配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞治黾俺绷饔?jì)算

配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞治黾俺绷饔?jì)算李晨在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展、供電日趨緊張的情況下，通過配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，充分發(fā)揮現(xiàn)有配電網(wǎng)的潛力，提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文對配電網(wǎng)拓?fù)浞治觥ε潆娋W(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算作分析研究，應(yīng)用編程來驗(yàn)證并分析配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。配電網(wǎng)的拓?fù)浞治鲇脴渌阉鞣ǎ⒉捎们巴苹卮ㄟM(jìn)行潮流計(jì)算分析，通過樹搜索形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔恚缓罄们巴苹卮ㄓ?jì)算潮流分布。配電網(wǎng)的接線分析配電網(wǎng)是指電力系統(tǒng)中二次降壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)由饋線、降壓變壓器、斷路器、各種開關(guān)構(gòu)成。就我國電力系統(tǒng)而言，配電網(wǎng)是指及以下的電網(wǎng)。在配電網(wǎng)中，通常把0級稱為高壓，級稱為中壓，級稱為低壓。從體系結(jié)構(gòu)上，配電網(wǎng)可以分作輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)，如圖2.所3示。我國配電網(wǎng)大部分是呈樹狀結(jié)構(gòu)。環(huán)狀網(wǎng)是呈樹狀結(jié)構(gòu)。環(huán)狀網(wǎng)圖1-配1電網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)的支路節(jié)點(diǎn)編號通過簡化可把一個(gè)復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)簡化成一個(gè)節(jié)點(diǎn)一邊關(guān)系的樹狀網(wǎng)絡(luò)，于是就可以運(yùn)行圖論的知識進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?。按照這種簡化模型，易知：節(jié)點(diǎn)數(shù)目比支路數(shù)目和開關(guān)數(shù)目多1，所以節(jié)點(diǎn)從0開始編號，而支路數(shù)和開關(guān)數(shù)從1開始編號，這樣編號三者在序號上就可以完全一致，為后面的網(wǎng)損計(jì)算打下良好的基礎(chǔ)。聯(lián)絡(luò)線支路和上面的聯(lián)絡(luò)開關(guān)編號放在最后處理。圖中①為節(jié)點(diǎn)號，為支路號，其它節(jié)點(diǎn)、支路編號的含義相同。節(jié)點(diǎn)、支路編號原則：將根節(jié)點(diǎn)編為0，并按父節(jié)點(diǎn)小于子節(jié)點(diǎn)號的原則由根節(jié)點(diǎn)向下順序編號，規(guī)定去路正方向?yàn)楦腹?jié)點(diǎn)指向子節(jié)點(diǎn)，且支路編號與其子節(jié)點(diǎn)同號，則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為層次結(jié)構(gòu)如圖1-所2示。但是在配電網(wǎng)重構(gòu)中，每次重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)要重新進(jìn)行編號，這樣工作量將非常巨大，不得于工作的進(jìn)行，因此必須尋找新的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法。1.2配電網(wǎng)的支路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式為了判斷網(wǎng)絡(luò)是否為輻射網(wǎng)和方便配電網(wǎng)潮流計(jì)算，本文采用上文所提到的編號方法，用結(jié)構(gòu)數(shù)組來存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之間的連接關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。具體描述如下：父節(jié)點(diǎn)號；子節(jié)點(diǎn)號；支路電阻；支路電抗；子節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷；子節(jié)點(diǎn)無功負(fù)荷。在此結(jié)構(gòu)數(shù)組中，子節(jié)點(diǎn)號不能相同且必須包含除根節(jié)點(diǎn)外的所有節(jié)點(diǎn)，這樣就避免了孤島；如果出現(xiàn)相同的子節(jié)點(diǎn)號，要通過父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)位置交換以保證子節(jié)點(diǎn)的唯一性，這樣來保證支路數(shù)目不變。在此結(jié)構(gòu)下利用上文提到的圖論知識及搜索方法從根節(jié)點(diǎn)開始搜索，檢查是否能達(dá)所有的子節(jié)點(diǎn)，以保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。顯然在這個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)組中每一行代表一條支路的有關(guān)參數(shù)信息。下面通過一個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)如圖1-來3說明如何判斷網(wǎng)絡(luò)的連通和輻射特性，從而形成網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)組，絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)組，若初始網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如矩陣所示：…01rxPQ，TOC\o"1-5"\h\z1L1L102rxPQ2L2L213rxPQ3L3L34rxPQ4L4L45rxPQ5L5L54rx665rx774rx88在矩陣中第一、二列為支路的父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)，第三、四列是支路的電阻與電抗（與支路編號對應(yīng)），第五、六列為子節(jié)點(diǎn)的有功負(fù)荷與無功負(fù)荷（與支路編號對應(yīng)）；最后三行為連支，其余為樹支；連支子節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷功率可以通過樹支支路數(shù)據(jù)得到。在這種存儲(chǔ)方式下，當(dāng)有連支閉合時(shí)，就應(yīng)有樹支打開，此時(shí)把連支的數(shù)據(jù)和樹支相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行互換得到新的結(jié)構(gòu)數(shù)組，但是此時(shí)并不能保證連通和輻射。互換后，第一步檢查第二列是否有相同的子節(jié)點(diǎn)，如果兩行有相同子節(jié)點(diǎn)號，則對這兩條支路中某一條支路的正方向進(jìn)行調(diào)整，保證子節(jié)點(diǎn)號不同。第二步是通過從根節(jié)點(diǎn)開始，搜索是否能到達(dá)所有的子節(jié)點(diǎn)，否則網(wǎng)絡(luò)不連通。jjL,j配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法由于潮流計(jì)算在電力系統(tǒng)分析中所處的特殊地位和作用，對潮流計(jì)算方法的要求也很高，其基本要求是：（1有）可靠的收斂性，對不同的系統(tǒng)及不同的運(yùn)行條件都能收斂；（2占）用內(nèi)存少、計(jì)算速度快；（3調(diào)）整和修改容易，能滿足工程上提出的各種需要。前推回代法是配電網(wǎng)支路類算法中被廣泛研究的一種算法。對于輻射型網(wǎng)絡(luò)，前推回代法的基本原理是：（1假）定節(jié)點(diǎn)電壓不變，已知網(wǎng)絡(luò)末端功率，由網(wǎng)絡(luò)末端向首端計(jì)算支路功率損耗和支路功率，得到根節(jié)點(diǎn)注入功率；（2假）定支路功率不變，已知根節(jié)點(diǎn)電壓，由網(wǎng)絡(luò)首端向末端計(jì)算支路電壓損耗和節(jié)點(diǎn)電壓。以圖2-1所示的簡單饋線線段為例經(jīng)過簡單推導(dǎo)可以得出。i站朋°)5;+1S+1吃爲(wèi)+1F夙i+1+J^i+11r禺』+JQ耳也+i+丿厶+i圖2-一1個(gè)典型饋線線段/+1PR+QX,i+1i+1i/+1PR+QX,i+1i+1i+1i+1€R2+X2)p2i+1i+1i+1“1/2+Q2丿i+1PR+QXLi+1i+1i+1i+12i2P-乞1P+乞1LPTOC\o"1-5"\h\zi+1L,jjj—i+1j—i+1Q-藝Q+乞1LQi+1L,jjj—i+1j—i+1式中，LP和LQ分別為支路b上的有功和無功線損。jLP-Ri(Pi2+Qi2)jlU€il2LQ-Xi(佇+Q：)jU.12i式（2-、1式）（2-和2式）（2-構(gòu)3成）了前推回代的基本方程。下面分析基于支路電流的潮流計(jì)算方法：在輻射狀的配電子網(wǎng)中，對于支路b有iU—U-1（R+jX）jijjj如果支路bj的末點(diǎn)：為末梢點(diǎn)，則該支路的電流ij等于流過末梢點(diǎn)的電流，也即等于該末梢點(diǎn)的負(fù)荷電流i即L,ji€—i€節(jié)點(diǎn)Vj的負(fù)荷電流Il,j可表示為L,jL,j式中P-jQ.——節(jié)點(diǎn)v.負(fù)荷功率的共軛；U€―節(jié)點(diǎn)v電壓的共軛。女如果支路bj的末點(diǎn)Vj不是末梢點(diǎn)，則支路電流1j應(yīng)為該支路末點(diǎn)Vj電流和其所有子支路的電流之和，即I,I+工IjL,jkk?d式中d為以節(jié)點(diǎn)：為父節(jié)點(diǎn)的支路的集合。顯然，根據(jù)式（2-5式）（~2-，7由）末梢點(diǎn)向電源點(diǎn)第推就可以得到各支路的電流然后根據(jù)式（2-從3電）源點(diǎn)向末梢點(diǎn)回推就可以求得各節(jié)點(diǎn)電壓。前推回代法計(jì)算簡單，內(nèi)存需求少，是輻射網(wǎng)潮流計(jì)算的好方法。3算例分析3算例分析本文采用上面提出的前推回代法，用標(biāo)準(zhǔn)33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)為算例，它有33個(gè)節(jié)點(diǎn)總負(fù)荷為，功率基準(zhǔn)：語言對配電網(wǎng)潮流計(jì)算進(jìn)行了編程。以7條線路，5個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，額定電壓為12，電壓基準(zhǔn)：6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1830S31S32T3728環(huán)路516816T361817263S2E一1LI嚴(yán)…S*S11830S31S32T3728環(huán)路516816T361817263S2E一1LI嚴(yán)…S*S1如S1甲1514卜34環(huán)路3213oi&33T3右S8)S9出81辭11右89-^821—環(huán)路21219202122T35圖節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)如表所示：表3.1節(jié)3點(diǎn)3配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)支路首節(jié)點(diǎn)末節(jié)點(diǎn)電阻（Q）電抗（Q）有功（）無功（）0123

45677890123,5,1,9,,22,55,7,9,17聯(lián)絡(luò)開關(guān)8聯(lián)絡(luò)開關(guān)1聯(lián)絡(luò)開關(guān)7聯(lián)絡(luò)開關(guān)4聯(lián)絡(luò)開關(guān)因?yàn)楣β蕮p耗與電壓平方成正比，所以每次迭代后，節(jié)點(diǎn)電壓的變化量對功率的影響較大，進(jìn)而對下一次迭代的結(jié)果影響較大。運(yùn)行程序得到前推回代法算法的計(jì)算結(jié)果，如表3.所2示表3.計(jì)2算結(jié)果節(jié)點(diǎn)號電壓幅值電壓相角。

斷開的指路編號之路功率損耗：計(jì)算所用時(shí)間：以上計(jì)算結(jié)果表明，該算法編程簡單且收斂性較好，且支路損耗小，節(jié)省存儲(chǔ)空間，穩(wěn)定性較好。參考文獻(xiàn)Q于錕：《網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鏊惴ǖ难芯颗c設(shè)計(jì)》，大連海事大學(xué)，2008年