中低壓配電網運維過程中對有關潮流計算的研究與實現

陳柯豪 趙燦輝 云南電網有限責任公司昆明供電局 羅軍 云南云電同方科技有限公司

中低壓配電網運維過程中對有關潮流計算的研究與實現

陳柯豪 趙燦輝 云南電網有限責任公司昆明供電局 羅軍 云南云電同方科技有限公司

本文通過研究目前國內外配電網潮流計算相關成果，針對本項目實際情況，結合某供電局10KV配電網拓撲結構和設備模型，采用前推回代算法，實現對該局所轄范圍內的中低壓配電網進行潮流計算。并將計算結果應用于運維管控系統中，輔助運維人員開展運維工作，有效提高了運維作業的效率。

中低壓配電網 潮流計算 運維

電網潮流計算是指根據給定的網絡拓撲結構及設備模型作為輸入參數，通過一定的方法，來確定整個系統中各個節點的運行狀態，包括各個節點的電壓（幅值和相角），網絡中功率分布及功率損耗等。在配電網的網絡重構、運維決策、故障處理、無功優化和狀態評估等方面都需要用到潮流計算的結果數據，因此可以說，配電網潮流計算是實現配電網分析的基礎，是進行配電網規劃設計、運行方式合理性評估、可靠性以及經濟性分析的依據。精確合理的配電網潮流計算結果能夠為配電網安全穩定運行提供有力支撐。

中低壓配電網系統相對于輸電網來說，電壓等級較低、供電范圍較小，輸電網系統相關的設備模型和潮流計算方式已經不再適用。本文通過研究目前國內外配電網潮流計算相關成果，針對本項目實際情況，結合某供電局10KV配電網拓撲結構和設備模型，采用前推回代算法，實現對該局所轄范圍內的中低壓配電網進行潮流計算。并將計算結果應用于運維管控系統中，輔助運維人員開展運維工作，有效提高了運維作業的效率。

1 設備模型

精確的設備模型是實現潮流計算的前提，為了實現潮流計算，需要根據配電網中各種設備的特性，整理出對應的參數模型，設備模型主要涉及阻抗和導納兩個個參數。模型計算所需的基礎數據包括拓撲信息和設備信息，全部存儲在數據庫中。實際計算時先根據設備信息生成設備等值電路圖，然后根據拓撲信息生成配網，生成對應配電網的等值電路圖，最后才進行計算。本文主要討論變壓器模型、線路模型以及負荷模型。

1.1 變壓器模型

變壓器主要有二繞組變壓器和三繞組變壓器兩種，等值模型有τ形，Γ型等。在電力系統計算中，通常用Γ形等值電路模型進行阻抗計算。由于歷史原因，目前配電網系統中使用的變壓器分別來自多個廠家，所提供的變壓器參數也根據不同批次而略有不同，因此，本設計根據實際情況，建立變壓器參數數據庫，計算時根據數據庫里面的參數選擇不同的公式計算出等值阻抗。

1.2 線路模型

影響輸電線路模型的參數主要有輸電線路類型（架空線路和電纜線路）、輸電線截面積、長度、材質、線芯數量等。本文先根據阻抗估算公式計算出單位長度導線的電阻和電抗。然后綜合考慮線路長度、材質、環境等因素，選取合適的π形、τ形等值電路模型進行計算。本設計中因為所針對的配網線，其架空線路路長度小于300KM，電纜線路長度小于100KM，不需要考慮分布參數，所以選擇π形電路進行計算。

1.3 節點模型

電力系統中的節點主要有平衡節點、PQ節點和PV節點。對于任意節點，進行潮流計算時涉及到的運行參數都是P、Q、U和θ。計算時，已知其中兩個，待求另外兩個。在配網中，平衡節點通常就是唯一的電源節點，是其它所有節點電壓計算的參考點，已知量為U和θ，待求P和Q。PQ節點已知P和Q，也叫作負荷節點，待求量為U和θ。PV節點（比如對于配網中的無功補償裝置）已知P和U的幅值，待求Q和θ。本設計中為了簡化計算，不考慮PV節點。

1.4 負荷模型

由于用電設備種類較多，而且各節點的負荷具有一定的地域性，很難進行有效分類。因此電力系統通常采用給定的有功功率和無功功率進行負荷計算。根據本項目實際情況，單位時間內負荷頻率和電壓的變化不大，因此采用靜態負荷模型。實際測試表明，按40%恒功率+60%恒阻抗組合的方式進行負荷計算，能夠得到較為精確的模型。

2 潮流計算方法

國內配電網通常是采用閉環設計，開環運行，并呈輻射狀展開，各饋線之間基本沒有聯系；而且節點較多，分支雜亂。其等值電路模型與輸電網相比，具有充電電容小、電阻電抗比(R/X)較大等特點。在利用常規潮流計算方法比如牛頓法、PQ分解法等進行潮流計算時，這些特點會導致網絡的雅克比矩陣的條件數變大，出現不同程度的病態特征；也無法滿足P、Q解耦條件Gi＜Bi。最終導致計算不收斂，因而應用效果不明顯。

根據配電網的特點，不僅要求潮流計算方法滿足可靠收斂，還要求計算速度快、使用方便靈活易于修改及擴展。因此，本文選擇前推回代法進行潮流計算。該方法屬于支路類算法，簡單實用，充分利用了網絡呈輻射狀的結構特點，所有計算數據都以矢量形式存儲，因此節省了大量的內存，計算速度極快，對于任何種類的配電網只要有合理的R/X值，此方法均可保證一階收斂。同時，前推回代法編程簡單，被公認是求解輻射狀配電網潮流問題的最佳算法之一。

前推回代法以支路數據作為研究對象，從根節點起通過廣度優先搜索對配電網進行分層編號，以此編號作為前推回代的順序。根據配電網樹狀特性，都是由一條主饋線帶有數條分支，各分支又帶有各自的子分支，最后終止于負荷節點。本設計中定義主饋線為第一層，在主饋線上從左到右依次定義節點編號；然后從左端開始，依次遍歷下一層各支路節點。每一層最后一個節點的編號要比下一層第一個節點編號小1。此方法非常簡便，特別容易編程實現，下圖是某供電局所轄配電網所使用的潮流計算節點圖（［］為層編號，（）為支路編號、數字為節點編號）：

圖1 潮流計算節點圖Fig．1 Power flow calculation node diagram

開始計算時，將全配網節點電壓都設置為額定電壓，然后由編號最大的節點依次往前推算，僅計算各節點的功率而不計算壓降；接著由編號最小的節點依次往后迭代推算電壓壓降，但這時不再計算功率損耗。具體流程圖如下：

圖2 潮流計算流程圖Fig．2 Flow chart of power flow calculation

3 計算實例

3.1 計算數據

計算所需數據由等值電路圖導出。部分初始數據及計算結果如下表所示：

表1 計算數據表Tab1e 1 Computed data table

計算迭代次數和收斂精度有關，當設置收斂精度ε=0．001時,迭代次數 k=4；ε=0．00000001時,迭代次數k=8。當改變R/X的比值時，在相同的收斂精度下，迭代次數不變，這也表明R/X比值對本算法的收斂性影響不大。

4 結束語

配電網潮流計算是實現配電網分析的基礎，是進行配電網規劃設計、運行方式合理性評估、可靠性以及經濟性分析的依據。精確合理的配電網潮流計算結果能夠為配電網安全穩定運行提供有力支撐。本文分析了進行中低壓配電網潮流計算所需的步驟及采用的方法，從某供電局實際情況出發，建立配網相關設備模型，并使用前推回代法實現該局所轄配網的潮流計算。經過試運行表明，該方案計算結果與實際測量結果基本吻合，具有較高的準確性和可靠性。同時將計算結果應用于該局運維管控系統中，輔助運維人員開展運維工作，有效提高了運維作業的效率。

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陳柯豪（1986-），男，學士，工程師，研究方向：電網可靠性管理；

趙燦輝（1983-），男，學士，工程師，研究方向：電力系統穩定與控制；羅軍（1980-），男，學士，研究方向：電力信息化技術。