[发明专利]考虑相序混合法的分布式发电配电网三相潮流计算方法

摘要

本发明公开一种考虑相序混合法的分布式发电配电网三相潮流计算方法。本发明包含以下内容，首先，基于相序混合法建立配电网三相负荷模型、网络相序参数模型和分布式电源的接入模型，结合配电网络结构和道路的回路分析法，在配电序网中提出一种有效的三相不平衡配电网改进潮流算法，充分利用序分量法处理三相不平衡系统接入对称DG和PV节点的优势。然后，详细的推导了PQ、PQ(V)、PV和PI节点类型DG的迭代计算模型，并把其引入到所提出的潮流算法中。本发明计算过程清晰、编程简单、计算速度快，以及收敛性好的特点。最后，通过测试算例验证了本发明的有效性和通用性，以及具有良好的收敛性，较强的处理DG节点及其出现无功越界的能力。

主权项

1.一种考虑相序混合法的分布式发电配电网三相潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立各类型分布式电源的潮流计算模型1）PQ节点类型DG将PQ节点类型DG输出恒定有功和无功功率确定为DG节点的正序有功和正序无功功率，即P1,DG,i=-PDGQ1,DG,i=-QDG]]>式中：P_DG和Q_DG分别为PQ节点类型DG的有功和无功输出；2）PQ(V)节点类型DGPQ(V)节点类型DG的处理方法类似于PQ节点类型DG，不同之处在于，迭代过程中，需要根据最新DG节点正序电压迭代值不断更新DG节点正序无功功率，然后求出DG节点新的正序注入电流，开始下一次迭代，其计算模型为P1,DG,i=-PDGQ1,DG,i=-QDG=-f(U1,DG,i)]]>式中取值有以下2种情况：a. 采用无励磁调节能力同步发电机作为接口时，DG发出的无功功率为QDG=f(U1,DG,i)=(EDGqU1,DG,iXd)2-PDG2-U1,DG,i2Xd]]>式中：P_DG、E_DGq、X_d、U_1,DG,i分别为DG机组的有功输出、空载电势、同步电抗、端电压；b. 采用异步发电机的风机作为接口时，DG吸收的无功功率为QDG=f(U1,DG,i)=-U1,DG,i2xp+-U1,DG,i2+U1,DG,i4-4PDG2x22x]]>式中：P_DG、U_1,DG,i分别为DG的有功输出、机端电压；x为异步电机定子漏抗与转子漏抗之和；x_p为异步电机励磁电抗与机端并联电容等效电抗；3）PV节点类型DG考虑到发电机运行特性和三相对称DG存在不对称运行状态情况，将PV节点类型DG输出恒定有功功率确定为DG节点正序有功功率，将输出恒定电压幅值确定为DG节点正序电压幅值，求出满足DG节点正序电压幅值与PV型DG电压额定值相等的DG节点正序无功功率；则有P1,DG,i=-PDGU1,DG,i=UDG]]>针对PV节点类型DG，采用开环阻抗矩阵来处理PV型DG节点，在一个含有n_DG,PV个PV型DG的三相配电网的正序网络中，若在每个PV型DG节点处开环后出现n_DG,PV个开环点，则存在ΔU_1,DG=Z_1,DGΔI_1,DG式中：ΔU_1,DG、ΔI_1,DG为开环点校正的正序电压、正序电流矩阵；Z_1,DG为从开环点看进去的戴维南等值阻抗矩阵；针对任一放射三相配电网的正序网络中，从道路矩阵T₁中把各PV型DG节点所对应行向量提取出来组成一个新的矩阵T_1,DG，则有Z1,DG=T1,DGZ1,bT1,DGT]]>把ΔU_1,DG、ΔI_1,DG、Z_1,DG表示为ΔU_1,DG=Δe_1,DG+jΔf_1,DGΔI_1,DG=Δc_1,DG+jΔd_1,DGZ_1,DG=R_1,DG+jX_1,DG式中：Δe_1,DG和Δf_1,DG分别表示ΔU_1,DG的实部和虚部矩阵；Δc_1,DG和Δd_1,DG分别表示ΔI_1,DG的实部和虚部矩阵；R_1,DG和X_1,DG分别表示Z_1,DG的实部和虚部矩阵；在第k次迭代时，第i个PV型DG节点的开环正序电压为，假定开环点两侧具有相同的相角，则第i个PV型DG节点的实际正序电压与PV型DG的额定电压之差为ΔU·1,DG,ik=(U1,DG,ik-UDG,i)ejθ1,DG,ik=ΔU1,DG,ikejθ1,DG,ik]]>ΔU1,DG,ik=U1,DG,ik-UDG,i]]>式中：U_DG,i为第i个PV型DG的额定电压幅值；θ_1,DG,i为的相角；第k次迭代后，设第i个PV型DG节点正序电流改变量为，则其正序视在功率的改变量为ΔS1,DG,i(k+1)=3UDG,iejθ1,DG,ikΔI·1,DG,ik*=3UDG,iejθ1,DG,ik(Δc1,DG,ik-jΔd1,DG,ik)]]>则该PV型DG节点正序有功功率增加量为ΔP1,DG,i(k+1)=Re(ΔS1,DG,i(k+1))=3UDG,i(cosθ1,DG,ikΔc1,DG,ik+sinθ1,DG,ikΔd1,DG,ik)]]>因为PV型DG节点正序有功功率为常数，所以，根据上式可以求出Δc1,DG,ik=-Δd1,DG,iktanθ1,DG,ik]]>由于比较小，远小于，因此有ΔI_1,DG≈jΔd_1,DG，且Δe_1,DG=ΔU_1,DGcosθ_1,DG≈ΔU_1,DG，则可得出Δd1,DGk=-X1,DG-1ΔU1,DGk]]>而该PV型DG节点正序无功功率增量为ΔQ1,DH,i(k+1)=Im(ΔS1,DG,i(k+1))=3UDG,i(sinθ1,DG,ikΔc1,DG,ik-cosθ1,DG,ikΔd1,DG,ik)]]>则可得出ΔQ1,DG,i(k+1)=-3UDG,iΔd1,DG,ikcosθ1,DG,ik≈-3UDG,iΔd1,DG,ik]]>若U_DG,i均为1.0pu，则，于是有；而第k+1次迭代时，第i个PV型DG节点的正序无功功率为Q1,DG,i(k+1)=Q1,DG,ik+ΔQ1,DG,i(k+1)]]>然后求出DG节点新的注入正序电流，开始下一次迭代；当|ΔU_1,DG|满足收敛精度时，停止迭代；4）PI节点类型DG将PI节点类型DG输出恒定有功功率确定为DG节点正序有功功率，将输出恒定电流幅值确定为DG节点正序电流幅值，则有P1,DG,i=-PDGI1,DG,i=IDG]]>相应的DG输出无功功率可按下式计算得出：QDG=|IDG|2(e1,DG,ik2+f1,DG,ik2)-PDG2]]>式中：P_DG为DG输出的有功功率；|I_DG|为DG恒定电流幅值；和分别为第k次迭代时DG节点i的正序电压实部和虚部；因此，第k+1次迭代时相应DG节点正序无功功率为Q1,DG,i(k+1)=-QDG]]>然后求出DG节点新的注入正序电流，开始下一次迭代；针对第i个DG节点，其节点注入的正序电流可用下式计算：I·1,DG,i=[(P1,DG,i+jQ1,DG,i)/(3U·1,DG,i)]*]]>式中：为该DG节点正序电压相量；在潮流迭代过程中，若PQ(V)、PV和PI型DG节点出现无功功率越界，则将其转换成PQ型DG节点处理，且Q_DG取各节点类型DG的无功上界或下界，然后重新计算；步骤二，考虑相序混合法的分布式发电配电网三相潮流算法流程如下1）确定辐射状配电网树状结构，给节点编号，规定树中的根节点的编号最小，设为0，其余节点按其离根节点的远近来编号，离根节点越远的节点编号越大；而树支的编号则规定为取两端节点编号中的大者；2）确定配电网拓扑结构参数，包括节点数，支路数；设三相配电网有N个节点，假设首节点是电源且作为参考节点，则独立节点个数为n=N-1，独立支路数b=n；3）确定分布式发电配电网中DG接入情况，包括DG接入的节点类型和对应的节点号，接入DG的总数量，各类型DG并网参数，各类型并网DG的各自数量；4）设首节点是电源且作为参考节点，首节点三相电压相量矩阵为U_abc,0，各节点三相电压相量矩阵为U_abc,n，在配电系统三序网络中，可以得出首节点的三序电压矩阵为U_012,0=AU_abc,0，各节点三序电压矩阵为U_012,n；其中，令a=e^j2π/3，A=131111aa21a2a]]>，A-1=1111a2a1aa2]]>；5）计算各序网络参数Z_s,b；Z_s,b为基于支路i的序阻抗Z_s,bi形成的对角阵，其中，下标s=0,1,2，分别表示三序网络模型中的零序、正序和负序网络模型；支路i的三相阻抗为Z_abc,bi，则有Z_012,bi=AZ_abc,biA^-1，其中，Z012,bi=Z0,bi000Z1,bi000Z2,bi]]>，Zabc,bi=ZiaaZiabZiacZibaZibbZibcZicaZicbZicc]]>；6）计算各序网的道路矩阵T_s；其中，下标s=0,1,2，分别表示三序网络模型中的零序、正序和负序网络模型；7）计算各序网中序阻抗灵敏性矩阵；其中，下标s=0,1,2，分别表示三序网络模型中的零序、正序和负序网络模型；8）给配电网各节点三相电压赋初始值；其中E_n=[E,E,…,E]^T，共n个E，E为3×3单位矩阵；9）计算第k次迭代时节点i注入的各相电流，其中为节点i各相注入功率，为第k-1次迭代时节点i各相节点电压，Y_p,i为节点i各相并联导纳之和，p=a,b,c，i=1,2,…,n；k为迭代次数变量；10）计算第k次迭代时节点i注入的各序电流，i=1,2,…,n；11）针对不同类型DG依据步骤A中对应的潮流计算模型分别计算出第i个DG节点在第k次迭代时的和，然后求出第k次迭代时第i个DG节点的注入正序电流，i=1,2,…,n_DG；其中和分别为第i个DG节点在第k次迭代时的有功功率和无功功率，为第i个DG节点在第k-1次迭代时的节点电压，_nDG为接入系统的DG个数；12）将负荷节点注入序电流和DG节点注入正序电流叠加，求出第k次迭代时各节点总注入序电流；其中，下标s=0,1,2，分别表示三序网络模型中的零序、正序和负序网络模型；13）计算第k次迭代时的；其中，下标s=0,1,2，分别表示三序网络模型中的零序、正序和负序网络模型；14）计算第k次迭代时的；其中，1_n=[1,1,…,]^T，为n维向量；s=0,1,2，分别表示三序网络模型中的零序、正序和负序网络模型；15）计算k次迭代时节点i三相电压相量，i=1,2,…,n；16）判断和幅值之差是否满足收敛精度要求；若满足，则结束迭代；否则转步骤9）。