电力系统概率潮流算法综述_刘宇

电力系统概率潮流算法综述_刘宇
电力系统概率潮流算法综述_刘宇

DOI:10.7500/AEPS20131014017

电力系统概率潮流算法综述

刘 宇1,

2,高 山1,2

,杨胜春3,姚建国3(1.东南大学电气工程学院,江苏省南京市210018;

2.江苏省智能电网技术与装备重点实验室,东南大学,江苏省南京市210018;

3.中国电力科学研究院(南京),江苏省南京市210003

)摘要:概率潮流是解决电力系统不确定因素的重要基础。随着间歇性能源的发展与电力系统随机

性的提升,概率潮流在近些年来得到了广泛的研究。文中以算法的原理与优缺点为立足点,对电力

系统概率潮流算法研究进行综述。首先,

对概率潮流的研究问题进行阐述,简要介绍了概率潮流理论的发展、计算模型分类以及评价指标,并简述了概率潮流在电力系统中的应用情况。然后,按照

算法的不同原理将概率潮流算法进行分类,

基于不同类别的方法对实际应用的具体算法进行详细分析,分别介绍了不同算法的原理步骤以及优劣性和适用性,并针对各类方法进行了算法总体评价和发展趋势分析。最后,结合电力系统的最新发展要求对概率潮流算法的研究方向做出展望。关键词:不确定性;概率潮流;相关性;模拟采样;近似计算

收稿日期:2013-10-14;修回日期:2014-07-

01。国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2011AA05A105);国家电网公司科技项目(DZ71-13-036);北京市自然科学基金资助项目(3132035

)。0 引言

在传统电力系统分析中,负荷的波动、电网运行方式的变化和发电机的停运等因素造成了电力系统一定程度上的不确定性。随着电力工业的发展,以太阳能和风能等为代表的新能源接入电网,给电网

带来了明显的间歇性和随机性;

微网、分布式电源和电动汽车等配电网新概念的发展,大大增强了电源、负荷与电网之间的互动性[1]

,其直接结果导致了电力系统的不确定性显著增加,用于电力系统分析的

概率潮流算法的研究日益重要。

1974年,Borkowaka提出概率潮流计算方法[2]

,用以解决电力系统中诸多不确定因素。在随后四十年的时间里,概率潮流理论与方法得到了发展。与其几乎同时出现的随机潮流[3]

和概率潮流相互补充融合,逐渐形成处理电力系统不确定因素的体系:一般认为对于电力系统短期不确定因素采用随机潮流处理,而对于长期的具备规律性的不确定因素采用概率潮流处理,后者更趋向于概率分布的计算。

概率潮流计算的提出与发展,其最显著的意义是在进行电力系统分析时,考虑了系统各种不确定因素的随机性,从而使得计算分析更加贴合实际电

网的运行状态。概率潮流的研究问题,主要集中在

3个层面:

系统模型、计算模型和计算方法。系统元件的不确定性是引入概率潮流的根本原

因,主要体现在发电机、负荷、输电线路和变压器的随机性。近些年,随着可再生能源并网规模的日益

提高和电力用户的市场行为日趋突出,

发电机和负荷的功率模型越发复杂。文献[4

]提出K均值聚类负荷模型,对研究时段内具有相近特征的系统负荷状态进行分析归类,构成多个等值负荷水平,实现了复杂负荷模型的快速计算。

就概率潮流计算模型而言,以四大类模型为主。

Borkowaka基于简化的直流模型[2]

提出了概率潮流计算方法。为了提高潮流计算的精度,Allan分别在1976年和1981年提出了线性化交流模型[5]和分

段线性化交流模型[6]

,Sokierajski在1978年提出保留非线性的交流模型[

7]

。目前概率潮流的计算方法都是基于这4种模型进行。

对概率潮流算法的研究是概率潮流分析中的热点,具备广阔的研究空间与研究意义。一种性能良

好的概率潮流计算方法应满足以下指标[8]

:①能够

求出输出随机变量的数字特征(

包括均值和方差)及概率分布;②能够处理多个随机变量间的相关性;

③满足实用化要求,

结果具有足够精度的情况下尽量减少计算时间;④满足通用性要求,

对输入变量的数学模型不应有太高要求。这4项指标构成概率潮流算法研究的重点和难点,专家学者们从一方面或多方面入手展开研究,形成了当前的多种概率潮流

721—第38卷 第23期2014年12月10

日Vol.38 No.23

Dec.10,2014

计算方法。就目前已有研究成果而言,概率潮流算

法可以大致分为模拟法、近似法和解析法3类。解析法结合电力系统复杂卷积计算的简化特性,通过

对卷积计算的特殊处理衍生而来,

广义上也可归入近似法。纵观现有概率潮流算法,存在的突出问题

是难以将计算准确度和时效性有机统一。

本文以模拟法、近似法和解析法为分类基准,综

述各类方法中具体算法的原理步骤、

优缺点评估以及发展趋势。以算法中现有的问题及不足为依托,

结合当前电力系统的研究热点与新兴技术,对概率潮流的发展方向进行展望。

1 概率潮流在电力系统中的应用

潮流计算是电力系统分析的基础,其典型计算

潮流方程为:

W=f(X,Y)

Z=g(X,Y)

(1

)式中:W为系统节点功率注入向量;X为节点电压向量;Y为系统网络参数;Z为系统支路潮流向量。

概率潮流的计算正是在上式的基础上,通过考虑输入变量W和Y的概率特性,获得系统状态变量

X和Z的分布情况,

从而全面地给出系统的运行状况和概率特征。

随着电力系统随机性的显著提升,概率潮流算法在电力系统分析中获得广泛应用,其主要应用方向可以分为以下几类。

)电力系统规划,包括电源规划、电网规划和无功规划等规划问题[

9]

。规划问题的求解均以潮流计算作为基础,在不确定性增加的电力系统中,概率潮流将成为含随机因素规划问题的求解前提。

2)静态安全分析,作为电力系统分析的基本问题,采用概率潮流的静态安全分析方法可以更加真

实地反映电力系统全面信息[

10]

。3

)电力系统运行状态实时在线分析,包括机组组合、在线调度、电力市场机制下的源-网-荷互动[11]

等。应用某些概率潮流算法,可以在不显著增加计算次数与时间的条件下,更为精确地分析电力系统的运行状态及变化趋势,为电力系统实时分析提供了强有力的工具。

)其他基于潮流运算的系统分析,例如最优化潮流计算[12]、电力系统风险评估[13

]、互动型配电网

潮流计算等。

2 模拟法概率潮流

模拟法概率潮流,是将电力系统中的不确定因

素作为随机变量建立概率模型,然后抽取概率分布的样本,最后统计输出变量的分布特征。传统的模拟法概率潮流计算方法一般是指随机采样的蒙特卡

洛模拟法[14-

16],后来基于随机模拟法改进衍生出重

要抽样法[17-19]、拉丁超立方采样法[20-25]和拟蒙特卡洛方法[26-

28]等。

2.1 随机采样的蒙特卡洛模拟法

蒙特卡洛模拟是二战时期美国物理学家Metropolis在执行曼哈顿计划的过程中提出的。蒙特卡洛模拟法以随机模拟和统计实验为手段,是一种从随机变量的概率分布中,通过随机选择数字的方法产生一种符合该随机变量概率分布特性的随机数值序列,作为输入变量序列进行特定分析的求解方法。其计算关键与核心步骤如下:①对潮流方程的输入变量W构造相应的概率模型;②产生随机数序列,

作为系统的抽样输入进行大量的数字模拟,每一组采样值通过潮流计算得到相应的模拟实验值;③系统计算,

对模拟实验结果进行统计处理,给出所求问题的解。

蒙特卡洛模拟的优点在于样本数量足够大时,计算结果足够精确;并且计算量一般不受系统规模

的影响,

该方法的抽样次数与抽样精度的平方成反比。缺点在于为提高计算精度,往往需要提高系统

抽样规模,从而导致计算时长过大。考虑其精度优势,随机采样的蒙特卡洛模拟法一般用来作为基准方法进行比较,是衡量其他方法准确性的重要参考。2.2 重要抽样法

重要抽样法认为期望值附近的采样值对计算结果具有更大的影响力,因此可以重点关注期望值附近的点。基于此,重要抽样法的基本思路是保持原有样本期望值不变,通过改变已知变量概率分布来减小其方差,从而达到减少运算时间的目的。

重要抽样法的经典计算[17]

公式为:E(F)=∑X

F(X)P(X)=∑X

F′(X)P′(X)F′(X)=

F(X)P(X)

P′(X)烅

烄烆

(2

)式中:P(X)和F(X)分别为原分布中系统的概率函数和状态函数;P′(X)和F′(X)分别为新分布中系统的概率函数和状态函数。

如何选取新分布中系统的概率分布P′(X)使得随机变量在期望不变的情况下减小方差是重要抽

样法的关键步骤。文献[18]采用迭代法搜索重要分布函数,给出了若干重要分布函数的定义方法,并结

合分散抽样的技巧提高重要抽样法的收敛速度。文献[19

]利用蒙特卡洛方法模拟出负荷样本,然后利—

821—2014,38(23

) 

用核密度估计方法估计出负荷模型的密度函数,将

之作为重要抽样密度函数,计算出支路潮流和节点电压的概率密度函数。

重要抽样法在电力系统的概率估计中有着广泛应用,该方法可以快速准确地计算出系统运行状态的期望值,

为系统分析提供参考。但重要抽样法中仅以期望为研究对象,对于概率变量的方差、概率分布等参数分析存在天然缺陷,

计算结果局限性较大。2.3 拉丁超立方采样法

为了避免随机采样的蒙特卡洛模拟法的大规模抽样,Mckay等人于1

979年提出了拉丁超立方采样法[20]

。它是一种分层采样法,通过改进输入随机

变量的样本生成过程,

保证其采样值能够有效地反映随机变量的整体分布,算法的出发点就是确保所

有的采样区域都能够被采样点覆盖。其基本运算过

程分为如下两个步骤[

21]

。1)采样。假设X1,X2,…,XK是一个待求概

率问题中的K个输入随机变量,Xk为X1,X2,

…,XK中任意一个随机变量,

其累计概率分布函数为:Yk=Fk(Xk)(3

) 设N表示采样规模,

拉丁超立方采样示意图如图1所示

图1 拉丁超立方采样示意图

Fig.1 Sampling step 

in Latin hypercube sampling其具体步骤为:将图1纵轴分为N个等间距不

重叠的区间,选择每个区间的中点作为Yk的采样

值,然后用式(4

)所示的反函数计算Xk的第n个采样值。

xkn=F

1k

(n-0.5

(4) 式(

4)中,可以选取任意[0,1]区间中的随机数代替区间中点0.5,

从而实现采样的不同特性。K个输入随机变量的N次采样结果构成规模为K×N阶的初始采样矩阵Xs。

)排列。改变各随机变量采样值的排列顺序,使相互独立的随机变量采样值的相关性趋于最小。在排列过程中先形成一个K×N阶的顺序矩阵Ls,

该矩阵中的每一行元素值代表初始采样矩阵Xs对

应行的元素应该排列的位置,Xs的元素按照顺序矩

阵Ls排列后得到最终的采样矩阵。文献[22]

列举了计算顺序矩阵Ls的方法,核心思想是利用如序列正交化等方法最大程度降低相关性。通过排列步骤中顺序矩阵的优化计算问题,又衍生出诸多的改进

拉丁超立方采样算法[2

3-

25],提高了拉丁超立方采样法的应用范围和计算精度。

拉丁超立方采样法的不足是对输入随机变量的

处理较为复杂,一方面要求已知输入随机变量的概

率分布函数或累积分布函数[

25]

,另一方面对不同类型概率分布的随机变量相关性需要特殊变换处

理[

8]

。但该方法作为一种非常有效的估计输出随机变量期望值的方法,由于采样值能够确保覆盖所有输入随机变量的整个分布区域,无须大规模抽样,并且可以有效处理输入变量之间的相关性和随机性,在准确性、稳健性和时效性上都有较大的优势。2.4 拟蒙特卡洛法

拟蒙特卡洛法(QMCS

)的出发点与拉丁超立方采样法相同,希望通过有效的空间覆盖采样法来规避蒙特卡洛模拟法中的随机抽样。但与拉丁超立方采样法的处理方式不同,QMCS采用低差异序列实

现多维随机变量的空间采样[

26]

。低差异序列,又称伪随机数列,是一系列数值确定的[0,1]

区间中的数。在d维变量的空间中,低差异序列中已有n-1个数,

生成第n个数的方法是:将这个数插入已有数列中最大的“空白”处,即避

免数列在局部空间聚集,从而保证了有限数据的空间全覆盖。Van der Corp

ut序列是典型的一维空间上的低差异序列,

以2为基数前8位数字的生成情况如表1所示[

27]。表1 Van der Corp

ut序列生成过程Table 1 Building 

procedure of a Van der Corput sequence采样点2进制表示2进制反转序列值0000.00.0000.0001 001.0 0.100 0.5002 010.0 0.010 0.2503 011.0 0.110 0.7504 100.0 0.001 0.1255 101.0 0.101 0.6256 110.0 0.011 0.3757 

111.0 

0.111 

0.875

基于上述基本序列,为了解决实际应用中高维度变量的问题,需要进行维度的扩展。根据低差异序列的生成方法,随着维度的上升,在多维空间中寻找“空白”的难度就越大,因此,在高维度上的数据覆盖性会显著降低,这是目前已有低差异序列的主要

921—·综述· 刘 宇,等 电力系统概率潮流算法综述

不足。文献[28

]中讨论了常用的3种多维度低差异序列,即Halton序列、Faure序列和Sobol序列的优缺点,其中:Halton序列变量维度最高6~8维;

Faure序列可达25维,但其计算时间急剧增加;Sobol序列优越性较为明显,

其变量维度可达百位。目前QMCS已经被应用于概率最优潮流计

算[26]和含互动式新能源的电网静态稳定分析[28]

中。由于采样过程中一次性生成所需序列,该方法

具有比拉丁超立方采样法更高的计算效率。但

QMCS对多变量的高维度问题理论基础薄弱、计算效果差,

因此目前多用于小规模电力系统分析计算。2.5 模拟法概率潮流展望

模拟法的基础是蒙特卡洛模拟,因此该方法是目前电力系统中处理含不确定因素概率潮流问题中计算结果最为精确的一类方法,但与其高精度计算能力相对应的是低时效性。在蒙特卡洛模拟基础上改进的各种算法都是以减少抽样计算量为目的:重要抽样法计算速度快,期望值结果准确,但其计算结果单一,无法全面描述系统运行特征;拉丁超立方采样法的采样规模相对于蒙特卡洛模拟法大幅降低,是目前精度和时效较高的概率潮流算法,但该方法在处理变量之间的相关性时具备较高的复杂度,且相关性结果往往与实际情况存在一定的偏差;QMCS理论上计算速度最快,

但低差异序列的维数问题是该方法应用瓶颈。

随着电子计算机技术的发展与电力系统计算平台的壮大,模拟法必然在概率潮流计算中扮演越来越重要的角色,本文认为其发展趋势可以包含以下几个方向。

1)采用多种采样方式相结合的混合采样法,例如QMCS对维度较低的问题具备优越性,当问题维度较高时,采用QMCS与拉丁超立方采样法的混合采样法计算,从而发挥不同采样方法的优势。

2)采样过程中针对不同的研究重点分段处理,期望值附近的概率曲线在处理过程中保持良好的计算准确度,但分布曲线的尾部计算精度往往很差,在对精度要求很高时,可以对分布曲线分段,对尾部采样进行特殊处理。

)并行计算的应用。目前计算机的多核并行处理计算能力得到了大幅提升,同时基于图像处理单元的并行计算得到了发展,该硬件平台对重复性抽样计算的提速效果显著。

3 近似法概率潮流

近似法是利用输入随机变量的数字特征近似描

述系统状态变量统计特性的方法。该方法避开了大规模的重复抽样,因而求解速度较快,又因其能够计

及系统输入变量之间的互相关性,因而受到重视。

目前研究应用较多的有点估计法[29-

35]、一次二阶矩

法[

36-38]和状态变换法[23,39-

40]。3.1 点估计法

点估计法是一种概率统计方法,目前所做的应用研究都是基于1998年Hong在已知输入随机变

量的连续分布下提出的点估计法[

29]

。该方法能够根据已知随机变量的概率分布,求得待求随机变量的各阶矩。

点估计法属于逼近技术的一种,利用输入随机变量的统计信息来逼近输出随机变量的数字特

征[

30-

31]。其主要运算过程分为以下几步。1

)用潮流方程中输入随机变量W的各个分布函数求出相应的前2 

M-1阶中心矩。2)通过构造的方式,利用前2 M-1阶中心矩独立求出每个输入随机变量的M个离散状态,使得这

M个离散状态包含了前2 

M-1阶中心矩的所有信息。

)用所求得的每个输入随机变量的M个离散状态和它们的均值,构造M×K个输入随机变量的离散状态,求出对应输出随机变量的M×K个离散状态。

4)用求得的潮流方程输出随机变量X和Z的M×K个离散状态逼近相应的期望值与方差等相关数字特征。

由以上步骤可以分析点估计法的特点如下。1

)该方法中实际的输入量为输入随机变量前2 

M-1阶中心矩,此中心矩可以由概率分布函数直接求出,也可以由大量样本逼近拟合方程式展开得到[32

],这样就不必受限于必须已知输入变量概率分布的条件约束。

)点估计法不需要知道输入与输出之间的具体函数关系表达式,仅要求每个输入有唯一对应的输出。

3)输出随机变量有2 M-1阶多项式逼近的精度,为了提高估计的精度,可以增加输入变量的高阶矩信息,即增加取点个数。但实际应用中点个数M大于3时不仅急剧增大计算量,而且往往造成解的

结果非实数,因此M通常取2或3[33]

,即构成常用

的两点估计法和三点估计法。

两点估计法计算简单、容易实现,但其只利用输入变量的前三阶矩信息,计算精度低;三点估计法既能得到较高精度的估计值,又保持了简易性,在点估计法中广为使用。点估计法的缺点在于计算结果中随机变量的高阶矩不够精确,无法准确获得变量的

031—2014,38(23

) 

概率分布函数[34];同时在处理输入变量的时间和空间相关性上具有一定的计算复杂度[35]。

3.2 一次二阶矩法

一次二阶矩法作为一种近似概率仿真方法,已被广泛应用于机械、结构可靠性分析中。该方法通过将状态方程泰勒展开,近似保留一次线性项,形成包含前两阶矩(即均值和方差)的计算方程式[36-37]。在电力系统概率潮流分析中,其具体步骤如下[38]。

步骤1:将输入随机变量对输出状态变量的潮流方程按泰勒级数展开为一次项形式。

步骤2:计算输入变量均值方程式。

步骤3:计算输入变量协方差方程式。

步骤4:由步骤2和3联合,通过输入变量的均值和协方差计算输出状态变量的数字特征。

一次二阶矩法计算简单,效率高;但其计算能力有限,仅能处理输出与输入之间均值和方差的数值计算,算法模型误差较大,并且计算精度受到系统概率潮流模型约束很大,因此研究较少。

3.3 状态变换法

状态变换按照变换方法分为线性变换、多项式变换和无迹变换等。线性变换法基于正态变量线性变换不变性定理,假设节点注入随机变量均服从正态分布,将潮流方程线性化后可得系统状态变量为节点注入变量的线性组合并且仍服从正态分布[39]。多项式变换多用作其他计算方法的辅助手段,用以表征电力系统随机因素的模型转换等问题[23]。无迹变换认为:拟合一个概率分布比求解非线性变换容易得多[40],基于此,通过较少的样本点和相应的样本权重准确捕获状态分布参数,通过非线性函数传递后输出状态变量的期望与方差[41]。

状态变换法的优点在于变换过程数学理论清晰,意义明确,计算规模不大,但由于该方法以高斯正态分布为变换基础,使其在新能源(不满足高斯分布)并网问题下的概率分析存在一些不足。

3.4 近似法概率潮流展望

近似在各个科学领域均有应用,在电力系统概率潮流中近似计算的使用也较为普遍。与确定性潮流相比,概率潮流的计算规模显著提升,快速的近似计算显得更为迫切。目前已有的近似法概率潮流算法中,计算结果以均值和方差为主要目标,如何获得状态变量较为准确的整体概率分布是改进的重要方向。另一方面,近似法概率潮流算法计算结果的可信度与误差分析也是研究的内容之一。

在近似法中,随机变量状态的变换是一种基础计算手段,而泛函分析领域的空间转换与之具有相似的计算逻辑,把发展成熟的泛函空间变换应用于

近似法概率潮流,是值得探索的方向。

4 解析法概率潮流

解析法概率潮流主要关注如何利用随机变量间的关系进行卷积计算得到状态量的概率分布,即核心思想在于有效处理复杂的卷积计算。在卷积计算的过程中,往往会做一些近似处理,因此解析法广义上可归为近似法。传统的卷积技术是一种获得概率潮流的基本方法[2,5,42],假设变量独立,在已知注入概率分布的情况下,可以通过卷积技术得到待求状态变量的概率密度函数。但对于多元线性方程的卷积计算量十分庞大,因此限制了其使用。已有解析法中卷积计算多采用快速傅里叶变换[43]、半不变量法[44-51]和序列运算理论[52-54]。

解析法处理卷积计算的应用前提是假设输入随机变量相互独立,导致解析法在处理变量相关性上具有固有缺陷,因此,解析方法中变量相关性处理是研究的热点[48-49,51]。

4.1 快速傅里叶变换

在信号处理学科领域,快速傅里叶变换是处理卷积问题的最佳方式[43],其具备良好的精度和效率,对于处理小规模数据系统具备很大的优越性。在电力系统方面,随着系统规模的增大,系统分析的输入变量急剧增加,使得快速傅里叶变换不再具备精度和效率上的优势,因此,在20世纪80年代经历了短暂的研究后,快速傅里叶变换逐渐退出电力系统概率潮流分析领域。

4.2 半不变量法

目前在电力系统广泛使用的处理卷积的方法是半不变量法。该方法的核心思想是将复杂的卷积运算转换为半不变量之间简单的算术运算,从而大大降低计算过程的复杂度。具体计算步骤可以概括如下[44-47]:将潮流方程中的随机变量W进行概率分布拟合,经过中心矩计算出输入随机变量的各阶半不变量;然后,通过雅可比矩阵和灵敏度矩阵进行简单的数学运算获得潮流方程输出变量X和Z的各阶半不变量,结合不同级数扩展方式得到相应输出变量的概率密度扩展方程,从而获得输出随机变量的概率分布。文献[48]深入分析了半不变量法计算随机潮流时各环节的假设条件及可能引起的误差,并提出如何处理节点功率相关性、故障列表和调度策略等问题,使得半不变量法更加实用化。

半不变量法具备的最大优势在于计算方法简单、计算效率高,虽然计算结果精确度存在一定争议,但满足工程应用要求,因此受到广泛研究。关于半不变量法的算法改进研究主要集中在3个问题

·综述· 刘 宇,等 电力系统概率潮流算法综述

上:一是如何处理输入随机变量之间的相关性;二是

如何正确分析静态安全稳定问题;三是如何更为精确地描述系统运行状态。文献[49]提出一种基于Cholesky分解的计及输入变量相关性的半不变量法概率潮流计算方法,并提出基于蒙特卡洛抽样的方法解决一些输入变量的半不变量难以被常规数值

方法求解的问题。文献[50]以受时域和地域不均匀分布影响的系统当前运行状态为基础构造预想事故

集,

将全概率理论和半不变量法概率潮流相结合,提出一种考虑电网静态安全风险的概率潮流算法。文献[51]在当前结合半不变量和级数展开的概率潮流计算方法基础上,采用分段线性化手段减少潮流方

程线性化误差,

提高系统状态量的求解精度,并引入C型Gram-Charlier级数改进概率密度函数准确

性。

4.3 序列运算理论

为了将原本复杂的卷积计算转换为简单的算术

运算,康重庆教授创建了序列运算理论[52]

,在此基

础上扩展了概率性序列运算方法[53]

,从而形成了全

新的电力系统不确定性分析框架。文献[54

]提出了基于序列运算的概率直流潮流计算方法。该理论中,将输电元件(包括输电线路和变压器)定义为双向元件,将发电机组和节点负荷定义为单向元件,通

过确定性直流潮流方程(式(5))计算输电线路潮流分布。

Pl,T=∑

NB

k=1

Gl?kPk(5

)式中:l=1,2,…,NT,其中NT为输电元件数;Pl,T

为输电元件l的有功潮流;Pk为节点k的有功功率注入;Gl-k为节点k与输电元件l之间的功率转移分布因子;NB为节点数。直流潮流中变量的概率特性序列化与自定义的序乘、卷和运算是该概率潮流算法的关键。具体计算步骤可以概括如下。

)通过离散化步长将节点功率Pk和分布因子Gl-k作序列化,

形成相应的概率性序列。2)根据式(5

)通过序乘运算将节点k的概率功率转换为输电元件l的单节点潮流贡献。

3)考虑到所有节点的影响,通过卷和运算计算输电元件l上的累积潮流。其中,若单个节点有多台发电机组或负荷,则需要在相应变量序乘运算后进行卷和运算,从而获得单个节点对某一输电元件的有功潮流贡献。

基于序列运算的概率直流潮流是以简化序列卷积为出发点,其自定义的卷和、序乘等运算方法计算简单,在效率上具有很大的优势。但由于序列的建立和运算的定义都要满足全新的规则和要求,从而

限制了该方法的大规模推广应用。

4.4 解析法概率潮流展望

解析法概率潮流的研究重点在卷积运算的高效处理上,快速傅里叶运算难以处理大规模电力系统的多变量计算,

序列运算理论体系架构的特殊性使之难以在短时间内大规模推广,因此半不变量法是解析法中研究的热点算法。半不变量法在处理正态分布的变量相关性上已有较多的研究,该算法的研究重点是非正态分布的变量相关性处理,

改善各阶矩和半不变量的计算精度与计算效率,获得更为准确的概率密度函数。

5 结语

电力系统中不确定因素的增加使得概率潮流成

为研究热点之一。本文从概率潮流算法原理的角度出发,将电力系统概率潮流算法分为模拟法、近似法

和解析法3类,

对各算法的研究现状和发展进行了综述和总结,并对各类算法的发展趋势提供了分析

思路。

概率潮流与确定性潮流本质上的区别在于输入变量的不确定性,计算目标是合理反映随机分布本身的概率特性对于系统潮流的影响,因此,概率潮流的研究目的可概括为随机变量的概率输入及其对潮流输出的概率贡献。模拟法分析输入随机变量的抽样方法,

近似法关注输出与输入之间的转化关系,解析法重点讨论系统方程卷积的计算与简化,而3类方法中随机变量概率分布的表征和相关性分析都是关键因素。

面对新环境下电力系统的全新特征,未来概率潮流算法研究的总体发展趋势应该包含以下几个主要方向:①可再生能源功率输出的概率密度函数并不一定精确满足特定的典型分布,

如何生成适用于概率潮流计算的准确的可再生能源功率输出的概率

分布非常重要,目前已有的核密度估计法[34]

具有很大的研究空间;②在大规模新能源集中并网的趋势下,如何处理区域内新能源功率输出的复杂相关性变得日益重要;③电动汽车作为电网互动性负荷,与电网的功率交互是双向的,如何对双向功率负荷进行概率建模也是研究难点之一;④电力市场机制下

的电源和负荷具备开放性特点[11]

,基于市场特征和

需求响应的最优概率潮流分析[55-56

]具备很高的研究意义。

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stems,2013,28(4):4209-4217.刘 宇(1990—),男,博士研究生,主要研究方向:电力系统运行规划、新能源并网。E-mail:liuy

u_seu@126.com高 山(1973—),男,通信作者,副教授,博士生导师,主要研究方向:

电力系统运行规划、新能源并网、柔性输电技术在电力系统中的应用、负荷预测。E-mail:shangao@seu.edu.cn

杨胜春(1973—),男,研究员级高级工程师,主要研究方向:智能电网及电网调度自动化。E-mail:yangshengchun@epri.sg

cc.com.cn(编辑 万志超)

Review on Algorithms for Probabilistic Load Flow in Power Sy

stemLIU Yu1,

2,GAO Shan1,

2,YANG Shengchun3,YAO Jianguo3

(1.School of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing 

210018,China;2.Key Laboratory of Smart Grid Technology 

and Equipment in Jiangsu Province,Southeast University,Nanjing 

210018,China;3.China Electric Power Research Institute(Nanjing),Nanjing 

210003,China)Abstract:Probabilistic load flow is the foundation of solving 

problems with uncertainties in the power system.With thedevelopment of intermittent energy and the raise of randomness of power systems,researches on probabilistic load flow haveextensively increased in recent years.This paper is intended to make a brief survey 

on algorithms for probabilistic load flow byproceeding from the principle of the algorithms and their merits and demerits.Firstly,problems studied by probabilistic loadflow are treated including the development of probabilistic load flow,calculating models and evaluating indicators,followed byapplications of probabilistic load flow in power systems.The primary 

coverage is the review of different algorithms ofprobabilistic load flow classified according to the differences in theory.The main contents involve the principles,advantagesand drawbacks and applicability of different algorithms,followed by an overall evaluation and their development trend.Vistasof research are proj

ected into the future.This work is supported by National High Technology 

Research and Development Program of China(863Program)(No.2011AA05A105),State Grid Corporation of China(No.DZ71-13-036)and Beijing 

Natural Science Foundation(No.3132035).Key 

words:uncertainty;probabilistic load flow;correlation;simulation of sampling;approximate calculation櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧(上接第70页 continued from pag

e 70)Calculation of DC Side Harmonic Currents for LCC-MMC Hybrid HVDC Transmission Sy

stemZHANG Zheren,XU Zheng,XUE Ying

lin(College of Electrical Engineering,Zhejiang 

University,Hangzhou 310027,China)Abstract:For a hybrid high-voltage direct current(HVDC)transmission system using 

the line commutated converter(LCC)atthe rectifier side and the modular multilevel converter(MMC)at the inverter side,a calculation method and the completeprocess of harmonic current at the DC side are proposed.Firstly,the LCC at the rectifier side is replaced by 

the three-pulseharmonic voltage source,whose harmonic output characteristic is equivalent to a twelve-pulse converter.Secondly,the MMC isrepresented by apassive electric network,with an improved calculating 

method for the coupled line model introduced forcalculating the admittance matrix of DC transmission lines.Finally,by comparing with harmonic current calculation results atthe DC side of a digital simulation model based on PSCAD/EMTDC,the accuracy 

of the proposed method is verified.This work is supported by National High Technology Research and Development Program of China(863Program)(No.2012AA051704).

Key 

words:hybrid high-voltage direct current transmission;DC line;harmonic current;calculation process—

531—·综述· 刘 宇,等 电力系统概率潮流算法综述

matlab电力系统潮流计算

华中科技大学 信息工程学院课程设计报告书题目: 电力系统潮流计算 专业:电气工程及其自动化 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 2015年 11 月 10 日

2015年11月12日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要 电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计算,潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算,对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算,可以得到各种电网各节点的电压,并求得网络的潮流及网络中的各元件的电力损耗,进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体分析,并有MATLAB仿真。 关键词:电力系统潮流计算 MATLAB仿真

Abstract Electric power system steady flow calculation and analysis of the static safety analysis. This paper, by means of the calculation, flow calculation is the trend of the power network design and operation of the most basic operations of electric power network, various design scheme and the operation ways to tide computation, can get all kinds of each node of the power grid voltage and seek the trend of the network and the network of the components of the power loss, and getting electric power. The standard is to use the power flow calculation and analysis, the specific have MATLAB simulation. Key words: Power system; Flow calculation; MATLAB simulation

电力系统分析课程设计-潮流计算

目录 摘要 (1) 1.任务及题目要求 (2) 2.计算原理 (3) 2.1牛顿—拉夫逊法简介 (3) 2.2牛顿—拉夫逊法的几何意义 (7) 3计算步骤 (7) 4.结果分析 (9) 小结 (11) 参考文献 (12) 附录:源程序 (13) 本科生课程设计成绩评定表 (32)

摘要 电力系统的出现,使高效,无污染,使用方便,易于调控的电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,发生率第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已经成为一个国家经济发展水平的标志之一。 电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算,也是最重要的计算。所谓潮流计算,就是已知电网的接线方式与参数及运行条件,计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统,通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限,如果有越限,就应采取措施,调整运行方式。对于正在规划的电力系统,通过潮流计算,可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。 在电力系统运行方式和规划方案的研究中,都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时,为了实时监控电力系统的运行状态,也需要进行大量而快速的潮流计算。因此,潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时,采用离线潮流计算;在电力系统运行状态的实时监控中,则采用在线潮流计算。 关键词:电力系统潮流计算牛顿-拉夫逊法

电力系统潮流分析设计

长沙学院 课程设计说明书 题目牛顿拉夫逊法潮流计算 系(部) 电子信息与电气工程系 专业(班级) 电气工程及其自动化 姓名王超洋 学号2012042101 指导教师冯婉张文娟饶瑜 起止日期2014.12.22-2014.12.27 1 电力系统分析课程设计任务书 系(部):电子信息与电气工程系专业:电气工程及其自动化指导教师:冯婉

2 长沙学院课程设计鉴定表

3 设计说明书目录 第一章:概述 (5)

1.Matlab介绍 (5) 2.Matlab的使用优势 (5) 3.Matlab的主要特点 (6) 第二章:牛顿-拉夫逊法 (7) 1.牛顿-拉夫逊法理论介绍 (7) 2.用牛顿-拉夫逊法解方程 (7) 第三章:程序介绍 (8) 第四章:设计课题 (8) 第五章:实验程序图及结论 (9) 致谢 (18) 参考文献 (19) 4 第一章:概述 1.Matlab介绍:

本次实验使用matlab软件进行设计,MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合,意为矩阵工厂(矩阵实验室)。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。 2.Matlab的使用优势 使用matlab进行潮流分析的优势是明显的,其中包括: 1 高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来; 2 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化; 3 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握; 5 4 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。 同时,对于新手而言,matlab的简单易用是其它软件无法做到的,它是一个

电力系统潮流计算课程设计报告

课程设计报告 学生:学号: 学院: 班级: 题目: 电力系统潮流计算课程设计

课设题目及要求 一 .题目原始资料 1、系统图:两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连。 2、发电厂资料: 母线1和2为发电厂高压母线,发电厂一总装机容量为( 300MW ),母线3为机压母线,机压母线上装机容量为( 100MW ),最大负荷和最小负荷分别为50MW 和20MW ;发电厂二总装机容量为( 200MW )。 3、变电所资料: (一) 变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为:35KV 10KV 35KV 10KV (二) 变电所的负荷分别为: 60MW 40MW 40MW 50MW (三) 每个变电所的功率因数均为cos φ=0.85; 变电所1 变电所母线 电厂一 电厂二

(四) 变电所1和变电所3分别配有两台容量为75MVA 的变压器,短路损 耗414KW ,短路电压(%)=16.7;变电所2和变电所4分别配有两台容 量为63MVA 的变压器,短路损耗为245KW ,短路电压(%)=10.5; 4、输电线路资料: 发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中,单位长度的电阻为Ω17.0,单位长度的电抗为Ω0.402,单位长度的电纳为S -610*2.78。 二、 课程设计基本容: 1. 对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数,画出等值电路图。 2. 输入各支路数据,各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷 情况下的潮流计算,并对计算结果进行分析。 3. 跟随变电所负荷按一定比例发生变化,进行潮流计算分析。 1) 4个变电所的负荷同时以2%的比例增大; 2) 4个变电所的负荷同时以2%的比例下降 3) 1和4号变电所的负荷同时以2%的比例下降,而2和3号变电所的 负荷同时以2%的比例上升; 4. 在不同的负荷情况下,分析潮流计算的结果,如果各母线电压不满足要 求,进行电压的调整。(变电所低压母线电压10KV 要求调整围在9.5-10.5 之间;电压35KV 要求调整围在35-36之间) 5. 轮流断开支路双回线中的一条,分析潮流的分布。(几条支路断几次) 6. 利用DDRTS 软件,进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析,并进 行结果的比较。 7. 最终形成课程设计成品说明书。 三、课程设计成品基本要求: 1. 在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图 2. 通过输入数据,进行潮流计算输出结果 3. 对不同的负荷变化,分析潮流分布,写出分析说明。 4. 对不同的负荷变化,进行潮流的调节控制,并说明调节控制的方法,并 列表表示调节控制的参数变化。 5. 打印利用DDRTS 进行潮流分析绘制的系统图,以及潮流分布图。

电力系统最优潮流算法综述

电力系统最优潮流算法综述 赵 爽 任建文 华北电力大学 河北省 保定市 071003 摘 要 在电力系统中,实现系统的安全经济运行对国民经济发展具有重大的意 义。最优潮流是同时考虑网络的安全性和系统的经济性的一种实现电力系统优化的 问题。由于其安全约束条件众多、数学模型求解复杂,故难以实现经济性与安全性 的统一,因此一直是研究的热点问题。从理论出发论述了研究电力系统最优潮流问 题的意义,回顾近20年来国内外关于最优潮流的逐步发展的过程,介绍求解最优潮 流的线性方法、非线性方法和其他新型方法,并对主要的优化方法列出具有代表性 的文献,指出其优缺点,提出最优潮流有待深入研究的方向。 关键词 电力系统 最优潮流 线性算法 非线性算法 中国图书分类法分类号 TM The Summarize of Optimal Power Flow Methods of the Power System Zhao Shuang Ren Jianwen North China of Electric Power University Baoding Hebei 071003 Abstract: In the power system, the realization of the safety and economic function is important to the national economic. Optimal power flow is a problem to realize the optimization of the system which the safety of the network and the economic of the system are considered at the same time. For many restricted safe conditions and the complex of the mathematic models, it is difficult to realize the unite of the economic and security, so this question is the hotspot all along. This paper discusses the meaning of making research on the optimal power flow problem of power system. The research history and actuality on optimal power flow problem home and abroad are also summarized. And it introduces the linear method、the non-linear method and other new methods to solve the optimal power flow. Furthermore, some research directions that need to study in depth are put forward. Key words power system optimal power flow linear method non-linear method 1 引言 电力系统最优潮流的发展可以回溯到60年代初基于协调方程式的经典经济调度方法。

电力系统潮流计算详解

首先声明一下,这些是从网站上转载的,不是本人上编写的 基于MATLAB的电力系统潮流计算 %简单潮流计算的小程序,相关的原始数据数据数据输入格式如下: %B1是支路参数矩阵,第一列和第二列是节点编号。节点编号由小到大编写%对于含有变压器的支路,第一列为低压侧节点编号,第二列为高压侧节点%编号,将变压器的串联阻抗置于低压侧处理。 %第三列为支路的串列阻抗参数。 %第四列为支路的对地导纳参数。 %第五烈为含变压器支路的变压器的变比 %第六列为变压器是否是否含有变压器的参数,其中“1”为含有变压器,%“0”为不含有变压器。 %B2为节点参数矩阵,其中第一列为节点注入发电功率参数;第二列为节点%负荷功率参数;第三列为节点电压参数;第六列为节点类型参数,其中 %“1”为平衡节点,“2”为PQ节点,“3”为PV节点参数。 %X为节点号和对地参数矩阵。其中第一列为节点编号,第二列为节点对地%参数。 n=input('请输入节点数:n='); n1=input('请输入支路数:n1='); isb=input('请输入平衡节点号:isb='); pr=input('请输入误差精度:pr='); B1=input('请输入支路参数:B1='); B2=input('请输入节点参数:B2='); X=input('节点号和对地参数:X='); Y=zeros(n); Times=1; %置迭代次数为初始值 %创建节点导纳矩阵 for i=1:n1 if B1(i,6)==0 %不含变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/B1(i,3); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); Y(q,q)=Y(q,q)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); else %含有变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/(B1(i,3)*B1(i,5)); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3); Y(q,q)=Y(q,q)+1/(B1(i,5)^2*B1(i,3)); end

用matlab电力系统潮流计算

题目:潮流计算与matlab 教学单位电气信息学院姓名 学号 年级 专业电气工程及其自动化指导教师 职称副教授

摘要 电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计算,潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算,对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算,可以得到各种电网各节点的电压,并求得网络的潮流及网络中的各元件的电力损耗,进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体分析,并有MATLAB仿真。 关键词:电力系统潮流计算 MATLAB Abstract Electric power system steady flow calculation and analysis of the static safety analysis. This paper, by means of the calculation, flow calculation is the trend of the power network design and operation of the most basic operations of electric power network, various design scheme and the operation ways to tide computation, can get all kinds of each node of the power grid voltage and seek the trend of the network and the network of the components of the power loss, and getting electric power. The standard is to use the power flow calculation and analysis, the specific have MATLAB simulation. Key words: Power system; Flow calculation; MATLAB simulation

matlab电力系统潮流计算

m a t l a b电力系统潮流计 算 Final approval draft on November 22, 2020

华中科技大学 信息工程学院课程设计报告书题目: 电力系统潮流计算 专业:电气工程及其自动化 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 2015年 11 月 10 日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要 电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计算,潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算,对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算,可以得到各种电网各节点的电压,并求得网络的潮流及网络中的各元件的电力损耗,进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体分析,并有MATLAB仿真。 关键词:电力系统潮流计算 MATLAB仿真

Abstract Electric power system steady flow calculation and analysis of the static safety analysis. This paper, by means of the calculation, flow calculation is the trend of the power network design and operation of the most basic operations of electric power network, various design scheme and the operation ways to tide computation, can get all kinds of each node of the power grid voltage and seek the trend of the network and the network of the components of the power loss, and getting electric power. The standard is to use the power flow calculation and analysis, the specific have MATLAB simulation. Key words: Power system; Flow calculation; MATLAB simulation

电力系统潮流分析

潮流计算的意义 (1)在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。 (2)在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。 (3)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 (4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。 总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中,都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时,为了实时监控电力系统的运行状态,也需要进行大量而快速的潮流计算。因此,潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时,采用离线潮流计算;在电力系统运行状态的实时监控中,则采用在线潮流计算。编辑本段潮流计算的发展史

利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。此后,潮流计算曾采用了各种不同的方法,这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点: (1)算法的可靠性或收敛性 (2)计算速度和内存占用量 (3)计算的方便性和灵活性 电力系统潮流计算属于稳态分析范畴,不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程,是一组高阶非线性方程。非线性代数方程组的解法离不开迭代,因此,潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛,并给出正确答案。随着电力系统规模的不断扩大,潮流问题的方程式阶数越来越高,目前已达到几千阶甚至上万阶,对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。 在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段,人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法(一下简称导纳法)。这个方法的原理比较简单,要求的数字计算机的内存量也比较小,适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平,于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法(以下简称阻抗法)。

电力系统潮流计算

第四章 电力系统潮流分析与计算 电力系统潮流计算是电力系统稳态运行分析与控制的基础,同时也是安全性分析、稳定性分析电磁暂态分析的基础(稳定性分析和电磁暂态分析需要首先计算初始状态,而初始状态需要进行潮流计算)。其根本任务是根据给定的运行参数,例如节点的注入功率,计算电网各个节点的电压、相角以及各个支路的有功功率和无功功率的分布及损耗。 潮流计算的本质是求解节点功率方程,系统的节点功率方程是节点电压方程乘以节点电压构成的。要想计算各个支路的功率潮流,首先根据节点的注入功率计算节点电压,即求解节点功率方程。节点功率方程是一组高维的非线性代数方程,需要借助数字迭代的计算方法来完成。简单辐射型网络和环形网络的潮流估算是以单支路的潮流计算为基础的。 本章主要介绍电力系统的节点功率方程的形成,潮流计算的数值计算方法,包括高斯迭代法、牛顿拉夫逊法以及PQ 解藕法等。介绍单电源辐射型网络和双端电源环形网络的潮流估算方法。 4-1 潮流计算方程--节点功率方程 1. 支路潮流 所谓潮流计算就是计算电力系统的功率在各个支路的分布、各个支路的功率损耗以及各个节点的电压和各个支路的电压损耗。由于电力系统可以用等值电路来模拟,从本质上说,电力系统的潮流计算首先是根据各个节点的注入功率求解电力系统各个节点的电压,当各个节点的电压相量已知时,就很容易计算出各个支路的功率损耗和功率分布。 假设支路的两个节点分别为k 和l ,支路导纳为kl y ,两个节点的电压已知,分别为k V 和l V ,如图4-1所示。 图4-1 支路功率及其分布 那么从节点k 流向节点l 的复功率为(变量上面的“-”表示复共扼): )]([l k kl k kl k kl V V y V I V S (4-1) 从节点l 流向节点k 的复功率为: )]([k l kl l lk l lk V V y V I V S (4-2) 功率损耗为: 2)()(kl kl l k kl l k lk kl kl V y V V y V V S S S (4-3)

牛顿法潮流计算综述

潮流例题:根据给定的参数或工程具体要求(如图),收集和查阅资料;学习相关软件(软件自选:本设计选择Matlab进行设计)。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 一、设计原理 1.牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后,在这个基础上,找到比x0 更接近的方程的跟,一步一步迭代,从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算,一般来说,各个母线所供负荷的功率是已知的,各个节点电压是未知的(平衡节点外)可以根据网络结构形成节点导纳矩阵,然后由节点导纳矩阵列写功率方程,由于功率方程里功率是已知的,电压的幅值和相角是未知的,这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组,需要将上述功率方程改写成功率平衡方程,并对功率平衡方程求偏导,得出对应的雅可比矩阵,给未知节点赋电压初值,一般为额定电压,将初值带入功率平衡方程,得到功率不平衡量,这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不

平衡量(未知的)构成了误差方程,解误差方程,得到节点电压不平衡量,节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值,将新的初值带入原来的功率平衡方程,并重新形成雅可比矩阵,然后计算新的电压不平衡量,这样不断迭代,不断修正,一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤: (1)形成各节点导纳矩阵Y。 (2)设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 (3)计算各个节点的功率不平衡量。 (4)根据收敛条件判断是否满足,若不满足则向下进行。 (5)计算雅可比矩阵中的各元素。 (6)修正方程式个节点电压 (7)利用新值自第(3)步开始进入下一次迭代,直至达到精度退出循环。 (8)计算平衡节点输出功率和各线路功率 2.网络节点的优化 1)静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数,然后,按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时,则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中,出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也2)动态地按增加出线支路数最少编号在上述的方法中,各节点的出线支路数是按原始网络统计出来的,在编号过程中认为固定不变的,事实上,在节点消去过程中,每消去一个节点以后,与该节点相连的各节点的出线支路数将发生变化(增加,减少或保持不变)。因此,如果每消去一个节点后,立即修正尚未编号节点的出线支路数,然后选其中支路数最少的一个节点进行编号,就可以预期得到更好的效果,动态按最少出线支路数编号方法的特点就是按出线最少原则编号时考虑了消去过程中各节点出线支路数目的变动情况。 3.MATLAB编程应用 Matlab 是“Matrix Laboratory”的缩写,主要包括:一般数值分析,矩阵运算、数字信号处理、建模、系统控制、优化和图形显示等应用程序。由于使用Matlab 编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致,所以不像学习高级语言那样难于掌握,而且编程效率和计算效率极高,还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝,所以它的确为一高效的科研助手。 二、设计内容 1.设计流程图

电力系统分析潮流计算

电力系统分析潮流计算报告

目录 一.配电网概述 (3) 1.1 配电网的分类 (3) 1.2 配电网运行的特点及要求 (3) 1.3 配电网潮流计算的意义 (4) 二.计算原理及计算流程 (4) 2.1 前推回代法计算原理 (4) 2.2 前推回代法计算流程 (7) 2.3主程序清单: (9) 2.4 输入文件清单: (11) 2.5计算结果清单: (12) 三.前推回代法计算流程图 (13) 参考文献 (14)

一.配电网概述 1.1 配电网的分类 在电力网中重要起分配电能作用的网络就称为配电网; 配电网按电压等级来分类,可分为高压配电网(35—110KV),中压配电网(6—10KV,苏州有20KV的),低压配电网(220/380V); 在负载率较大的特大型城市,220KV电网也有配电功能。 按供电区的功能来分类,可分为城市配电网,农村配电网和工厂配电网等。 在城市电网系统中,主网是指110KV及其以上电压等级的电网,主要起连接区域高压(220KV及以上)电网的作用。 配电网是指35KV及其以下电压等级的电网,作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源。 从投资角度看,我国与国外先进国家的发电、输电、配电投资比率差异很大,国外基本上是电网投资大于电厂投资,输电投资小于配电投资。我国刚从重发电轻供电状态中转变过来,而在供电投资中,输电投资大于配电投资。从我国城网改造之后,将逐渐从输电投资转入配电建设为主。 本文是基于前推回代法的配电网潮流分析计算的研究,研究是是以根节点为10kV的电压等级的配电网。 1.2 配电网运行的特点及要求 配电系统相对于输电系统来说,由于电压等级低、供电范围小,但与用户直接相连,是供电部门对用户服务的窗口,因而决定了配电网运行有如下特点和基本要求:

电力系统潮流分析精编

电力系统潮流分析精编 Document number:WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986

潮流计算的意义 (1)在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要 求。 (2)在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投 运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出 改进网架结构,加快基建进度的建议。 (3)正常检修及下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 (4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。 总结为在和规划方案的研究中,都需要进行潮流计算 以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时,为了电力系统的运行状态,也需要进行大量而 快速的潮流计算。因此,潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和 安排系统的运行方式时,采用离线潮流计算;在的实时监 控中,则采用在线潮流计算。

潮流计算的发展史 利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经开始。此后,潮流计算曾采用了各种不同的方法,这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点:(1)算法的可靠性或收敛性 (2)计算速度和内存占用量 (3)计算的方便性和灵活性 电力系统潮流计算属于稳态分析范畴,不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程,是一组高阶非线性方程。非线性代数方程组的解法离不开迭代,因此,潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛,并给出正确答案。随着电力系统规模的不断扩大,潮流问题的方程式阶数越来越高,目前已达到几千阶甚至上万阶,对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。 在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段,人们普遍采用以节点导纳为基础的高斯-赛德尔迭代法(一下简称导纳法)。这个方法的原理比较简单,要求的数字计算机的内存量也比较小,适应当时的制作水平和电力系

用Matlab计算潮流计算电力系统分析

《电力系统潮流上机》课程设计报告 院系:电气工程学院 班级:电088班 学号: 0812002221 学生姓名:刘东昇 指导教师:张新松 设计周数:两周 日期:2010年 12 月 25 日

一、课程设计的目的与要求 目的:培养学生的电力系统潮流计算机编程能力,掌握计算机潮流计算的相关知识 要求:基本要求: 1.编写潮流计算程序; 2.在计算机上调试通过; 3.运行程序并计算出正确结果; 4.写出课程设计报告 二、设计步骤: 1.根据给定的参数或工程具体要求(如图),收集和查阅资料;学习相关软件(软件自选:本设计选择Matlab进行设计)。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 三、设计原理 1.牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后,在这个基础上,找到比x0 更接近的方程的跟,一步一步迭代,从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算,一般来说,各个母线所供负荷的功率是已知的,各个节点电压是未知的(平衡节点外)可以根据网络结构形成节点导纳矩阵,然后由节点导纳矩阵列写功率方程,由于功率方程里功率是已知的,电压的幅值和相角是未知的,这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组,需要将上述功率方程改写成功率平衡方程,并对功率平衡方程求偏导,得出对应的雅可比矩阵,给未知节点赋电压初值,一般为

额定电压,将初值带入功率平衡方程,得到功率不平衡量,这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量(未知的)构成了误差方程,解误差方程,得到节点电压不平衡量,节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值,将新的初值带入原来的功率平衡方程,并重新形成雅可比矩阵,然后计算新的电压不平衡量,这样不断迭代,不断修正,一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤: (1)形成各节点导纳矩阵Y。 (2)设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 (3)计算各个节点的功率不平衡量。 (4)根据收敛条件判断是否满足,若不满足则向下进行。 (5)计算雅可比矩阵中的各元素。 (6)修正方程式个节点电压 (7)利用新值自第(3)步开始进入下一次迭代,直至达到精度退出循环。 (8)计算平衡节点输出功率和各线路功率 2.网络节点的优化 1)静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数,然后,按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时,则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中,出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也2)动态地按增加出线支路数最少编号在上述的方法中,各节点的出线支路数是按原始网络统计出来的,在编号过程中认为固定不变的,事实上,在节点消去过程中,每消去一个节点以后,与该节点相连的各节点的出线支路数将发生变化(增加,减少或保持不变)。因此,如果每消去一个节点后,立即修正尚未编号节点的出线支路数,然后选其中支路数最少的一个节点进行编号,就可以预期得到更好的效果,动态按最少出线支路数编号方法的特点就是按出线最少原则编号时考虑了消去过程中各节点出线支路数目的变动情况。 3.MATLAB编程应用 Matlab 是“Matrix Laboratory”的缩写,主要包括:一般数值分析,矩阵运算、数字信号处理、建模、系统控制、优化和图形显示等应用程序。由于使用Matlab 编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致,所以不像学习高级语言那样难于掌握,而且编程效率和计算效率极高,还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝,所以它的确为一高效的科研助手。 四、设计内容

基于MATLAB的电力系统潮流计算

基于MATLAB的电力系统潮流计算 %简单潮流计算的小程序,相关的原始数据数据数据输入格式如下: %B1是支路参数矩阵,第一列和第二列是节点编号。节点编号由小到大编写%对于含有变压器的支路,第一列为低压侧节点编号,第二列为高压侧节点%编号,将变压器的串联阻抗置于低压侧处理。 %第三列为支路的串列阻抗参数。 %第四列为支路的对地导纳参数。 %第五烈为含变压器支路的变压器的变比 %第六列为变压器是否是否含有变压器的参数,其中“1”为含有变压器,%“0”为不含有变压器。 %B2为节点参数矩阵,其中第一列为节点注入发电功率参数;第二列为节点%负荷功率参数;第三列为节点电压参数;第六列为节点类型参数,其中 %“1”为平衡节点,“2”为PQ节点,“3”为PV节点参数。 %X为节点号和对地参数矩阵。其中第一列为节点编号,第二列为节点对地%参数。 n=input('请输入节点数:n='); n1=input('请输入支路数:n1='); isb=input('请输入平衡节点号:isb='); pr=input('请输入误差精度:pr='); B1=input('请输入支路参数:B1='); B2=input('请输入节点参数:B2='); X=input('节点号和对地参数:X='); Y=zeros(n); Times=1; %置迭代次数为初始值 %创建节点导纳矩阵 for i=1:n1 if B1(i,6)==0 %不含变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/B1(i,3); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); Y(q,q)=Y(q,q)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); else %含有变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/(B1(i,3)*B1(i,5)); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3);

P-Q分解法潮流计算方法改进综述

P-Q分解法潮流计算方法改进综述 摘要:本文介绍了P-Q分解法潮流计算方法的数学模型,简化假设及特点,总 结了P-Q分解法在低压配电网络中,随着支路R/X比值的增大所带来的迭代次数 增大和不收敛性的解决方法,及该方法在不同假设条件下收敛性,并提出了自己 的见解。 关键词: P-Q分解法;收敛性;大R/X比支路 1 潮流计算的数学模型 P-Q分解法又称为快速解耦法,是基于牛顿-拉夫逊法的改进,其基本思想是:把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式,抓住主要矛盾,把有功功率误差作 为修正电压向量角度的依据,把无功功率误差作为修正电压幅值的依据,把有功 功率和无功功率迭代分开进行【1】。 对一个有 n 个节点的系统,假定第1个为平衡节点,第 2~m+1号节点为PQ 节点,第m+2~n号节点为PV节点,则对于每一个PQ或PV节点,都可以在极坐 标形式下写出一个有功功率的不平衡方程式: 这些假设密切地结合了电力系统的某些固有特点,作为电力系统潮流计算广泛使用的一 种算法,P-Q分解法无论是内存占用量还是计算速度方面都比牛顿-拉夫逊法有了较大的改进,主要反映在以下三点: ① 在修正方程式中,B’和B’’二者的阶数不同。B’为n-1 阶,B ‘’为m阶方阵,简化了牛 顿法的一个n+m-1的方程组,显著减少了方程组的求解难度,相应地也提高了计算速度。 ②用常系数矩阵B’和B’’代替了变系数雅可比矩阵,而且系数矩阵的元素在迭代过程中 保持不变。系数矩阵的元素是由导纳矩阵元素的虚部构成的,可以在进行迭代过程以前,对 系数矩阵形成因子表,然后反复利用因子表对不同的常数项△P/V 或△Q/V进行前代和回代 运算,就可以迅速求得电压修正量,从而提高了迭代速度,大大地缩短了每次迭代所需的时 间【2】。 ③用对称的B’和B’’代替了不对称的雅可比矩阵,因此只需要存储因子表的上三角部分,这样减少了三角分解的计算量和内存【2】。 3 P-Q分解法的收敛性改进 在各种文献中,都有对P-Q分解法从不同方面提出了讨论和改进,有些是对硬件的改进,如使用并行算法和相应的并行软件来替代原来的串行处理,有些是对算法程序做出了改进, 方法众多,不在此累述。但是我注意到,在实际应用中,由于理论与实际复杂多变的差别, 一些网络如果不满足P-Q分解法的前提假设,可能会出现迭代次数增加或不收敛的情况,而 一些病态系统或重负荷系统,特别是放射状电力网络的系统,也会出现计算过程的振荡或不 收敛的情况。针对此类异常网络,从网络参数改进的角度出发,对此做出了总结。 3.1 大R/X比支路的处理 一般来说,110KV以上的高压电力网中,输电线支路易满足R<

电力系统概率潮流计算的计算方法与比较毕业设计任务书

毕业设计(论文)任务书 信息与电气工程系电工电子基础教研室 系(教研室)主任:(签名)年月日 学生姓名:学号:专业:电气工程及其自动化 1 设计(论文)题目及专题:电力系统概率潮流计算的计算方法与比较 2 学生设计(论文)时间:自 2020年1月9日开始至 2020年5月 25日止 3 设计(论文)所用资源和参考资料: [1]陈倪.电力系统概率潮流计算[D].东南大学,1990. [2]戴小青. 电力系统概率潮流新算法及其应用[D].华北电力大学(北京),2006. [3] 张建芬,王克文,宗秀红,谢志棠.几种概率潮流模型的准确性比较分析[J].郑州大学学报(工学版),2003(04):32-36. [4]DING Ming, LI Shenghu, HUANG Kai. Probabilistic load flow analysis based on Monte-Carlo simulation [J]. Power System Technology, 2007, 25(11):10-14. [5]MORALES J M,BARINGO L,CONEJO A J, et al. Probabilistic power flowwith correlated wind sources[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2010, 4(5):641-651. [6]代景龙,韦化,鲍海波,等. 基于无迹变换含分布式电源系统的随机潮流[J]. 电力自动化设备, 2016, 36(3):86-93. [7]张衡,程浩忠,曾平良,等. 分位数拟合的点估计法随机潮流在输电网规划中的应用[J]. 电力自动化设备, 2018, 38(11):43-49. [8]方斯顿,程浩忠,徐国栋,等. 基于Nataf变换和准蒙特卡洛模拟的随机潮流计算[J]. 电力自动化设备, 2015, 35(8):38-44. 4 设计(论文)应完成的主要内容: (1)电力系统概率潮流概述;(2)基于蒙特卡洛法的概率潮流计算;(3)基于累积量法的概率潮流计算;(4)基于点估计法的概率潮流计算;(5)基于无迹变换法的概率潮流计算;(6)各种计算方法的比较分析。

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