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配电网络潮流计算实用算法论文
摘要：利用两种可行的辐射形配电网络潮流计算方法来计算配电网络的潮流分布，着重解决了实际计算中出现的难点，并用C语言编制计算程序，对具体算例进行分析。
关键词：配电网络 配电网潮流算法
1 配电网潮流计算方法概述
目前，传统的电力系统潮流计算方法，如牛顿-拉夫逊法、PQ分解法等，均以高压电网为对象；而配电网络的电压等级较低，其线路特性和负荷特性都与高压电网有很大区别，因此很难直接应用传统的电力系统潮流计算方法。由于缺乏行之有效的计算机算法，长期以来供电部门计算配电网潮流分布大多数采用手算方法。80年代初以来，国内外专家学者在手算方法的基础上，发展了多种配电网潮流计算机算法。目前辐射式配电网络潮流计算方法主要有以下两类：
(1)直接应用克希霍夫电压和电流定律。首先计算节点注入电流，再求解支路电流，最后求解节点电压，并以网络节点处的功率误差值作为收敛判据。如逐支路算法，电压／电流迭代法、少网孔配电网潮流算法和直接法、回路分析法等。
(2)以有功功率P、无功功率Q和节点电压平方V2作为系统的状态变量，列写出系统的状态方程，并用牛顿-拉夫逊法求解该状态方程，即可直接求出系统的潮流解。如Distflow算法等。
2 配电网络潮流计算的难点
1.数据收集
在配电网络潮流计算中，网络数据和运行数据的完整性和精确性是影响计算准确性的一个主要因素。对实际运行部门来说，要提供出完整、精确的配电网网络数据和运行数据是很难办到的，这主要有下面几个原因：
(1)由于配电网网络结构复杂，特别是10KV及以下电压等级的配电网络，用户多且分散，不可能在每一条配电馈线及分支线上安装测量表计，使得运行部门很难提供完整、精确的运行数据。
(2)在实际配电网中，有部分主干线安装自动测量表计，而大部分配电网络只能通过人工收集网络运行数据，很难保证运行数据的准确性。因此限制了配电网潮流计算结果的精确性，使得大多数计算结果只能作为参考资料，而不能用于实际决策。
2.负荷的再分配
由于配电网络的网络结构复杂、用户设备种类繁多、极其分散、以及各种测量表计安装不全等原因，使得运行部门无法统计出每台配电变压器的负荷曲线，只能提供较准确的配电网络根节点上(即降压变压器低压侧母线出口处)总负荷曲线。因此在进行配电网络潮流计算时，采取何种负荷分配方法把根节点上总负荷分配到各负荷节点上去，使计算结果更加符合实际情况是潮流计算的关键问题。
3 实用的潮流计算方案
在配电网潮流计算模型中，当三相配电系统负荷平衡时，可由等值单相系统代替。其中，配电线用单位长度的电阻和电抗来表示，线路并联电容(并联电容器组视为一负荷)可暂时忽略不计。对较长的辐射线路，线路容抗的注入量可认为是一电容负荷。所有负荷均不考虑负荷电压特性，即认为负荷功率不随电压幅值的变化而变化。
在对实际配电网络进行潮流计算时，作者根据配电网络的实际特点和供电部门所提供的数据特点，做了以下几点假设：
(1)假设配电网络为三相平衡网络，可用等值的单相网络来计算。
(2)假设所有配电变压器的负荷在同一时刻为相同的负荷率。
(3)假定主线杆距和分支线杆距分别是固定的，这样可根据线路总长和总杆数计算出每条线路的长度。
(4)假设各负荷的功率因数相同。
(5)假设所有配电变压器均处于同一负荷率下，根据各配电变压器的额定容量来分配根节点上的总负荷。
根据上述假设条件，进行潮流计算时，需解决两方面的实际问题：如何进行有效、正确、快速的支路追踪和进行负荷分配。由于配电网络是辐射形的，而且各配电馈线上分支线多、结构复杂，因此在计算时把每一条配电馈线的主馈线和各分支线均视为一条独立支路，分别计算其潮流值。计算时假设主馈线根节点(降压变压器母线出口处)的电压值恒定，各分支根节点电压(即主馈线上该节点电压)是已知的，且在分支潮流计算时不变。每次潮流计算时，先计算主馈线的潮流，更新各节点电压值(除主馈线根节点外)，再计算各分支潮流。
由于供电部门只能提供配电馈线根节点的总负荷曲线，不能提供每台配电变压器的负荷曲线，因此在计算时，作者根据实际配电网络的特点，把根节点的总负荷按一定的负荷分配系数及各配电变压器的额定容量进行分配，这样得出的计算结果与实际情况相比，误差较小；但没有充分利用少数已知的节点负荷值。如用状态估计法估算各负荷节点的负荷，可充分利用已知的节点负荷并提高计算精度。
在进行逆向计算时，如该分支根节点上有多条分支，则该分支根节点上的电压值就取与其相连的所有分支所计算出来的根节点电压的平均值；而前向计算时，则把根节点上的总功率按各分支负荷分配到各分支上去。
根据上述方案编制计算程序，对实际配电网络进行潮流计算，其计算结果是符合实际情况的、切实可行的，从而证明了上述方案的可行性。
4 数字仿真
根据上述分析，作者用Distflow法、逐支路算法和牛顿-拉夫逊法分别对IEEE标准算例69节点和33节点网络进行潮流计算。表1是分别用这三种方法计算69节点网络的结果比较，表2是分别用这三种方法计算33节点网络的结果比较。而表3、4、5是用Distflow法和逐支路算法计算贵阳市北供电局管辖的贵乌变的两条出线-贵瑞线和贵赤线的结果分析。
表1 计算69节点网络收敛情况比较
表2 计算33节点网络收敛情况比较
表3 Distflow法计算贵瑞线时的收敛情况
注：收敛精度为10-7。表4 逐支路算法计算贵瑞线时的收敛情况
注：收敛精度为10-7。表5 Distflow法和逐支路算法计算贵赤线时的收敛情况
注：收敛精度为10-6。
从上述表中可看出，按照本文所采用的负荷分配方案，在支路参数r/x比值较大的情况下，由于配电网络本身呈现出病态网络的特征，使用标准牛顿-拉夫逊法计算时经常会出现发散或振荡的现象，但用Distflow法和逐支路算法能较好地收敛，计算速度快，收敛精度高。但逐支路算法对某些网络(如69节点网络)比较敏感，在收敛精度较高的情况下，会出现最大误差维持在一恒定值的现象，使得计算不收敛；而用Distflow法则不会出现这一现象。一般情况，在相同收敛精度下，逐支路算法比Distflow法收敛速度快。
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