配电网络的拓扑分析及潮流计算
含分布式电源的配电网潮流计算
含分布式电源的配电网潮流计算一、本文概述随着可再生能源的快速发展和广泛应用，分布式电源（Distributed Generation，DG）在配电网中的渗透率逐年提高。
分布式电源包括风力发电、光伏发电、微型燃气轮机等，它们具有位置灵活、规模适中、与环境兼容性强等特点，是智能电网的重要组成部分。
然而，分布式电源的接入对配电网的潮流分布、电压质量、系统稳定性等方面都产生了显著影响。
因此，准确进行含分布式电源的配电网潮流计算，对于保障配电网安全、经济运行具有重要意义。
本文旨在探讨含分布式电源的配电网潮流计算方法。
本文将对分布式电源的类型、特性及其在配电网中的应用进行简要介绍。
将重点分析分布式电源接入对配电网潮流计算的影响，包括电源位置、容量、出力特性等因素。
在此基础上，本文将提出一种适用于含分布式电源的配电网潮流计算模型和方法，并对其准确性、有效性进行验证。
本文还将对含分布式电源的配电网潮流计算在实际工程中的应用前景进行讨论。
通过本文的研究，旨在为配电网规划、运行和管理人员提供一套有效的潮流计算工具和方法，以应对分布式电源大量接入带来的挑战。
本文的研究成果也有助于推动智能电网、可再生能源等领域的技术进步和应用发展。
二、分布式电源建模在配电网潮流计算中，分布式电源（Distributed Generation，DG）的建模是至关重要的一步。
分布式电源通常包括风能、太阳能、小水电、生物质能等多种类型，它们的接入位置和容量对配电网的潮流分布、电压质量、系统稳定性等方面都有显著影响。
建模过程中，首先需要明确分布式电源的类型和特性。
例如，对于光伏电源，其输出功率受到光照强度、温度等自然条件的影响，具有随机性和波动性；而对于风力发电，其输出功率则受到风速、风向、湍流强度等因素的影响，同样具有不确定性。
因此，在建模时需要考虑这些不确定性因素，以更准确地描述分布式电源的实际运行状况。
需要根据分布式电源的具体接入方式和位置，建立相应的数学模型。
配电网络电气计算.pptx
（三）谐波分布计算的特点
配电网是输电网和用户之间的纽带，它实现 直接向用户供电的功能，而用户是谐波的滋生 地，因此配电网是谐波的首要受害者和传播者， 它本身的结构和参数以及并联电容器装置的参 数，决定了它对谐波的传播特性，即是放大了 还是抑制了谐波。谐波源应视为电流源，并按 阻抗分流原理确定它在配电网中的分布。
在配电网有功电源的分布一定的情况下， 配电网的有功网损是各节点无功补偿容量 的函数，因此，配电网的有功网损，即无 功补偿的目标函数可以写成
P P (QC1, QC 2 , , QCj , , QCm )
第22页/共38页
经过无功最优补偿以后，无功功率应该满足下面 的平衡方程，即等式约束条件
P QCj
OP , ( j
1,2,, m)
或
第27页/共38页
（二）遗传算法
遗传算法是一种基于自然群体遗传演化机制的高 效探索算法。它摒弃了传统的搜索方式，模拟自 然界生物进化过程，采用人工进化的方式对目标 空间进行随机化搜索。它将问题域中的可能解看 作是群体的一个个体或染色体，并将每一个体编 码成符号串形式，模拟达尔文的遗传选择和自然 淘汰的生物进化过程，对群体反复进行基于遗传 学的操作(选择、交叉和变异)，根据预定的目标适 应度函数对每个个体进行评价，依据“适者生存， 优胜劣汰”的进化规则，不断得到更优的群体， 同时以全局并行搜索方式来搜索优化群体中的最 优个体，求得满足要求的最优解。
一、配电网潮流计算的特点
网设施
配电系统多采用闭式网络结构， 具有开式运行的特点，因此，网络 往往呈现放射状。在6～10kV的配 电网中，往往只有一个电源点，因 此线路上的功率通常具有单向流动 性等等。
不能简单套用高压输电网潮流计 第1页/共38页 算常用的高斯-赛德尔法、牛顿法拉夫逊法或PQ分解法等方法。
配电网潮流计算方法概述
配电网潮流计算方法概述-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1配电网潮流计算方法概述目前，传统的电力系统潮流计算方法，如牛顿-拉夫逊法、PQ分解法等，均以高压电网为对象；而配电网络的电压等级较低，其线路特性和负荷特性都与高压电网有很大区别，因此很难直接应用传统的电力系统潮流计算方法。
由于缺乏行之有效的计算机算法，长期以来供电部门计算配电网潮流分布大多数采用手算方法。
80年代初以来，国内外专家学者在手算方法的基础上，发展了多种配电网潮流计算机算法。
目前辐射式配电网络潮流计算方法主要有以下两类：(1)直接应用克希霍夫电压和电流定律。
首先计算节点注入电流，再求解支路电流，最后求解节点电压，并以网络节点处的功率误差值作为收敛判据。
如逐支路算法，电压／电流迭代法、少网孔配电网潮流算法和直接法、回路分析法等。
(2)以有功功率P、无功功率Q和节点电压平方V2作为系统的状态变量，列写出系统的状态方程，并用牛顿-拉夫逊法求解该状态方程，即可直接求出系统的潮流解。
如Dist flow算法等。
2 配电网络潮流计算的难点1.数据收集在配电网络潮流计算中，网络数据和运行数据的完整性和精确性是影响计算准确性的一个主要因素。
对实际运行部门来说，要提供出完整、精确的配电网网络数据和运行数据是很难办到的，这主要有下面几个原因：(1)由于配电网网络结构复杂，特别是10KV及以下电压等级的配电网络，用户多且分散，不可能在每一条配电馈线及分支线上安装测量表计，使得运行部门很难提供完整、精确的运行数据。
(2)在实际配电网中，有部分主干线安装自动测量表计，而大部分配电网络只能通过人工收集网络运行数据，很难保证运行数据的准确性。
因此限制了配电网潮流计算结果的精确性，使得大多数计算结果只能作为参考资料，而不能用于实际决策。
2.负荷的再分配由于配电网络的网络结构复杂、用户设备种类繁多、极其分散、以及各种测量表计安装不全等原因，使得运行部门无法统计出每台配电变压器的负荷曲线，只能提供较准确的配电网络根节点上(即降压变压器低压侧母线出口处)总负荷曲线。
现代配电系统运行与分析03(配电系统建模)
pri m
▪ 4）配电变压器的实用简化三相模型
变压器不采取额定变比？
Y T
2
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---变压器一次侧的分接头
n
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21
2.配 电 变 压 器
▪ 2）配电变压器的模型表示
变压器结点导纳矩阵
？
I Y U
n
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原始导纳矩阵
Ib Y U prim b
变压器结点-支路关联矩阵
？
I CI
b
n
Ub CUn
I CY U
b
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Ib YprimCU n
Y C Y 1 C
T
pri m
变压器漏磁导纳矩阵
01
专题3 配电系统分析方法及应用
▪ 3-1 配电系统建模 ▪ 3-2 配电网络拓扑分析 ▪ 3-3 配电系统潮流计算 ▪ 3-4 配电系统短路故障分析 ▪ 3-5 配电网络重构 ▪ 3-6 配电系统可靠性分析
01
3-1 配电系统建模
▪ 配电元件建模 ▪ 配电负荷模型 ▪ 配电系统模型 ▪ 配电系统基本方程
U Ua , Ub , Uc , Ua , Ub , Uc , ,Ua , Ub , Uc T
1
1
1
2
2
2
配电网拓扑分析方法研究_
第三章 配电网拓扑分析方法电力系统网络拓扑分析主要是处理开关信息的变化，形成新的网络接点，在网络发生变更的时候进行网络重构，为网络分析各种应用奠定基础[1]。
当前最主要的拓扑分析方法主要有邻接矩阵法和树搜索法两种。
本文在总结和分析邻接矩阵法和树搜法的基础上提出了针对配网拓扑分析的改进算法，并在GVMS电力可视化开发平台中予以应用。
3.1. 邻接矩阵法拓扑辨识矩阵元素全部为0或1的矩阵称为布尔矩阵。
配电网的邻接矩阵和由配电网邻接矩阵自乘n-1次得到的连通矩阵的所有元素都为0或1，所以配电网邻接矩阵和全连通矩阵皆为布尔矩阵。
布尔矩阵除了遵守普通矩阵的运算法则以外，还遵守布尔运算法则。
布尔运算法则如下所示：逻辑加，用∨表示：1∨1=1，1∨0=1，0∨0=0，0∨1=1.逻辑乘，用∧表示：1∧1=1，1∧0=0，0∧0=0，0∧1=0.基于邻接矩阵的电网拓扑辨识算法。
该算法使用节点-支路关联矩阵和之路-节点关联矩阵表示配电网络的基本拓扑结构，通过与开关状态矢量的运算得到节点-节点的邻接矩阵，通过对配电网相对应的网络图连通区域的拓扑分析实现对配电网络的拓扑辨识。
3.1.1. 辨识原理根据图论中网络拓扑理论，对于一个任意的拓扑网络，可以用节点-支路关联矩阵来描述其拓扑结构，而对于一个配电网系统的主接线图，可以抽象成为一个拓扑图来描述。
把配电网中的母线、馈线、各种负荷线映射为拓扑图中的节点；各种厂站开关、关联开关映射为拓扑图中的支路从而得到节点、支路拓扑图。
根据拓扑图中各节点-支路的关联关系列出相应的关联矩阵。
通过对关联矩阵的运算或者搜索分离连通区域，从而进一步进行母线和电气岛的分析。
如图3-1给出了一个典型的配电网结构[12]。
1819根据设备在配电网络中电气特性的近似性，把配电网络设备分成四部分：电源SK ， 开关BK ， 线路LK 和用户UK 。
在图3-1 中，连接所有开关、母线、S34S1S2图 3-1一个典型的配电网络图用户的线都称为L ；而变电站母线、开关站等母线都称为电源S ；所有的断路器、分段开关甚至包含熔断器都统称为开关B ；所有的用户包含配变、负荷母线， 在图中没有标出， 只是用箭头表示将要接用户。
潮流计算简答题
潮流计算简答题潮流计算数学模型与数值方法1. 什么是潮流计算？潮流计算的主要作用有哪些？潮流计算，电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。
潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。
对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
2. 潮流计算有哪些待求量、已知量？（已知量：1、电力系统网络结构、参数2、决定系统运行状态的边界条件待求量：系统稳态运行状态例如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等）3. 潮流计算节点分成哪几类？分类根据是什么？（分成三类：PQ 节点、PV 节点和平衡节点，分类依据是给定变量的不同）4. 教材牛顿-拉夫逊法及有功-无功分解法是基于何种电路方程？可否采用其它类型方程？答:基于节点电压方程，还可以采用回路电流方程和割集电压方程等。
但是后两者不常用。
5. 教材牛顿-拉夫逊法是基于节点阻抗方程、还是基于节点导纳方程进行迭代计算的？试阐述这两种方程的优点与缺点。
1.不能由等值电路直接求出2.满秩矩阵内存量大3.对角占优矩阵。
节点导纳矩阵的特点：1.直观容易形成2.对称阵3.稀疏矩阵（零元素多）：每一行的零元素个数=该节点直接连出的支路数。
6. 说出至少两种建立节点导纳矩阵的方法，阐述其中一种方法的原理与过程。
方法：1.根据自导纳和互导纳的定义直接求取2.运用一节点关联矩阵计算3.阻抗矩阵的逆矩阵节点导纳矩阵的形成：1.对角线元素ii Y 的求解)1,,0(=≠==i j Ii ii U i j U U I Y 【除i 外的其他节点接地，0=j U ，只在i 节点加单位电压值】解析ii Y 等于与i 节点直接相连的的所有支路导纳和2.互导纳),0,1(j k U U U I Y k j ji ij ≠===，ji ij Y Y =（无源网络导纳之间是对称的）解析：ij Y 等于j i ,节点之间直接相连的支路导纳的负值。
自-配电网络的拓扑分析及潮流计算
配电网络的拓扑分析及潮流计算李晨在当前经济迅猛发展、供电日趋紧张的情况下，通过配电网络重构,充分发挥现有配电网的潜力，提高系统的安全性和经济性，具有很大的经济效益和社会效益。
本文对配电网拓扑分析、对配电网络潮流计算作分析研究,应用MATLＡB编程来验证并分析配电网结构特点。
配电网的拓扑分析用树搜索法,并采用前推回代法进行潮流计算分析,通过树搜索形成网络拓扑表,然后利用前推回代法计算潮流分布。
1 配电网的接线分析配电网是指电力系统中二次降压侧直接或降压后向用户供电的网络。
配电网由馈线、降压变压器、断路器、各种开关构成。
就我国电力系统而言，配电网是指110ｋV及以下的电网。
在配电网中,通常把11０kV，3５kＶ级称为高压，１０kV级称为中压，0.4kＶ级称为低压。
从体系结构上,配电网可以分作辐射状网、树状网和环状网,如图2.３所示。
我国配电网大部分是呈树状结构。
辐射网树状网环状网图1-１配电网的体系结构１．1 配电网的支路节点编号通过简化可把一个复杂的配电网络简化成一个节点一边关系的树状网络，于是就可以运行图论的知识进行网络拓扑分析。
按照这种简化模型，易知:节点数目比支路数目和开关数目多1,所以节点从０开始编号，而支路数和开关数从1开始编号,这样编号三者在序号上就可以完全一致,为后面的网损计算打下良好的基础。
联络线支路和上面的联络开关编号放在最后处理。
图1-２节点支路编号示意图图中①为节点号，1为支路号,其它节点、支路编号的含义相同。
节点、支路编号原则:将根节点编为0,并按父节点小于子节点号的原则由根节点向下顺序编号,规定去路正方向为父节点指向子节点,且支路编号与其子节点同号,则网络结构为层次结构如图1－２所示。
但是在配电网重构中，每次重构后的网络要重新进行编号，这样工作量将非常巨大，不得于工作的进行，因此必须寻找新的网络数据存储方法。
1.２ 配电网的支路数据存储方式为了判断网络是否为辐射网和方便配电网潮流计算，本文采用上文所提到的编号方法,用结构数组来存储网络之间的连接关系和网络参数。
电力系统中的潮流计算和稳定分析
电力系统中的潮流计算和稳定分析电力系统是现代工业与生活的重要基础设施，通常由发电厂、变电站、输电线路、配电变压器等设备组成。
为保证电力系统的安全稳定运行，需要进行潮流计算和稳定分析。
一、潮流计算潮流计算是指在电力系统中计算各节点电压、功率、电流等电气量的过程。
其基本原理是基于欧姆定律和基尔霍夫电压定律和电流定律等基本定律，建立电力系统潮流方程。
该方程组由节点电压幅值、相角和电流幅值构成。
解出该方程组即可得到各节点的电压和电流。
潮流计算可以分为直流潮流和交流潮流。
1.直流潮流计算直流潮流计算是在电力系统中，将系统中所有的交流源、负荷以及网络元件都看作是直流模型，利用简化的欧姆定律和基尔霍夫电压定律和电流定律等基本定律，建立潮流方程组。
直流潮流计算的优点是计算简单、速度快、精度高。
适用于需要快速验证电力系统可行性的场合。
但由于采用了简化的电气模型，因此不能很好的反映交流系统中的非线性及复杂动态现象。
2.交流潮流计算交流潮流计算是在交流电力系统中，采用复数电气量相量分析方法，将系统中的所有元件，如发电机、负载、电容器、感性电抗器、变压器、输电线路等，以复数电气量的形式处理，并在此基础上建立方法或模型，有效地描述交流系统的各种非线性和动态现象。
交流潮流计算的优点是模型更为真实，能够考虑系统的非线性以及动态特性。
可以用于研究系统的稳定性，提高系统的稳定性和安全性。
二、稳定分析稳定分析是指电力系统在外界干扰下，研究系统动态特性的过程。
当外界干扰超出系统的承受能力时，系统会出现不稳定现象，也就是电力系统失去平衡，产生大的振荡或跳闸事故。
稳定分析主要包括暂态稳定分析和动态稳定分析。
1.暂态稳定分析暂态稳定分析是研究系统在突然的负荷变化、电力故障等外部因素的作用下，系统运动过程的过程。
包括了重大故障过后的电力系统恢复。
暂态稳定分析考虑了瞬态电压稳定和角稳定两方面，是评估电力系统在大干扰或重大故障后的稳定性，以及判断电力系统的灵敏程度。
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配电网络的拓扑分析及潮流计算
李晨
在当前经济迅猛发展、供电日趋紧张的情况下，通过配电网络重构，充分发挥现有配电网的潜力，提高系统的安全性和经济性，具有很大的经济效益和社会效益。
本文对配电网拓扑分析、对配电网络潮流计算作分析研究，应用MATLAB编程来验证并分析配电网结构特点。
配电网的拓扑分析用树搜索法，并采用前推回代法进行潮流计算分析，通过树搜索形成网络拓扑表，然后利用前推回代法计算潮流分布。
1 配电网的接线分析
配电网是指电力系统中二次降压侧直接或降压后向用户供电的网络。
配电网由馈线、降压变压器、断路器、各种开关构成。
就我国电力系统而言，配电网是指110kV及以下的电网。
在配电网中，通常把110kV，35kV级称为高压，10kV级称为中压，0.4kV级称为低压。
从体系结构上，配电网可以分作辐射状网、树状网和环状网，如图2.3所示。
我国配电网大部分是呈树状结构。
辐射网树状网环状网
图1-1配电网的体系结构
1.1 配电网的支路节点编号
通过简化可把一个复杂的配电网络简化成一个节点一边关系的树状网络，于是就可以运行图论的知识进行网络拓扑分析。
按照这种简化模型，易知：节点数目比支路数目和开关数目多1，所以节点从0开始编号，而支路数和开关数从1开始编号，这样编号三者在序号上就可以完全一致，为后面的网损计算打下良好的基础。
联络线支路和上面的联络开关编号放在最后处理。
图1-2节点支路编号示意图
图中①为节点号，1为支路号，其它节点、支路编号的含义相同。
节点、支路编号原则：将根节点编为0，并按父节点小于子节点号的原则由根节点向下顺序编号，规定去路正方向为父节点指向子节点，且支路编号与其子节点同号，则网络结构
为层次结构如图1-2所示。
但是在配电网重构中，每次重构后的网络要重新进行编号，这样工作量将非常巨大，不得于工作的进行，因此必须寻找新的网络数据存储方法。
1.2 配电网的支路数据存储方式
为了判断网络是否为辐射网和方便配电网潮流计算，本文采用上文所提到的编号方法，用结构数组来存储网络之间的连接关系和网络参数。
具体描述如下：父节点号；子节点号；支路电阻；支路电抗；子节点有功负荷；子节点无功负荷。
在此结构数组中，子节点号不能相同且必须包含除根节点外的所有节点，这样就避免了孤岛；如果出现相同的子节点号，要通过父节点与子节点位置交换以保证子节点的唯一性，这样来保证支路数目不变。
在此结构下利用上文提到的图论知识及搜索方法从根节点开始搜索，检查是否能达所有的子节点，以保证网络的连通性。
显然在这个结构数组中每一行代表一条支路的有关参数信息。
下面通过一个简单的网络如图1-3来说明如何判断网络的连通和辐射特性，从而形成网络的结构数组，其中实线为连通的线路，虚线为可连通的线路。
图1-3网络示意图
若初始网络的数据存储结构如矩阵所示：
在矩阵中第一、二列为支路的父节点与子节点，第三、四列是支路的电阻与电抗(与支路编号对应)，第五、六列为子节点的有功负荷与无功负荷(与支路编号对应)；最后三行为连支，其余为树支；连支子节点的负荷功率可以通过树支支路数据得到。
在这种存储方式下，当有连支闭合时，就应有树支打开，此时把连支的数据和树支相应的数据进行互换得到新的结构数组，但是此时并不能保证连通和辐射。
互换后，第一步检查第二列是否有相同的子节点，如果两行有相同子节点号，则对这两条支路中某一条支路的正方向进行调整，保证子节点号不同。
第二步是通过从根节点开始，搜索是否能到达所有的子节点，否则网络不连通。
⎥⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎥
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡8
8
776655
5544443333222211114
554435241312
010
x r x r x r Q P x r Q P x r Q P x r Q P x r Q P x r L L L L L L L L L L
2 配电网潮流计算方法
由于潮流计算在电力系统分析中所处的特殊地位和作用，对潮流计算方法的要求也很高，其基本要求是：
(1)有可靠的收敛性，对不同的系统及不同的运行条件都能收敛； (2)占用内存少、计算速度快；
(3)调整和修改容易，能满足工程上提出的各种需要。
前推回代法是配电网支路类算法中被广泛研究的一种算法。
对于辐射型网络，前推回代法的基本原理是：(1)假定节点电压不变，已知网络末端功率，由网络末端向首端计算支路功率损耗和支路功率，得到根节点注入功率；(2)假定支路功率不变，已知根节点电压，由网络首端向末端计算支路电压损耗和节点电压。
以图2-1所示的简单馈线线段为例经过简单推导可以得出。
图2-1 一个典型馈线线段
()()2
/1211112
/12
1
21212122111112121⎪
⎭
⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛
-+-⎥⎥
⎦
⎤
⎢
⎢⎣⎡++-⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=+++++++++++++i i i i i i i i i i i i i i i U X Q R P Q P X R U X Q R P U (2-1)
⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨⎧+=+=∑∑∑∑-+=-+=+-+=-+=+1111,1111
1,1N i j N i j j j L i N i j N i j j j L i LQ Q Q LP P P (2-2)
式中，j LP 和j LQ 分别为支路j b 上的有功和无功线损。
⎪⎪⎪⎩
⎪
⎪⎪⎨⎧+=+=
222222)
()(i i i i j i i i i j U Q P X LQ U Q P R LP (2-3) 式(2-1)、式(2-2)和式(2-3)构成了前推回代的基本方程。
下面分析基于支路电流的潮流计算方法：在辐射状的配电子网中，对于支路i b 有
)(j
j j i j jX R I U U +-= (2-4) 如果支路j b 的末点j v 为末梢点，则该支路的电流j I 等于流过末梢点的电流，也即等于该末梢点的负荷电流j
L I , ,即 j
L j I I , = (2-5)。