公开/公告号CN112383047A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-02-19
原文格式PDF
申请/专利权人 重庆大学;
申请/专利号CN202011125634.1
申请日2020-10-20
分类号H02J3/00(20060101);H02J3/06(20060101);G06F30/20(20200101);G06Q50/06(20120101);G06F113/04(20200101);
代理机构50237 重庆缙云专利代理事务所(特殊普通合伙);
代理人王翔
地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
入库时间 2023-06-19 09:55:50
技术领域
本发明涉及领域电力系统调度自动化,具体是基于中低压网络测控特性的 中压馈线电网三相潮流计算方法。
背景技术
配电网三相潮流计算是配电网分析的基础,也是配电管理系统的关键。 10kV中压馈线电网由10kV线路和10kV的变压器组成,10kV线路的连接方式 采用三相三线中性点不接地,10kV的变压器包含专用配电变压器和公用配电变 压器。将专用配电变压器分为两种,一种用于连接分布式能源作为升压变压器, 一种用于给大容量负荷供电作为专用配电变压器;公用配电变压器主要用于给 公共台区负荷供电作为公用配电变压器。由于在配电网管理中,中低压配网分 为10kV的馈线电网以及380V的台区电网两部分进行独立考核,因此针对中压 馈线电网进行三相潮流计算的研究具有重要意义。
现有的三相三线中压电网和三相四线低压电网的潮流计算方法,都只考虑 了中压网络和低压网络的线路,没有考虑变压器。中低压配网潮流计算虽然考 虑了变压器,但是只考虑了公用配电变压器,没有考虑专用变压器。因此目前 缺乏针对中压馈线电网(既包含中压线路又包含专用配电变压器和公用配电变 压器)进行三相潮流计算的研究。
基于此,需要为中压馈线电网提供一种三相潮流计算方法,以满足实际工 程运用的需要。
发明内容
本发明的目的是提供基于中低压网络测控特性的中压馈线电网三相潮流计 算方法,包括以下步骤:
1)获取电网的基础数据。
获取电网的基础数据的步骤如下:
1.1)获取任一时间断面下中压馈线电网的参数、网络拓扑结构和智能电表 的量测量。
所述中压馈线电网的参数包括电网中支路元件的电阻、电抗、电纳和额定 电压。
所述支路元件包括电网线路和变压器。
其中,电网线路的连接方式为三相三线制,且中性点不接地。
变压器包括专用配电变压器和公用配电变压器。专用配电变压器用于连接 分布式能源或者给非公共台区负荷供电。公用配电变压器用于给公共台区负荷 供电。每个变压器连接有一个智能电表。
所述智能电表的量测量包括以下两种组合:
I)专用配电变压器高压侧两相线有功功率、专用配电变压器高压侧两相线 无功功率、公用配电变压器低压侧端点三相相对于中性点的有功功率和公用配 电变压器低压侧端点三相相对于中性点的无功功率。
II)专用配电变压器高压侧两相线有功功率、专用配电变压器高压侧两相 线电压幅值、公用配电变压器低压侧端点三相相对于中性点的有功功率和公用 配电变压器低压侧端点三相相对于中性点的无功功率。
1.2)对任一时间断面下电网的参数、网络结构和智能电表的量测量进行初 始化,步骤如下:
1.2.1)将中压出口端点作为平衡端点S。以平衡端点S的等值中性点作为 零电位参考点,平衡端点S的A相节点作为零相位参考点,给定平衡端点S三 线电压
其中,三线电压
式中,
转换矩阵L和转换矩阵T'分别如下所示:
式中,参数l=e
1.2.2)设定除平衡端点S外所有端点的三相电压幅值初始值所在电网的额 定相电压。其中,公用配电变压器低压侧中性点电压为0。
2)建立中压馈线电网端点导纳矩阵Y。
中压馈线电网端点导纳矩阵Y中任意元素
式中,
3)初始化最大迭代次数Tmax,并设置收敛精度ε。设定初始迭代次数 time=1。
4)设定量测量和状态变量,并计算量测不平衡量r和量测量的雅可比矩阵 H。
计算不平衡量r和雅可比矩阵H的步骤如下:
4.1)确定量测量和对应的状态变量。其中,量测量和对应的状态变量包括 以下三种:
I)量测量为公用配电变压器低压侧PQ端点三相相对于中性点的有功功率
II)量测量为专用配电变压器高压侧PQ端点两相线有功P
III)量测量为专用配电变压器高压侧PV端点两相线有功P
4.2)计算三相潮流计算中量测量的不平衡量r,即。
r=z-h(x) (4)
式中,z为m1维的量测量。m1为量测量个数。x为m2维的状态变量。m2 为状态变量个数。m1=m2。h(x)为量测量的量测方程。r为量测不平衡量。
其中,公用配电变压器低压侧端点注入功率对应的等效注入电流量测方程 如下所示:
式中,
专用配电变压器高压侧PQ端点两相线有功
式中,P
专用配电变压器高压侧PV端点两相线有功
式中,
其中,专用配电变压器高压侧端点的零序电流满足如下约束:
式中,
4.3)分别建立专用配电变压器高压侧PQ端点、公用配电变压器低压侧PQ 端点、专用配电变压器高压侧PV端点和联络端点的雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.1)建立专用配电变压器高压侧PQ端点的雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.1.1)计算专用配电变压器高压侧PQ端点i的不平衡量,即:
式中,Δi表示端点i不平衡量。
4.3.1.2)建立专用配电变压器高压侧PQ端点的雅可比矩阵,分为以下三种 情况:
I)当状态修正量为专用配电变压器高压侧PQ端点本身
雅可比子矩阵H
H
其中,雅可比子矩阵H
雅可比子矩阵[H
雅可比子矩阵[H
雅可比子矩阵[H
雅可比子矩阵[H
式中,α
II)当状态修正量为公用配电变压器低压侧PQ端点
雅可比子矩阵H
H
其中,雅可比子矩阵H
式中,
III)当状态修正量为除公用配电变压器低压侧PQ端点外的其它端点
雅可比子矩阵H
H
其中,雅可比子矩阵H
式中,
4.3.2)建立公用配电变压器低压侧PQ端点的雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.2.1)计算公用配电变压器低压侧PQ端点j的不平衡量,即:
式中,Δj表示端点j不平衡量。
4.3.2.2)建立专用配电变压器低压侧PQ端点的雅可比矩阵,分为以下三种 情况:
I)当状态变量修正量为公用配电变压器低压侧PQ端点本身
式中,
其中,雅可比子矩阵ΔH
式中,
II)当状态变量修正量为公用配电变压器低压侧负荷PQ端点
式中,Δx
III)当状态变量修正量为除公用配电变压器低压侧端点外的其它端点
式中,
4.3.3)建立专用配电变压器高压侧PV端点雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.3.1)计算PV端点v的不平衡量,即:
式中,Δv表示端点v不平衡量。
4.3.3.2)建立专用配电变压器高压侧PV端点雅可比矩阵,分为以下三种情 况:
I)当状态修正量为PV端点本身
H
式中,Δx
其中,雅可比子矩阵H
式中,
II)当状态修正量为公用配电变压器低压侧PQ端点
H
其中,雅可比子矩阵H
H
式中,
III)当状态修正量为除公用配电变压器低压侧端点外的其它端点
H
其中,雅可比子矩阵H
H
式中,
4.3.4)建立联络端点雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.4.1)联络端点无量测量,且端点注入功率为零。计算联络端点h的不 平衡量
式中:
4.3.4.2)建立联络端点雅可比矩阵,分为以下两种情况:
I)当状态修正量为除公变低压侧端点外的其它端点
式中,
II)当状态修正量为公变低压侧端点
式中,
5)迭代更新状态变量x
迭代更新状态变量x
1)计算状态变量的修正量Δx
Δx
式中,time为计算迭代次数。x
2)更新状态变量,得到第time+1次迭代的状态变量x
所述迭代结束条件包括以下两种:
I)状态变量的修正量Δx
II)迭代次数time≥Tmax。
当迭代结束条件为条件I时,输出的计算结果为当前状态变量x
本发明的技术效果是毋庸置疑的,本发明针对中压馈线电网,对PV端点 给定两个两相线有功和两个线电压幅值,对专用配电变压器高压侧PQ端点给 定两个两相线有功和两个两相线无功,对公用配电变压器低压侧PQ端点给定 三个相对中性点的有功和三个相对中性点的有功,提出基于中低压网络测控特 性的中压馈线电网三相潮流计算方法。该方法充分考虑了中压网络端点需满足 零序电流为零的条件以及中压网络的线电压和线功率测控特性和低压网络的相 对中性点电压和功率的测控特性,能够更加有效的计算中压馈线电网的三相潮 流。
附图说明
图1为基于中低压网络测控特性的中压馈线电网三相潮流计算方法的流程 示意图;
图2为15端点中压馈线电网的接线图;
图3为方案A1、方案A2、方案A3各端点A相电压幅值;
图4为方案A1、方案A2、方案A3各端点B相电压幅值;
图5为方案A1、方案A2、方案A3各端点C相电压幅值;
图6为方案A1、方案A2、方案A3各端点电压不平衡度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述 主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本 领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保 护范围内。
实施例1:
参见图1,基于中低压网络测控特性的中压馈线电网三相潮流计算方法, 包括以下步骤:
1)获取电网的基础数据。
获取电网的基础数据的步骤如下:
1.1)获取任一时间断面下中压馈线电网的参数、网络拓扑结构和智能电表 的量测量。
所述中压馈线电网的参数包括电网中支路元件的电阻、电抗、电纳和额定 电压。
所述支路元件包括电网线路和变压器。
其中,电网线路的连接方式为三相三线制,且中性点不接地。
变压器包括专用配电变压器和公用配电变压器。专用配电变压器用于连接 分布式能源或者给非公共台区负荷供电。公用配电变压器用于给公共台区负荷 供电。每个变压器连接有一个智能电表。
所述智能电表的量测量包括以下两种组合:
I)专用配电变压器高压侧两相线有功功率、专用配电变压器高压侧两相线 无功功率、公用配电变压器低压侧端点三相相对于中性点的有功功率和公用配 电变压器低压侧端点三相相对于中性点的无功功率。
II)专用配电变压器高压侧两相线有功功率、专用配电变压器高压侧两相 线电压幅值、公用配电变压器低压侧端点三相相对于中性点的有功功率和公用 配电变压器低压侧端点三相相对于中性点的无功功率。
1.2)对任一时间断面下电网的参数、网络结构和智能电表的量测量进行初 始化,步骤如下:
1.2.1)将中压出口端点作为平衡端点S。以平衡端点S的等值中性点作为 零电位参考点,平衡端点S的A相节点作为零相位参考点,给定平衡端点S三 线电压
其中,三线电压
式中,
转换矩阵L和转换矩阵T'分别如下所示:
式中,参数l=e
1.2.2)设定除平衡端点S外所有端点的三相电压幅值初始值所在电网的额 定相电压。其中,公用配电变压器低压侧中性点电压为0。
2)建立中压馈线电网端点导纳矩阵Y。
中压馈线电网端点导纳矩阵Y中任意元素
式中,
3)初始化最大迭代次数Tmax,并设置收敛精度ε。设定初始迭代次数 time=1。
4)设定量测量和状态变量,并计算量测不平衡量r和量测量的雅可比矩阵 H。
计算不平衡量r和雅可比矩阵H的步骤如下:
4.1)确定量测量和对应的状态变量。其中,量测量和对应的状态变量包括 以下三种:
I)量测量为公用配电变压器低压侧PQ端点三相相对于中性点的有功功率
II)量测量为专用配电变压器高压侧PQ端点两相线有功
III)量测量为专用配电变压器高压侧PV端点两相线有功
4.2)计算三相潮流计算中量测量的不平衡量r,即。
r=z-h(x) (4)
式中,z为m1维的量测量。m1为量测量个数。x为m2维的状态变量。m2 为状态变量个数。m1=m2。h(x)为量测量的量测方程。r为量测不平衡量。
其中,公用配电变压器低压侧端点注入功率对应的等效注入电流量测方程 如下所示:
式中,
专用配电变压器高压侧PQ端点两相线有功
式中,
专用配电变压器高压侧PV端点两相线有功
式中,
其中,专用配电变压器高压侧端点的零序电流满足如下约束:
式中,
4.3)分别建立专用配电变压器高压侧PQ端点、公用配电变压器低压侧PQ 端点、专用配电变压器高压侧PV端点和联络端点的雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.1)建立专用配电变压器高压侧PQ端点的雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.1.1)计算专用配电变压器高压侧PQ端点i的不平衡量,即:
式中,Δi表示端点i不平衡量。
4.3.1.2)建立专用配电变压器高压侧PQ端点的雅可比矩阵,分为以下三种 情况:
I)当状态修正量为专用配电变压器高压侧PQ端点本身
雅可比子矩阵H
H
其中,雅可比子矩阵H
雅可比子矩阵[H
雅可比子矩阵[H
雅可比子矩阵[H
雅可比子矩阵[H
式中,α
II)当状态修正量为公用配电变压器低压侧PQ端点
雅可比子矩阵H
H
其中,雅可比子矩阵H
式中,
III)当状态修正量为除公用配电变压器低压侧PQ端点外的其它端点
雅可比子矩阵H
H
其中,雅可比子矩阵H
式中,
4.3.2)建立公用配电变压器低压侧PQ端点的雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.2.1)计算公用配电变压器低压侧PQ端点j的不平衡量,即:
式中,Δj表示端点j不平衡量。
4.3.2.2)建立专用配电变压器低压侧PQ端点的雅可比矩阵,分为以下三种 情况:
I)当状态变量修正量为公用配电变压器低压侧PQ端点本身
式中,
其中,雅可比子矩阵ΔH
式中,
II)当状态变量修正量为公用配电变压器低压侧负荷PQ端点
式中,Δx
III)当状态变量修正量为除公用配电变压器低压侧端点外的其它端点
式中,
4.3.3)建立专用配电变压器高压侧PV端点雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.3.1)计算PV端点v的不平衡量,即:
式中,Δv表示端点v不平衡量。
4.3.3.2)建立专用配电变压器高压侧PV端点雅可比矩阵,分为以下三种情 况:
I)当状态修正量为PV端点本身
H
式中,Δx
其中,雅可比子矩阵H
式中,
II)当状态修正量为公用配电变压器低压侧PQ端点
H
其中,雅可比子矩阵H
H
式中,
III)当状态修正量为除公用配电变压器低压侧端点外的其它端点
H
其中,雅可比子矩阵H
H
式中,
4.3.4)建立联络端点雅可比矩阵,步骤如下:
4.3.4.1)联络端点无量测量,且端点注入功率为零。计算联络端点h的不 平衡量
式中:
4.3.4.2)建立联络端点雅可比矩阵,分为以下两种情况:
I)当状态修正量为除公变低压侧端点外的其它端点
式中,
II)当状态修正量为公变低压侧端点
式中,
5)迭代更新状态变量x
迭代更新状态变量x
1)计算状态变量的修正量Δx
Δx
式中,time为计算迭代次数。x
2)更新状态变量,得到第time+1次迭代的状态变量x
所述迭代结束条件包括以下两种:
I)状态变量的修正量Δx
II)迭代次数time≥Tmax。
当迭代结束条件为条件I时,输出的计算结果为当前状态变量x
实施例2:
一种含光伏逆变电源的三相四线制低压配电网改进潮流计算方法,主要包 括以下步骤:
1)获取电网的基础数据,主要步骤如下:
1.1)获取任一时间断面下中压馈线电网的参数、网络结构和智能电表的量 测量;所述中压馈线电网(以10kV为例)由10kV线路和10kV的变压器组成, 10kV线路的连接方式采用三相三线中性点不接地,变压器含专变和公变。专变 分为两种,一种用于连接分布式能源作为升压变压器,一种用于给大容量负荷 供电作为专用配电变压器;公变主要用于给公共台区负荷供电作为公用配电变 压器;所述电网的参数主要包括电网中支路元件(线路和变压器)的电阻、电 抗、电纳和额定电压;所述网络结构信息为网络拓扑连接关系;所述智能电表 的量测量包含在专用变压器高压侧的智能电表两表法量测以及在公用变压器低压侧的智能电表三表法量测。智能电表两表法量测主要包括专变高压侧的两相 线有功和两相线无功或者两相线有功和两相线电压幅值,智能电表三表法量测 主要包括公变低压侧端点三相相对于中性点的有功功率和三相相对于中性点的 无功功率;
1.2)对任一时间断面下电网的参数、网络结构和智能电表的量测量进行初 始化,主要步骤如下:
1.2.1)将中压出口端点作为平衡端点S;其中,平衡端点S给定三个线电 压的幅值及相角,并通过以下两式将线电压转换为相电压:
式中:
以平衡端点等值中性点作为零电位参考点,平衡端点S的A相节点作为零 相位参考点。由于
1.2.2)在中压馈线电网进行三相潮流计算时,除平衡端点S外所有端点的 三相电压幅值初始值均为所在电网的额定相电压;任意端点中,3个三相电压 相角两两相差120°,中性点电压为0;
1.2.3)初始化最大迭代次数Tmax,并设置收敛精度ε;设定初始迭代次数 time=1。
2)计算中压馈线电网端点导纳矩阵Y;
中压馈线电网端点导纳矩阵Y如下所示:
式中,
3)计算量测不平衡量r和雅可比矩阵H;
计算不平衡量和雅可比矩阵的主要步骤如下:
3.1)确定量测量和对应的状态变量;量测量和对应的状态变量主要包括以 下III组:
I)公变低压侧PQ端点三相相对于中性点的有功功率
II)专变高压侧PQ端点两相线有功
III)专变高压侧PV端点两相线有功
3.2)计算三相潮流计算中各量测量的不平衡量,即;
r=z-h(x) (4)
式中,z为m维的量测量;m为量测量个数;x为n维的状态变量;n为状 态变量个数;m=n;h(x)为量测方程;r为量测不平衡量;
其中,公变低压侧端点注入功率对应的等效注入电流量测方程如下所示:
式中,
专变高压侧端点两相线有功
式中,
由于专变高压侧端点需满足零序电流为零的条件,其零序电流约束方程如 下所示:
式中,
3.3)分别计算专变高压侧PQ端点、公变低压侧PQ端点和PV端点的雅可 比矩阵;
3.3.1)专变高压侧PQ端点
对于专变高压侧PQ端点i,不平衡量为:
式中,Δi表示端点i不平衡量;
a.当状态修正量为专变高压侧PQ端点本身
b.当状态修正量为除公变低压侧PQ端点外的其它端点
c.当状态修正量为公变低压侧PQ端点
3.3.2)公变低压侧PQ端点
对于公变低压侧PQ端点j,不平衡量为:
式中,Δj表示端点j不平衡量;
a.当状态变量修正量为公变低压侧PQ端点本身
b.当状态变量修正量为公变低压侧负荷PQ端点
c.当状态变量修正量为除公变低压侧端点外的其它端点
3.3.3)PV端点
对于PV端点,不平衡量为:
式中,Δv表示端点v不平衡量;
a.当状态修正量为PV端点本身
b.当状态修正量为除公变低压侧端点外的其它端点的
c.当状态修正量为公变低压侧端点
4)更新状态变量x
状态变量更新的主要步骤如下:
4.1)计算状态变量的修正量Δx
Δx
式中,time为计算迭代次数;x
4.2)更新状态变量,得到状态变量新值x
5)收敛性判断:若状态变量的修正量Δx
实施例3:
验证基于中低压网络测控特性的中压馈线电网三相潮流计算方法的实验, 步骤如下:
1)针对实施例1公开的基于中低压网络测控特性的中压馈线电网三相潮流 计算方法,构建附图2所示的15端点中压馈线(12.47kV/4.16kV)电网。首先采 用高斯赛德尔法迭代2次计算初值,然后再转入Newton法进行计算,收敛标 准为状态修正量最大值小于10-5pu。对附图2的中压馈线电网说明如下:
1)端点1为平衡端点,端点2~3为专用配电变压器高压侧PQ端点,端点 4为专用配电变压器高压侧PV端点,端点5~12为联络端点,端点13~15为公 用配电变压器低压侧PQ端点;
2)T1~T3为连接中、低压电网的公用配电变压器,T4~T5为供电给大容量 负荷的专用配电变压器,T6为连接分布式能源并入中压配网的升压变压器(归 类为专用配电变压器),其中T1~T3为Δ/Yn-1连接;
3)端点13~15中性点通过金属直接接地,接地阻抗为10-5Ω。
对于系统中的平衡端点和PV端点,分别设置如表1所示的仿真参数,并 依据不同的仿真参数构造如表2所示的仿真方案。在表1中,中压网络的电压 基准值为
表1仿真参数
表2仿真方案
定义电压合格率为电压幅值在0.95pu~1.05pu之间的节点数目在总节点数 中的比值。各端点电压的不平衡程度使用电压不平衡度表示:
式中:ε表示电压不平衡度;
方案A1、A2与A3的各端点电压幅值及不平衡度结果如图1所示。
I)在方案A1基础上,方案A2降低平衡端点AB两相线电压幅值,对于 中压网络端点(即端点1~13),A、B两相的电压幅值将降低,C相的电压幅值会 略有升高(平衡端点除外)。在方案A1基础上,方案A3升高平衡端点AB两相 线电压幅值,对于中压网络端点,A、B两相的电压幅值将升高,C相的电压幅 值会略有降低(平衡端点除外)。对于公用配电变压器低压侧端点(即端点14~15), 由于Δ/Yn-1变压器有移相作用,以上规律并不适用。5号端点的三相电压幅值 普遍会比其它端点高,主要原因是因为5号端点离平衡端点最近。
II)在方案A1基础上(电压对称),方案A2和A3降低或升高平衡端点AB 两相线电压幅值(电压不对称),电压不平衡度都将变大,说明平衡端点的对称 性对系统电压的平衡度有很大影响,维持平衡端点对称有利于整个系统电压的 平衡。
方案A1、A2与A3的有功网损率、电压合格率、迭代次数和计算时间如 表3所示。由表3可知:
I)在方案A1基础上,方案A2降低平衡端点AB两相线电压幅值,系统 的有功网损由2.8065%变为2.7790%,略有下降,电压合格率由73.33%变为 42.22%。电压合格率下降幅度很大的主要原因是因为在方案A1中,原本很多 节点电压的幅值就只是略高于0.95pu,降低AB两相线电压幅值导致很多节点 电压幅值小于0.95pu,故而电压合格率下降幅度很大。在方案A1基础上,方 案A3升高平衡端点AB两相线电压幅值,系统的有功网损由2.8065%变为 2.9013%,电压合格率由73.33%变为77.78%,均略有升高。
II)三种方案A1、方案A2、方案A3中,迭代次数均为4次,说明本发 明所提方法收敛稳定且收敛性好。
表3方案A1、方案A2、方案A3仿真结果
方案B1、B2、B3和B4的各端点电压幅值及不平衡度结果如图2所示。 由图2可知:
I)在方案B1基础上,方案B2升高PV端点控制的AC两相线电压幅值, 对于中压网络端点(平衡端点除外),A、C两相的电压幅值将升高,B相的电压 幅值会略有降低,但该规律不适用于公用配电变压器低压侧端点。在方案B1 基础上,方案B3同时升高PV端点控制的AC和BC两相线电压幅值,所有的 电压幅值都升高(平衡端点除外),整个中压馈线电网的电压都得到了改善。在 方案B1基础上,方案B4将PV端点控制的AC、BC两相线有功由400kW和200kW变为300kW和300kW,除平衡端点外的所有端点的三相电压幅值都有 所变化,但各相节点电压幅值曲线的走势规律与方案B1基本相同。
II)在方案B1基础上,方案B2、B3和B4调整PV端点的控制方式,均 会导致系统的电压不平衡度发生变化,大部分端点电压的不平衡度均会增大(如 端点6~12),并且方案B2和B3升高PV端点线电压幅值后,电压不平衡度曲 线相近。
机译: 包括线间潮流控制器的输电网络潮流解决方案的计算方法
机译: 包括统一潮流控制器的输电网络潮流解决方案的计算方法
机译: 包含线间潮流控制器的输电网络潮流解决方案的计算方法