辐射型配电网实时潮流计算分析

　摘　要　提出了辐射形配电网实时潮流计算方法——功率分布系数法，并对北京供电局某10　kV配电线路某时刻的实测数据和负荷预测数据作了实时计算。计算结果表明，该算法能够利用实测节点冗余的测量数据对网络中负荷预测数据进行修正，提高准确度，进而得到趋于真实、合理的潮流分布。

　　关键词　配电系统　实时潮流计算　功率分布系数

A REAL-TIME LOAD FLOW ALGORITHM FOR RADIAL DISTRIBUTION NETWORK

Yang Minghao　　Li Yunxing
Institute of Electronic and Electric Engineering, China Agriculture University
Beijing, 100083 China

　　ABSTRACT　A power distribution ratio algorithm of real-time load flow calculation for radial distribution system is presented in the paper. As an example, a real-time load flow calculation of a 10kV distribution automation system in Beijing is given. The calculation result shows that this algorithm can revise the load forecast data and improve accuracy by use of redundant real-time measurements, so that a more reasonable power flow distribution can be obtained.

　　KEY WORDS　distribution automation; real-time power flow; radial distribution network

1　引言

　　由于测量装置在数量上或种类上的限制，测量和通信系统通常不可能为配电自动化SCADA系统提供足够的数据，以满足运行监视、管理和分析的需要。特别是在我国市郊和农村架空线路配电自动化系统中，常采用增加以负荷预测数据为依据的伪测量节点来解决系统的可观察性问题，即系统中实测负荷节点与预测负荷节点并存。这两种来源的数据的准确度相差较大。一般来说，实测值的准确度高于预测值。配电网实时潮流计算就是由这些不完整的、有误差的测量数据和负荷预测数据获得完整的、准确度更高的实时网络状态信息，建立完整的可靠的实时数据库。
　　相对于常规配电潮流计算而言，用于配电自动化的实时潮流计算的特点是：
　　(1)在常规辐射型配电网潮流计算中，负荷节点为PQ节点，线路首端源点为平衡节点。而在实际配电自动化系统中，除了通过实测或预测已知负荷节点的功率和实测源点的电压之外，通常还包括源点的实测功率及负荷实测节点的电压。
　　(2)在常规潮流计算中，认为已知量是没有误差的准确值。而在实际配电自动化系统中，所获得的数据是有误差的。因此，如果按常规潮流计算的方法取负荷节点的功率和源点的电压进行计算，将出现源点计算功率与实测功率不平衡、实测负荷节点的计算电压与实测电压不一致以及负荷预测节点的计算电压越限的现象。
　　针对上述问题，本文提出了辐射型配电网实时潮流计算的新算法，即功率分布系数法。该算法认为配电网实时潮流计算值与相应的测量值之差主要是由负荷预测的误差造成的。因此，在潮流计算过程中应该对已知的负荷功率作调整（提高准确度），对首端实测功率进行重新分配。在进行功率重新分配和负荷调整的迭代过程中计及各测点测量准确度权值，从而得到趋于真实、合理的潮流分布。

2　功率分布系数法

2.1　潮流计算模型
　　在辐射型配电网中，功率的流动具有单向性。为了表述和计算的方便，按照潮流的方向将首末相接的支路分别称作上接支路和下接支路，如图1中支路k称作支路l、m的上接支路,支路 l、m则称作支路k的下接支路。

图1　支路拓扑关系

　　由基尔霍夫定理和欧姆定理，支路k的电压偏移，首末端功率S_Sk、S_mk及功率损耗有以下关系^［1］：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中　、分别为支路k的起节点电压和止节点电压；R_k、X_k分别为支路k的电阻和电抗；P_Sk、Q_Sk、P_mk、Q_mk分别为支路 k 的首端有功功率、无功功率和末端有功功率、无功功率。式(3)中，J为支路k的下接支路集合。
2.2　计算步骤与方法
　　功率分布系数法的迭代分别按上行计算、下行计算和负荷功率调整三个步骤逐支路分层进行。由上行计算求出各支路的功率分布系数，通过下行计算由首端源点电压和功率的实测值按功率分布系数求出全网的潮流分布和节点电压，然后进行收敛判断。若不满足收敛条件，进行负荷调整后进入下一次迭代。
　　(1)分层原则
　　末端为负荷节点的支路（配电变压器支路）为第一层，下接支路均为配电变压器支路的支路是第二层，依次按逆潮流方向至源点按以下原则对所有支路分层：某支路所在的层号大于该支路的所有下接支路的层号。
　　(2)计算步骤
　　①步骤1　上行计算（求支路功率分布系数）
　　从第一层开始逐支路按式（4）、（2）计算各支路功率损耗和首端功率；该层的所有支路计算完毕之后计算功率分布系数。
　　在第一层各支路按式(4)计算功率损耗时，式中初值P⁽⁰⁾_mk，Q⁽⁰⁾_mk为实测或预测的负荷功率，U⁽⁰⁾_j为实测或额定电压。当n≠0时，P⁽ⁿ⁾_mk、Q⁽ⁿ⁾_mk为第n步调整后的负荷功率，U⁽ⁿ⁾_j为第n步计算电压、实测节点仍取实测电压。
　　第L层所有负荷支路首端功率计算完毕后，按式(3) 计算L＋1层所有支路的末端功率以及第L层各支路的功率分布系数。
　　设支路i为第L＋1层支路，支路k为支路i的下接支路，则支路k的有功功率分布系数K_pk和无功功率分布系数K_qk分别为

(5)

(6)

式中　集合C表示支路i的下节支路中所有实测配电变压器支路，α_j为支路j的测量准确度权值，P⁽ⁿ⁾_sj、Q⁽ⁿ⁾_sj为实测配电变压器支路j首端功率。
　　当系统中有负荷预测节点时α_j可以取 1。若所有负荷节点都装有测量装置，则α_j＝1±γ_j(γ_j为测量装置的精度）。
　　式（5）、（6）中分母的意义在于，实测配电变压器支路不按功率分布系统进行功率分配计算，而是按准确度加权的实测功率进行分配。
　　②步骤2　下行计算（求潮流分布和节点电压）
　　从源点由高层至低层直至线路末端，逐支路首先按式（1）计算电压偏移和支路末端电压

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