (14)2.5 配电网潮流计算的比较 (17)2.5.1 收敛能力 (17)2.5.2 算法的稳定性 (17)2.5.3 分支线的处理能力 (18)2.5.4 双电源的处理能力 (18)3 基于前推回代法的配电网潮流计算 (19)3.1 引言 (19)3.2辐射状配电网的结构特点 (22)3.3 基于支路电流的前推回代法 (23)3.4基于前推回代法的辐射状配电网潮流计算 (24)4 前推回代法的潮流计算分析 (28)4.1 20节点算例及分析 (38)4.2 38节点算例及其分析 (31)4.3 结论 (37)5 结论与展望 (36)参考文献 (37)致谢 (38)第一章绪论1.1 本课题研究的目的和意义随着国民经济的高速发展以及人民生活水平的日益提高，电力的供应和消耗已渗透到社会生产、人民生活的各个角落，社会对电力的需求量也越来越大。

安徽工程大学本科生课程设计说明书目录安徽工程大学课程设计任务书 (3)摘要 (5)Abstract (5)第一章电力系统潮流计算概述 (6)1.1电力系统概述 (6)1.2 电力系统潮流概述 (7)1.3 潮流计算的目的 (8)1.4电力系统的发展和分析计算 (9)1.5、MATLAB软件的应用 (10)第二章牛顿—拉夫逊法潮流计算基本原理 (11)2.1牛顿—拉夫逊法潮流计算简介 (11)2.2牛顿—拉夫逊法潮流计算计算公式 (11)2.3牛顿—拉夫逊法解题的一般步骤 (14)第三章两机五节点网络潮流计算 (15)3.1 电力系统设计图 (15)3.2两机五节点网络潮流计算的手工算法 (15)3.3牛拉法潮流计算的流程图 (17)3.4 MATLAB算法的计算程序 (18)3.5 MATLAB的计算结果 (23)总结及感想 (37)参考文献及资料 (37)安徽工程大学课程设计任务书12系统接线图其中节点1为平衡节点，节点2、3、4、5为PQ节点。

摘要潮流计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。

潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。

通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。

待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

它是基于配电网络特有的层次结构特性，论文提出了一种新颖的分层前推回代算法。

该算法将网络支路按层次进行分类，并分层并行计算各层次的支路功率损耗和电压损耗，因而可大幅度提高配电网潮流的计算速度。

论文在MATLAB环境下，利用其快速的复数矩阵运算功能，实现了文中所提的分层前推回代算法，并取得了非常明显的速度效益。

另外，论文还讨论发现，当变压器支路阻抗过小时，利用Π型模型会产生数值巨大的对地导纳，由此会导致潮流不收敛。