基于改進回路電流法的配電網(wǎng)潮流通用算法

第38卷 第20期 電力系統(tǒng)保護與控制 Vol.38 No.20 2010年10月16日 Power System Protection and ControlOct. 16, 2010

基于改進回路電流法的配電網(wǎng)潮流通用算法

汪宇霆1，張 焰1，張益波2

（1.上海交通大學(xué)電氣工程系，上海 200240；2.上海市電力公司，上海 200122）

摘要： 針對傳統(tǒng)的回路電流潮流算法在進行節(jié)點編號時需要添加虛擬支路形成二叉樹的缺點，提出一種新的節(jié)點編號方法，簡化編號過程并提高算法效率；針對回路阻抗矩陣分解算法的優(yōu)化問題，在原有的只對其中部分元素優(yōu)化計算的基礎(chǔ)上，提出了所有元素均參與優(yōu)化的回路阻抗矩陣LU分解算法；基于該改進的回路電流法，提出可以計算含有PV節(jié)點和弱環(huán)網(wǎng)的配電網(wǎng)潮流通用算法，并用PG&E的69節(jié)點配電網(wǎng)對算法的有效性進行了驗證。 關(guān)鍵詞: 配電網(wǎng)潮流；回路電流法；節(jié)點編號；優(yōu)化LU分解；通用算法

A general load flow method for distribution systems based on improved loop-current method

WANG Yu-ting1, ZHANG Yan1, ZHANG Yi-bo2

(1. School of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China；

2. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China)

Abstract: A disadvantage of the tranditional loop-current method for load flow calculation is that it inserts dummy lines to form an equivalent binary tree. This paper first presents a novel node numbering scheme that does not modify the original network to simplify and accelerate the node numbering process. An improved LU decomposition algorithm is proposed to optimize the calculation for all elements contrary to the traditional partial optimization. Based on the improved loop-current method, a general load flow method for distribution systems with PV buses and mesh networks is presented. The validity and preformance of the proposed method are verified on PG&E’s 69-bus distribution system.

Key words: load flow for distribution systems；loop–current method；node numbering；optimized LU decomposition；general method

中圖分類號： TM711 文獻標識碼：A 文章編號： 1674-3415(2010)20-0057-05

0 引言

配電網(wǎng)具有與輸電網(wǎng)不同的特點，如結(jié)構(gòu)呈輻射狀、有時含有少量環(huán)網(wǎng)（弱環(huán)網(wǎng)），以及支路參數(shù)的r/x值較大等[1]。這些特點使得配電網(wǎng)潮流計算對算法的收斂性要求較高，而且在算法中需要充分利用輻射狀及弱環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點來提高計算效率。回路電流法是各種配電網(wǎng)潮流算法中收斂性較好的算法之一，它根據(jù)電源、負荷、線路電容等對地支路形成的回路列出回路電壓方程組，對形成的回路阻抗矩陣進行LU分解，然后迭代計算各回路的電流及各節(jié)點電壓。通過一定的節(jié)點編號優(yōu)化方法，可以利用稀疏技術(shù)簡化回路阻抗矩陣的LU分解。文獻[2]提出的“直接潮流算法”是最早的回路電流法，文獻[3]對文獻[2]中的節(jié)點編號方法進行了改進，提出了對對角線元素和相鄰元素進行優(yōu)化的計算方法，但是這些方法還存在如下缺點：

(1) 在節(jié)點編號過程中需要向配電網(wǎng)插入零阻

抗的虛擬支路形成等價的二叉樹網(wǎng)絡(luò)，以確定負荷節(jié)點的編號[2-4]，在加大算法復(fù)雜度的同時改變了原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

(2) 對回路阻抗矩陣進行LU分解時只有部分元素利用了優(yōu)化算法，而且沒有進一步利用同一行元素的相同因子進行優(yōu)化計算；

(3) 計算有弱環(huán)網(wǎng)的配網(wǎng)潮流時需要修改回路阻抗矩陣，使得受修改影響的部分元素不能利用優(yōu)化算法，而且環(huán)網(wǎng)的解裂節(jié)點必須含有負荷[2]，限制了回路電流法在環(huán)網(wǎng)潮流計算中的應(yīng)用。

本文在傳統(tǒng)的回路電流法基礎(chǔ)上，首先針對輻射狀配電網(wǎng)提出一種新的節(jié)點編號方法，不需要添加額外的虛擬支路就能形成優(yōu)化的節(jié)點編號，不僅降低了編號的復(fù)雜性，而且還可以保持編號后的輻射狀網(wǎng)絡(luò)與原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，方便了通用潮流算法的設(shè)計。其次，充分利用根據(jù)優(yōu)化編號形成的回路阻抗矩陣的稀疏性質(zhì)，將優(yōu)化的LU分解算法擴展到U矩陣的所有元素，并通過預(yù)先計算行元素分

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