基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法

摘要

本发明属于电力系统技术领域，提出了基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法，对于两端供电的闭式网络，单独求出各个负荷节点单独作用时，每段线路的输送功率和产生的负荷矩；将各个负荷单独作用时每段线路的输送功率叠加，确定网络的功率分布；将各个负荷单独作用时在每段线路产生的负荷矩叠加，得出各段线路的总负荷矩，进而估算出线路的电压降，确定网络的电压分布；比较节点两侧线路的负荷矩方向，若方向相反，则可以确定该节点为潮流分界点，从而确定网络的电流分布。本发明根据负荷矩估计电压降，根据负荷矩的方向确定潮流分界点，无需对环网进行特殊处理，可方便的确定闭环配电网的潮流分布。

权利要求

1.基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法，其特征在于，对于两端供电的闭式网络，单独求出各个负荷节点单独作用时，每段线路的输送功率和产生的负荷矩；将各个负荷单独作用时每段线路的输送功率叠加，确定网络的功率分布；将各个负荷单独作用时在每段线路产生的负荷矩叠加，得出各段线路的总负荷矩，进而估算出线路的电压降，确定网络的电压分布；比较节点两侧线路的负荷矩方向，若方向相反，则可以确定该节点为潮流分界点，从而确定网络的电流分布；

计算线路的负荷矩的表达式如下：负荷点m单独作用时：

式中，PAm表示电源A贡献的负荷，PBm表示电源B贡献的负荷，Pm表示负荷点m的有功功率，Li、Lj分别表示支路i、j的长度；

经线路Lk输送的功率为：

式中，k≤m；

经线路Lk输送的功率为：

式中，k≥m+1；

负荷点m在Lk产生的负荷矩为：式中，k≤m；

负荷点m在Lk产生的负荷矩为：式中，k≥m+1；

馈线Lk的输送功率：

馈线Lk的负荷矩：

或

式中，Pk表示馈线k输送的总功率，Pik表示负荷点i单独作用时，馈线k输送的功率；

Fik表示负荷点i在馈线Lk产生的负荷矩。

2.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，利用负荷矩估算线路Lk的电压降的表达式如下：ΔUk＝λFk；

式中： r、x分别表示线路单位长度电阻、电抗，P、Q分别表示线路输送的有功功率和无功功率，UN表示额定电压。

3.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，确定潮流分界点的方法为：比较负荷矩Fi与负荷矩Fi+1，若二者一正一负，则负荷点i为潮流分界点，当负荷点j≤i时，电流由电源A流出，当负荷点j＞i时，电流由电源B流出。

4.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，当两侧电源存在电压差时，采用如下方法对负荷矩进行修正：当电压UA≠UB时，由于两侧电源产生电压差ΔU＝UA-UB，在网络中形成环流Ic，记：式中，ZΣ表示线路总阻抗；

则：

环流的方向可由ΔU的方向确定，若UA＞UB，则环流方向由电源A流向电源B，若UA＜UB，则环流方向由电源B流向电源A；

循环功率Sc：

*

式中，Ic表示循环电流的共轭，Pc表示循环电流产生的有功功率，Qc表示循环电流产生的无功功率；

循环功率在线路Lk产生的负荷矩Fck：Fck＝PcLk；

每段线路的负荷矩：

Fk′＝Fk+Fck。

说明书

基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统分析领域，具体涉及基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法。

背景技术

[0002] 配电网一般具有闭环设计、开环运行的特点，且支路参数R/X比值较大，不能直接套用输电网潮流计算方法。针对配电网的结构特点，专家学者提出了很多算法，这些算法大致可分为两类：基于节点变量法和基于支路变量法。对于闭环配电网潮流计算，通常对算法进行如下处理：将配电网解环，进行一定的等效或补偿，转化为辐射型配电网进行求解。

[0003] 精确的潮流计算结果可为线损计算、短路计算、无功优化、静态及暂态稳定计算提供依据，为校验配电网规划方案、判断电气参数是否越限、评估电网运行状态等提供数据支持。但在实际应用中，由于精确的潮流计算工作量较大，当系统规模较大时，计算时间较长无法满足实际需要；而且在某些情况下对计算精度要求不高，只需进行粗略的估算即可，如：电网规划阶段，需要根据方案的变化反复进行潮流计算，校核电压、电流等是否越限，一般要求实际值在一定范围内即可，无需知道精确的数值；目前的配电网规划、设计、运行中也需要简便、实用的潮流计算方法。

[0004] 负荷矩是指线路输送功率与距离的乘积。负荷矩常用于规划阶段计算负荷中心位置从而确定变电站站址以及进行网架优化；将负荷矩应用于潮流计算的研究未有涉及，在工程实际中，负荷矩常用来判断电压降是否越限；。

[0005] 设某线路首端电压U1，功率P1+jQ1，末端电压U2，功率P2+jQ2，线路长度L，单位长度电阻r，单位长度电抗x，通过的电流用I表示，则：

[0006]

[0007] 将上式的第一项记为ΔU，第二项记为δU，即：

[0008] U1-U2＝ΔU+δU

[0009] ΔU表示电压降的纵向分量，与U1同向；δU表示电压降的横向分量，与U1垂直。当首末两端电压的相角差不大时，δU可忽略不计，则：

[0010]

[0011] 同理可得：

[0012] 忽略线路的功率损耗，将各节点电压初值设为额定电压UN，同时将功率因数视为常数，则 为常数。

[0013] 令 负荷矩F＝PL，则ΔU＝λF。

[0014] 由此得出，线路的电压降与负荷矩呈线性关系。

发明内容

[0015] 针对现有技术的不足，本发明提出一种基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法，根据负荷矩估计电压降，根据负荷矩的方向确定潮流分界点，可方便的确定闭环配电网潮流分布。

[0016] 本发明提供的基于负荷矩的闭环配电网潮流估计方法，其基本原理在于，对于两端供电的闭式网络，单独求出各个负荷节点单独作用时，每段线路的输送功率和产生的负荷矩；将各个负荷单独作用时每段线路的输送功率叠加，确定网络的功率分布；将各个负荷单独作用时在每段线路产生的负荷矩叠加，得出各段线路的总负荷矩，进而估算出线路的电压降，确定网络的电压分布；比较节点两侧线路的负荷矩方向，若方向相反，则可以确定该节点为潮流分界点，从而确定网络的电流分布。

[0017] 其中，计算线路的负荷矩的表达式如下：

[0018] 负荷点m单独作用时：

[0019]

[0020] 式中，PAm表示电源A贡献的负荷，PBm表示电源B贡献的负荷，Pm表示负荷点m的有功功率，Li、Lj分别表示支路i、j的长度；

[0021] 经线路Lk输送的功率为：

[0022] 式中，k≤m；

[0023] 经线路Lk输送的功率为：

[0024] 式中，k≥m+1；

[0025] 负荷点m在Lk产生的负荷矩为：

[0026] 式中，k≤m；

[0027] 负荷点m在Lk产生的负荷矩为：

[0028] 式中，k≥m+1；

[0029] 馈线Lk的输送功率：

[0030] 馈线Lk的负荷矩：

[0031] 或

[0032] 式中，Pk表示馈线k输送的总功率，Pik表示负荷点i单独作用时，馈线k输送的功率；Fik表示负荷点i在馈线Lk产生的负荷矩。

[0033] 其中，利用负荷矩估算线路Lk的电压降的表达式如下：

[0034] ΔUk＝λFk；

[0035] 式中： r、x分别表示线路单位长度电阻、电抗，P、Q分别表示线路输送的有功功率和无功功率，UN表示额定电压。

[0036] 其中，确定潮流分界点的方法为：

[0037] 比较负荷矩Fi与负荷矩Fi+1，若二者一正一负，则负荷点i为潮流分界点，当负荷点j≤i时，电流由电源A流出，当负荷点j＞i时，电流由电源B流出。

[0038] 其中，当两侧电源存在电压差时，采用如下方法对负荷矩进行修正：

[0039] 当电压UA≠UB时，由于两侧电源产生电压差ΔU＝UA-UB，在网络中形成环流Ic，记：

[0040]

[0041] 式中，ZΣ表示线路总阻抗；

[0042] 则：

[0043]

[0044] 环流的方向可由ΔU的方向确定，若UA＞UB，则环流方向由电源A流向电源B，若UA＜UB，则环流方向由电源B流向电源A；

[0045] 循环功率Sc：

[0046]*

[0047] 式中，Ic表示循环电流的共轭，Pc表示循环电流产生的有功功率，Qc表示循环电流产生的无功功率；

[0048] 循环功率在线路Lk产生的负荷矩Fck：

[0049] Fck=PcLk；

[0050] 每段线路的负荷矩：

[0051]

[0052] 与现有技术比，本发明的有益效果为：

[0053] （1）无需复杂的节点编号，避免了高维矩阵运算；

[0054] （2）根据负荷功率计算负荷矩，利用负荷矩估算电压降，无需反复迭代运算；

[0055] （3）根据比较负荷矩的方向，可方便的确定潮流分界点，无需对环网进行特殊处理；

[0056] （4）对于多电源（电源数≥3）网络同样适用；

[0057] （5）简便实用、计算快速，能满足潮流计算在配电网规划、设计、运行中实际应用的需要。

附图说明

[0058] 图1为本发明提供的两端供电的闭式网络示意图。

[0059] 图2为本发明提供的基于负荷矩的闭环配电网潮流计算流程图。

具体实施方式

[0060] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

[0061] 本实施例的主要思路是，对于两端供电的闭式网络，单独求出各个负荷节点单独作用时，每段线路的输送功率和产生的负荷矩；将各个负荷单独作用时每段线路的输送功率叠加，即可确定网络的功率分布，将各个负荷单独作用时在每段线路产生的负荷矩叠加，即可得出各段线路的总负荷矩，进而估算出线路的电压降，确定网络的电压分布；比较节点两侧线路的负荷矩方向，若方向相反，则可以确定该节点为潮流分界点，从而确定网络的电流分布。

[0062] 本实施例的主要步骤如图2所示，下面结合附图1，对技术方案说明如下：

[0063] 图1中，网络中设有两个电源A和B，两个电源之间设有n个负荷节点，对应n+1条馈线，负荷节点i的有功功率和无功功率分别用Pi、Qi表示（i＝1,2,3......n）。设UA＝UB＝UN，本例中认为线路参数均一化，令 定义背离电源A的电流方向为正，反之为负。

[0064] （1）求出各个负荷点单独作用时每段线路的输送功率及产生的负荷矩；

[0065] 负荷点1单独作用时：

[0066] UA-U1＝λFA1＝λPA1LA1；UB-U1＝λFB1＝λPB1LB1；UA-U1＝UB-U1；

[0067] 则：PA1LA1＝PB1LB1；

[0068] 又有：LA1=L1;

[0069] 则：

[0070] 经L1输送的功率为：

[0071] 经Lk(k≥2)输送的功率为：

[0072] 负荷点1在L1产生的负荷矩为：

[0073] 负荷点1在Lk(k≥2)产生的负荷矩为：

[0074] 同理可得，负荷点2单独作用时：

[0075]

[0076] 经L1输送的功率为：

[0077] 经L2输送的功率为：

[0078] 经Lk(k≥3)输送的功率为：

[0079] 负荷点2在L1产生的负荷矩为：

[0080] 负荷点2在L2产生的负荷矩为：

[0081] 负荷点2在Lk(k≥3)产生的负荷矩为：

[0082] 由此可推导出：

[0083] 负荷点m单独作用时：

[0084]

[0085] 经Lk(k≤m)输送的功率为：

[0086] 经Lk(k≥m+1)输送的功率为：

[0087] 负荷点m在Lk(k≤m)产生的负荷矩为：

[0088] 负荷点m在Lk(k≥m+1)产生的负荷矩为： （2）求出所有负荷点共同作用时每段线路的输送功率及产生的负荷矩；

[0089] 线路Lk的输送功率：

[0090] 线路Lk的负荷矩：

[0091] 或

[0092] （3）计算线路电压降及各负荷节点电压

[0093] ΔUi＝λFi；Ui＝Ui-1-ΔUi；

[0094] （4）确定潮流分界点；

[0095] 比较Fi与Fi+1，若二者一正一负，则负荷点i为潮流分界点，当j≤i时，电流由电源A流出，当j＞i时，电流由电源B流出。

[0096] （5）计算线路电流及各负荷节点电流；

[0097]

[0098] 当UA≠UB（设UA＞UB）时，由于两侧电源产生电压差ΔU＝UA-UB，必然在网络中形成环流Ic，记 则： 环流的方向可由ΔU的方向确定，已知UA＞UB，则环流方向应从电源A流向电源B；

[0099] 循环功率Sc：

[0100] 循环功率在线路Lk产生的负荷矩：Fck=PcLk；

[0101] 每段线路的负荷矩：

[0102] 由上式可见：负荷矩包括两部分，第一部分Fk由负荷功率和网络参数确定；第二部分Fck与负荷无关，由两侧电源的电压差和网络参数确定。当两侧电源电压相等时，循环功率为零，负荷矩仅包括第一部分。

[0103] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。