基于GIS的配电网优化潮流计算
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基于GIS的配电网优化潮流计算
袁昕
【摘 要】在基于GIS技术的分块优化规划中，提出将负荷等效的潮流计算方法。该方法是在前推回代的基础上，用双方向等效电压降落模型对网络进行简化。详细阐述基于支路电流的前推回代潮流算法中负荷等效的简化方法。%The step to
predigest calculation distribution network power flow in distribution
network optimal planning method that based on GIS is presented. This
method is based on the forward/backward sweep method, simplifying the
network with the single-phase bilater-al equivalent voltage model. This
article gives a detailed description on the simplified method regarding to
load equivalent in this forward/backward sweep method based on branch
current power flow.
【期刊名称】《农业科技与装备》
【年(卷),期】2013(000)007
【总页数】2页(P34-35)
【关键词】潮流计算;配电网;简化;负荷等效;前推回代潮流算法
【作 者】袁昕
【作者单位】沈阳农业大学 信息与电气工程学院，沈阳 110866
【正文语种】中 文
【中图分类】TM74
配电网潮流计算是配电网分析的基础。配电网规划及其网络重构、故障处理、无功优化和状态评估等都需要使用潮流数据。如果缺乏有效的潮流计算方法，配电网络分析只能是一句空话。以前提出的潮流计算方法大多是针对高压电网的，将它们应用到配电网时，存在计算效率较低、收敛性较差（有的甚至无法收敛）的问题。在此情况下，根据配电网的特点，对潮流计算方法及过程进行改进势在必行。在对配电网优化规划算法进行深入研究的基础上，提出基于GIS技术的分块优化规划方法。对当前流行的潮流计算进行研究，通过算例进行对比分析，确认前推回代算法是最适合辐射型树状配电网络特点的配电网潮流计算方法。在基于GIS技术的分块优化规划中，提出负荷等效潮流计算方法，并详细阐述基于支路电流的前推回代潮流算法中负荷等效的简化方法。
1 配电网优化规划和优化算法
合理规划和优化运行可以提高配电网络的供电能力和可靠性，降低配电网络损耗。同时，其还可以节约国家基础建设投资和一次能源消耗，使有限的投资发挥最大的经济和社会效益。
配电网正常运行时为开环，只有在倒换负荷或发生故障时才有可能短时环网运行，支路参数rlx的比值较大。在对配电网进行优化规划时，应考虑其上述特点。
2 配电网潮流计算
2.1 配电网潮流计算的选择
同高压输电网潮流计算不同，配电系统潮流计算存在数据收集、负荷再分配等问题。配电网潮流计算方法一般要求满足以下条件：1）可靠收敛；2）计算速度快；3）具有网孔处理能力，能求解弱环网问题；4）使用方便灵活，调整和修改容易，可满足工程上的需要；5）内存占用量少。
由于配电网中的收敛问题比较突出，因此对配电网潮流算法进行评价时，首先看它是否能够可靠收敛，然后在此基础上对计算提出进一步的要求。
2.2 基于前推回代法的辐射状配电网潮流计算
令根节点为己知三相电压幅值和相角的松弛节点，初始化所有节点的电压等于根节点的电压（见图1）。算法的具体步骤如下：1）计算节点注入电流；2）回代计算各支路电流；3）前推求解节点电压；4）计算不平衡量，如果大于收敛判据，则重复步骤1）、2）、3），直至收敛。
图1 前推回代示意图Figure 1 Schematic diagram of forward and backward
substitution
3 基于GIS的配电网优化规划
近年来，许多研究人员致力于配电网规划研究，将一些优化方法应用到配电网规划优化上。目前，应用较多的有遗传算法、贪婪算法、禁忌搜索算法、蚁群算法等。这些规划方法具有一定的优化效果，但同时也存在一些缺陷。通过查阅大量的文献及对配电网进行深入研究，提出一种基于GIS技术的配电网规划方法。该方法采用GIS技术将负荷分布可视化，为优化提供宏观决策支持。
4 负荷等效的潮流计算方法
负荷等效的潮流计算步骤为：1）将复杂配电网划分成由电源点、一般负荷节点、末梢节点和T型节点组成的配电网络。图1（a）可简化为图1（b）所示网络。
图 1（a）中，AD，DC，DB 为 3条馈线，A 是电源点，D 是 T型节点，B 和 C
是末梢点，~Sv1、~Sv2、~Sv3为等效的3个负荷。从图1（b）中可以看出，化简后的配电网络节点数目大大减少。2）计算B，C和D的电压最终结果，即未简化网络B，C和D节点的电压值。3）用已知的电压、负荷分布、网络参数、末梢节点电流等数据，采用从末梢节点向上递增的方法对未化简网络进行回代计算，确定各个负荷点的电压和支路损耗。重复此步骤，直到所有未化简馈线段都为已求馈线段。当遇到T节点时，转向步骤4）；当遇到电源点时，转向步骤5）。4）流经下端馈线段全部为己知馈线段的T节点功率为：
5）配电网的总线损功率为：
式中：Q为所有馈线段的集合。
在整个分析过程中，只有步骤2）需要迭代。步骤1）利用双方向等效电压降落模型对馈线段进行化简。对等效后的网络进行潮流计算时，由于参与迭代计算的节点电压数目大大减少，因此潮流计算时间大大缩短。同时，由于对负荷进行了等效，简化了网络规模，因此迭代规模和电压计算误差减小。配电网馈线(a)及其负荷等效模型(b)见图2。
图2 配电网馈线(a)及其负荷等效模型(b)Figure 2 Distribution network
feeder(a)and load equivalent model(b)
5 结论
配电网是电力系统直接面向用户的一个环节，其网架优化规划是配电网安全、可靠、经济运行的基础。因此，对配电网网架的优化规划及其潮流计算进行研究，最大限度地提高电网改造和规划质量，对满足规划年负荷增长需要具有重要的现实意义。
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