综合 中低压配电网运维过程中对有关潮流计算的研究与实现 陈柯隶 赵灿辉 云南电网有限责任公司昆明供电局 罗军 云南云电同方科技有限公司 摘要：本文通过研究目前国内外配电网潮流计算相关成果，针对本项目实际情况，结合莱供电局１０ＫＶ配电网拓扑结构和设备模型，采用 前推回代算法，实现对该局所辖范围内的中低压配电网进行潮流计算。并将计算结果应用于运维管控系统中，辅助运维／，－Ｉ１９１－￣维工作， 有效提高了运维作业的效率。 关键词：中低压配电网 潮流计算运维 电网潮流计算是指根据给定的网络拓扑结构及设备模 模型计算所需的基础数据包括拓扑信息和设备信息，全部 型作为输入参数，通过一定的方法，来确定整个系统中各 存储在数据库中。实际计算时先根据设备信息生成设备等 个节点的运行状态，包括各个节点的电压（幅值和相角）， 值电路图，然后根据拓扑信息生成配网，生成对应配电网 网络中功率分布及功率损耗等。在配电网的网络重构、运维 的等值电路图，最后才进行计算。本文主要讨论变压器模型、 决策、故障处理、无功优化和状态评估等方面都需要用到 线路模型以及负荷模型。 潮流计算的结果数据，因此可以说，配电网潮流计算是实现 配电网分析的基础，是进行配电网规划设 运行方式合 １．１变压器模型 变压器主要有二绕组变压器和三绕组变压器两种，等 理性评估、可靠性以及经济性分析的依据。精确合理的配 值模型有ｆ形，Ｆ型等。在电力系统计算中，通常用ｒ形 电网潮流计算结果能够为配电网安全稳定运行提供有力支 等值电路模型进行阻抗计算。由于历史原因，目前配电网系 撑。 中低压配电网系统相对于输电网来说，电压等级较低、 统中使用的变压器分别来自多个厂家，所提供的变压器参 数也根据不同批次而略有不同，因此，本设计根据实际情况， 供电范围较小，输电网系统相关的设备模型和潮流计算方 建立变压器参数数据库，计算时根据数据库里面的参数选 式已经不再适用。本文通过研究目前国内外配电网潮流计 择不同的公式计算出等值阻抗。算相关成果，针对本项目实际情况，结合某供电局１０ＫＶ配 电网拓扑结构和设备模型，采用前推回代算法，实现对该 １．２线路模型 影响输电线路模型的参数主要有输电线路类型（架空 局所辖范围内的中低压配电网进行潮流计算。并将计算结 线路和电缆线路）、输电线截面积、长度、材质、线芯数量等。 果应用于运维管控系统中，辅助运维人员开展运维工作， 有效提高了运维作业的效率。 １设鲁横墨 本文先根据阻抗估算公式计算出单位长度导线的电阻和电 抗。然后综合考虑线路长度、材质、环境等因素，选取合适 的丌形、ｆ形等值电路模型进行计算。本设计中因为所针 精确的设备模型是实现潮流计算的前提，为了实现潮 对的配网线，其架空线路路长度小于３００ＫＭ，电缆线路长 ００ＫＭ，不需要考虑分布参数，所以选择丌形电路 流计算，需要根据配电网中各种设备的特性，整理出对应 度小于１的参数模型，设备模型主要涉及阻抗和导纳两个个参数。 进行计算。 天线可以由加了电压的一根直导线或者一个导体环，再或者辐射 个不可分割的整体。该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本 元阵列构成，它可以作为发射机的末端，也可以作为接收机的前端。 规律，并预言了电磁波的存在ｏｌ比外，它在物理上 场’而不是 力” 研究天线的方法便是运用我们之前提到的麦克斯韦方程组以及 作为基本的研究对象也是一次伟大突破。 时变电磁场。天线的主要辐射特性包括：方向性系数、增益、工作 频带以及天线阻抗。 ５总结 参考文献 ［１ｌＤａｖｉｄ Ｋ．Ｃｈｅｎｇ．电磁场与电磁波【ｌ棚．清华大学出版社，２００７，（０７） ［２】廖承恩．微波技术基础【￣日．西安电子科技大学出版社，２０１３，（ｏ７） 麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力 学中的地位一样。在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一 【３】徐锐敏．微波网络及其应用．科学出版社【枷，２０１０，（０７） Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｐａｃｅ Ｒ２４３ 综合 １． 节点模型 图是某供电局所辖配电网所使用的潮流计算节点图（［】为 电力系统中的节点主要有平衡节点ＰＱ节点和ＰＶ节点。 层编号，（）为支路编号、数字为节点编号）：对于任意节点，进行潮流计算时涉及到的运行参数都是Ｐ、 Ｑ、Ｕ和０。计算时，已知其中两个，待求另外两个。在配网 中，平衡节点通常就是唯一的电源节点，是其它所有节点电 压计算的参考点，已知量为Ｕ和ｅ，待求Ｐ和Ｑ。ＰＱ节点 已知Ｐ和Ｑ，也叫作负荷节ｒ ，待求量为Ｕ和０。ＰＶ节点（比 如对于配网中的无功补偿装置）已知Ｐ和Ｕ的幅值，待求 Ｑ和０。本设计中为了简化计算，不考虑ＰＶ节点。 １．４负荷模型 由于用电设备种类较多，而且各节点的负荷具有一定的 地域性，很难进行有效分类。因此电力系统通常采用给定 的有功功率和无功功率进行负荷计算。根据本项目实际情 况，单位时间内负荷频率和电压的变化不大，因此采用静态 负荷模型。实际测试表明，按４０％恒功率＋６Ｏ％恒阻抗组 合的方式进行负荷计算，能够得到较为精确的模型。 ２潮流计算方法 国内配电网通常是采用闭环设计，开环运行，并呈辐射 状展开，各馈线之间基本没有联系；而且节点较多，分支杂 乱。其等值电路模型与输电网相比，具有充电电容小、电阻 电抗比（Ｒ／Ｘ）较大等特点。在利用常规潮流计算方法比如 牛顿法、ＰＱ分解法等进行潮流计算时，这些特点会导致网 络的雅克比矩阵的条件数变大，出现不同程度的病态特征； 也无法满足Ｐ、Ｑ解耦条件Ｇｉ＜Ｂｉ。最终导致计算不收敛， 因而应用效果不明显。 根据配电网的特点，不仅要求潮流计算方法满足可靠 收敛，还要求计算速度快、使用方便灵活易于修改及扩展。 因此，本文选择前推回代法进行潮流计算。该方法属于支 路类算法，简单实用，充分利用了网络呈辐射状的结构特点， 所有计算数据都以矢量形式存储，因此节省了大量的内存， 计算速度极快，对于任何种类的配电网只要有合理的Ｒ／Ｘ 值，此方法均可保证一阶收敛。同时，前推回代法编程简单， 被公认是求解辐射状配电网潮流问题的最佳算法之一。 前推回代法以支路数据作为研究对象，从根节点起通 过广度优先搜索对配电网进行分层编号，以此编号作为前 推回代的顺序。根据配电网树状特性，都是由一条主馈线 带有数条分支，各分支又带有各自的子分支，最后终止于负 荷节点。本设计中定义主馈线为第一层，在主馈线上从左 到右依次定义节点编号；然后从左端开始，依次遍历下一层 各支路节点。每一层最后一个节点的编号要比下一层第一 个节点编号小１。此方法非常简便，特别容易编程实现，下 数码世界Ｒ２４４ 圈１潮流计算节点圈 Ｆｉｇ．１ Ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｎｏｄｅ ｄｉａｇｒａｍ 开始计算时，将全配网节点电压都设置为额定电压，然 后由编号最大的节点依次往前推算，仅计算各节点的功率 而不计算压降；接着由编号最小的节点依次往后迭代推算 电压压降，但这时不再计算功率损耗。具体流程图如下： 麓 （ 螂 摊 酶 啼 圈２潮流计算流程豳 综合 Ｆｉｇ．２ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 配电网潮流计算中的应用［Ｊ］．华北电力大学学报（自然科学 版），２０１ １，３８（３）：２３—２７． ３计算实例 ５．１计算数据 计算所需数据由等值电路图导出。部分初始数据及计 算结果如下表所示： 表１计算数据哀 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｄａｔａ ｔａｂｌｅ ［５］赵霞，罗兰，罗雨萌，等．一种基于线电压的不接地配电网 三相潮流计算方法：，ＣＮ１０５７０３３６３Ａ［Ｐ］．２０１６． ［６刘爱国，张弘．一种基于广度优先搜索配电网潮流计算的改 ６】进编号方法【Ｊ］．中国电力，２０１６，４９（１０）：７４－－７８． ［７】孙充勃，李鹏，王成山，等．含多直流环节的混合结构有源 配电网潮流计算方法【Ｊ］．电力系统自动化，２０１５（２１）：５９－－６５． Ｐ Ｏ Ｑ Ｏ Ｇ Ｏ Ｇ Ｏ 计算结果电压 ９．４９９３＋０．３５２６ｉ ８．８８６０＋０．８６４３ｉ ８．５６９７＋１．２２０７ｉ ８．４６０５＋１．３５０４ｉ ８．５０１７＋１．４０６４ｌ ８．４７７２＋１．４６４２ｉ ８．８３８５＋１．２８３２ｉ Ｏ Ｏ ４．３４７ １．４２８ 【８】徐青山，刘中泽，杨永标，等．改进的配电网三相潮流计算 方法【Ｊ】．电力系统及其自动化学报。２０１４，２６（９）：２３－－２９． ２．０３ ０．７５ １．６３ ５．６２ １．６２ １．５２ ３．２３ ２．５６４ ０．８５４ ２．７０２ ６．２５ １．３８８ ３．４４８ ０．７６３ １．５５ １．３４ １．３５ １．２５ １．１５ Ｏ．９１７ ２．１２７ ６．６６６ １．１６２ １．１２３ ［９杨雄，卫志农，孙国强，等．变压器支路处理新方法与配电 ９ＪＮ－－－相潮流计算【Ｊ】－电力系统自动化，２０１４，３８（１８）：５８－－６４． 【ｌ０】高元海，王淳，辛建波，等．计及接地阻抗及含多种分布 式电源的中低压配电网三相潮流计算（一）：模型［Ｊ】．中国电机 工程学报，２０１６，３６（１ｏ）：２６１９－－２６２７． ｌ．４２ １．０５ Ｏ．５４０ ０．８４７ ２．１７３ １．２１９ ０．７９３ ２．０４０ ４．７６１ ２．９４１ ８．８７１４＋１．４８４８ｉ ９．４９４２＋０．６４７３ｉ ９．４９４０＋０．７２７２ｉ ９．４９１３＋０．７５６２ｉ ２．０６ Ｏ．８５ ２．８６ ０．８６ １．２３ ０．２ 计算迭代次数和收敛精度有关，当设置收敛精度 作者简介 １９８６－－），男，学士，工程师，研究方向：电网可靠性管理； ￡＝０．００１时，迭代次数ｋ＝４；￡＝Ｏ．０００００００１时，迭代次 陈柯豪（９８３－－），男，学士，工程师，研究方向：电力系统稳定 数ｋ＝８。当改变Ｒ／Ｘ的比值时，在相同的收敛精度下，迭 赵灿辉（１代次数不变，这也表明Ｒ／Ｘ比值对本算法的收敛性影响 不大。 ４结束语 与控制；罗军（１９８０－－），男，学士，研究方向：电力信患化技术。 配电网潮流计算是实现配电网分析的基础，是进行配 电网规划设计、运行方式合理性评估、可靠性以及经济性分 析的依据。精确合理的配电网潮流计算结果能够为配电网 安全稳定运行提供有力支撑。本文分析了进行中低压配电 网潮流计算所需的步骤及采用的方法，从某供电局实际情 况出发，建立配网相关设备模型，并使用前推回代法实现 该局所辖配网的潮流计算。经过试运行表明，该方案计算 结果与实际测量结果基本吻合，具有较高的准确性和可靠 性。同时将计算结果应用于该局运维管控系统中，辅助运 维人员开展运维工作，有效提高了运维作业的效率。 参考文献 ［１】张小敏，林群，吴旭光，等．适用于低压配电网潮流计算 的前推回代法［Ｊ】．水电能源科学，２０１６（９）：１８３－－１８６． 【２】毕永廷，杨海波，师秀凤．基于ＭＡＴＬＡＢ的电力系统潮流 计算［Ｊ】．价值工程，２０１６．３５（１８）：１４２－－１４４． ［３】初壮，张建强，蔡国伟．基于回路电流与负荷节点电压方程 的配电网潮流计算【Ｊ１．电工技术学报，２０１６，３１（１２）：１７０－－１７６． 【４］陈艳芳，徐丽杰，王玮，等．单相三线式变压器模型在 Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｐａｃｅ Ｒ２４５
