基于改進(jìn)回路電流法的配電網(wǎng)潮流通用算法

第38卷 第20期 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 Vol.38 No.20 2010年10月16日 Power System Protection and ControlOct. 16, 2010

基于改進(jìn)回路電流法的配電網(wǎng)潮流通用算法

汪宇霆1，張 焰1，張益波2

（1.上海交通大學(xué)電氣工程系，上海 200240；2.上海市電力公司，上海 200122）

摘要： 針對(duì)傳統(tǒng)的回路電流潮流算法在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)編號(hào)時(shí)需要添加虛擬支路形成二叉樹(shù)的缺點(diǎn)，提出一種新的節(jié)點(diǎn)編號(hào)方法，簡(jiǎn)化編號(hào)過(guò)程并提高算法效率；針對(duì)回路阻抗矩陣分解算法的優(yōu)化問(wèn)題，在原有的只對(duì)其中部分元素優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了所有元素均參與優(yōu)化的回路阻抗矩陣LU分解算法；基于該改進(jìn)的回路電流法，提出可以計(jì)算含有PV節(jié)點(diǎn)和弱環(huán)網(wǎng)的配電網(wǎng)潮流通用算法，并用PG&E的69節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)對(duì)算法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞: 配電網(wǎng)潮流；回路電流法；節(jié)點(diǎn)編號(hào)；優(yōu)化LU分解；通用算法

A general load flow method for distribution systems based on improved loop-current method

WANG Yu-ting1, ZHANG Yan1, ZHANG Yi-bo2

(1. School of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China；

2. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China)

Abstract: A disadvantage of the tranditional loop-current method for load flow calculation is that it inserts dummy lines to form an equivalent binary tree. This paper first presents a novel node numbering scheme that does not modify the original network to simplify and accelerate the node numbering process. An improved LU decomposition algorithm is proposed to optimize the calculation for all elements contrary to the traditional partial optimization. Based on the improved loop-current method, a general load flow method for distribution systems with PV buses and mesh networks is presented. The validity and preformance of the proposed method are verified on PG&E’s 69-bus distribution system.

Key words: load flow for distribution systems；loop–current method；node numbering；optimized LU decomposition；general method

中圖分類(lèi)號(hào)： TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 1674-3415(2010)20-0057-05

0 引言

配電網(wǎng)具有與輸電網(wǎng)不同的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)呈輻射狀、有時(shí)含有少量環(huán)網(wǎng)（弱環(huán)網(wǎng)），以及支路參數(shù)的r/x值較大等[1]。這些特點(diǎn)使得配電網(wǎng)潮流計(jì)算對(duì)算法的收斂性要求較高，而且在算法中需要充分利用輻射狀及弱環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)提高計(jì)算效率�；芈冯娏鞣ㄊ歉鞣N配電網(wǎng)潮流算法中收斂性較好的算法之一，它根據(jù)電源、負(fù)荷、線路電容等對(duì)地支路形成的回路列出回路電壓方程組，對(duì)形成的回路阻抗矩陣進(jìn)行LU分解，然后迭代計(jì)算各回路的電流及各節(jié)點(diǎn)電壓。通過(guò)一定的節(jié)點(diǎn)編號(hào)優(yōu)化方法，可以利用稀疏技術(shù)簡(jiǎn)化回路阻抗矩陣的LU分解。文獻(xiàn)[2]提出的“直接潮流算法”是最早的回路電流法，文獻(xiàn)[3]對(duì)文獻(xiàn)[2]中的節(jié)點(diǎn)編號(hào)方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了對(duì)對(duì)角線元素和相鄰元素進(jìn)行優(yōu)化的計(jì)算方法，但是這些方法還存在如下缺點(diǎn)：

(1) 在節(jié)點(diǎn)編號(hào)過(guò)程中需要向配電網(wǎng)插入零阻

抗的虛擬支路形成等價(jià)的二叉樹(shù)網(wǎng)絡(luò)，以確定負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的編號(hào)[2-4]，在加大算法復(fù)雜度的同時(shí)改變了原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

(2) 對(duì)回路阻抗矩陣進(jìn)行LU分解時(shí)只有部分元素利用了優(yōu)化算法，而且沒(méi)有進(jìn)一步利用同一行元素的相同因子進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；

(3) 計(jì)算有弱環(huán)網(wǎng)的配網(wǎng)潮流時(shí)需要修改回路阻抗矩陣，使得受修改影響的部分元素不能利用優(yōu)化算法，而且環(huán)網(wǎng)的解裂節(jié)點(diǎn)必須含有負(fù)荷[2]，限制了回路電流法在環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用。

本文在傳統(tǒng)的回路電流法基礎(chǔ)上，首先針對(duì)輻射狀配電網(wǎng)提出一種新的節(jié)點(diǎn)編號(hào)方法，不需要添加額外的虛擬支路就能形成優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，不僅降低了編號(hào)的復(fù)雜性，而且還可以保持編號(hào)后的輻射狀網(wǎng)絡(luò)與原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，方便了通用潮流算法的設(shè)計(jì)。其次，充分利用根據(jù)優(yōu)化編號(hào)形成的回路阻抗矩陣的稀疏性質(zhì)，將優(yōu)化的LU分解算法擴(kuò)展到U矩陣的所有元素，并通過(guò)預(yù)先計(jì)算行元素分

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