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一种新的节点注入电流三相潮流算法

更新时间:2016-07-05

1 引言

在三相对称线路及网络中,采用对称分量法进行建模,能够把互相耦合的abc三相电路解耦为相互独立的正序、负序、零序三序回路,在012坐标空间各序的互感系数为了零,正序电压只与正序电流相关,与负序电流、零序电流没有联系,将单相电路分析方法拓展运用到三相电路分析计算中,从而减少计算量、节省计算机内存、提高计算效率。

配电网络是保障供电可靠性、安全性的最主要环节,其运行环境及意外扰动状况较为复杂,运行方式调整及自动切换状况也更为灵活,因此配电网络运行状况的严格分析是十分必要的,且对提高电网的运行水平有着关键性、决定性作用。相对于输电网,配电网线路采用无换位架设,三相参数不对称。此外,配电线路直接面向各负荷,配电网用电设备具有多样性,终端用电用户包含单相负荷、两相负荷、三相负荷,配电网的三相负荷往往不平衡。因此如果线路各相参数不对称及负荷不平衡,则在相序分量之间有联系,如正序电压与负序电流和零序电流相关,失去对称分量法的优势[1],以参数对称为前提的对称分量法在配网的计算分析中已经不再适用。对称分量法需经过多次空间转换,不能反映实际问题。该方法计算结果相对保守精准度不够,不利于继电保护整定设计,不满足配网的运行要求。

(1)箭猪坡矿床与西侧的水落、三排洞矿床形成于统一的构造成矿场与构造应力场,矿体侧伏规律一致。在横剖面上为雁列排布(图4)[6],在纵剖面上向北侧伏。

相对于对称分量法,相分量法才是客观存在的,在abc坐标空间直接描述系统。相分量法是一种直接仿真、直观的方法,其数学模型完全再现原系统的物理结构。对原系统的结构和参数没有特殊的要求。这些都使得相分量法在电力系统计算分析中的优点和重要性越来越突出。当前,一般文献多采用基于相分量法的配电网三相潮流计算方法。文献[2-4]将单相潮流的计算方法直接拓展到三相潮流计算。

目前,配电网潮流算法可分为前推回代法、牛顿-拉夫逊法、快速解耦法和注入电流法等各种衍生方法。

采用SPSS 23.0统计学软件对数据进行处理,计数资料以百分数(%)表示,采用x2检验;计量资料以“±s”表示,采用t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

配电网的用电设备比较多样化,终端用电用户包含单相负荷、两相负荷、三相负荷,而配电线路直接面向各负荷,在多数情况下,配电网三相负荷并不平衡,对于三角形接法形式的负荷并不能反映不平衡现象。如图3为配电网采用功率表示三相负荷。

牛顿-拉夫逊法和快速解耦法广泛应用于输电网潮流计算,一些学者将这两种算法拓展到配电网的潮流计算。牛顿拉-夫逊法当初值x(0)和非线性方程的精确解足够接近时,收敛速度非常快,具有平方收敛特性。由于配电网特殊的网络架构及运行方式,是牛顿-拉夫逊法受初值影响较大,如果初值选取不当,潮流计算不收敛。且每步迭代不仅需求解雅克比矩阵,还需对雅克比矩阵进行求逆计算,每步迭代时间较长,计算效率不高。快速解耦法在占用内存和计算速度方面比牛顿-拉夫逊法有了较大的改进。快速解耦法基于两个基本假设:①电力网络中各元件的电抗一般远大于电阻;②|δi-δj|=|δij|不宜过大,且GijBij[6]。快速解耦法是对传统的牛顿-拉夫逊法的改进,把有功功率和无功功率分开迭代,从而得到常系数对称阵代替牛顿—拉夫逊法修正方程中的雅克比矩阵,以此提高计算速度,降低对计算机贮存容量的要求。然而,快速解耦法为线性收敛,收敛速度慢,且对R/X比较敏感,并不适用于配电网的特殊架构。

针对配电网三相潮流计算方法,本文提出一种新的基于节点注入电流三相潮流算法。该方法与牛顿-拉夫逊法相似,在牛顿-拉夫逊法的功率不平衡量向量中加入了电流不平衡量,具有二次收敛速度,雅克比矩阵元素比牛顿-拉夫逊法简单,且每次迭代时间比牛顿-拉夫逊少,计算效率高。与P-Q分解法相比,该方法不需要设置约束条件,计算更准确。与前推回代相比,其适应性更强,对配电网的网络结构无特殊要求,能够计算含环的复杂网络。

2 三相不对称网路元件模型

2.1 配电网不对称线路模型

配电网输电线路三相参数不对称现象比较突出,对于三相对称线路,其三相参数为zaa=zbb=zcczab=zba=zac=zca=zbc=zcb,对称三相线路可等值为单相电路,利用三相对称性仅需分析一相。而对于一般不对称线路,其三相参数为zaazbbzcczab=zbazac=zcazbc=zcb,不能只分析一相,需对abc三相进行分析,建立三相的 相分量模型。图1为配电网一段输电线路。

图1 三相耦合线路

图1不对称线路的abc三相的数学模型可表示为:

(1)

其去互感后的网状模型可表示为:

图2 不对称线路网状模型

2.2 配电网负荷的三相模型

前推回代算法是支路型算法,该算法包含两步迭代过程,分别为前推过程和回代过程。回代过程是指已知各节点电压根据负荷功率由末端向始端逐段推导,求解支路电流和功率损耗,获取始端功率;前推过程指根据求得的始端功率,由始端向末端计算每段的电压降落,求得各节点电压。目前,前推回代法在配电网潮流计算中得到广泛应用,该算法用在纯辐射状的配电网的潮流计算时,占用内存少,计算效率也较高。但是该算法也存在局限性,网孔处理能力较差,随着网孔数量的增加,算法的收敛性差,甚至发散[5]

对于电能传输的电网络,其节点的负荷或电源用功率形式表示时,从网络功率平衡的角度看,须设置一个功率待定的电源以平衡网络功率损耗,从方程计算的角度,须设置笛卡尔坐标的水平线参考方位。因此,网络中至少须设置一个电压源节点,即设置一个节点电压为已知确定值的平衡节点。令为系统n电源节点,其电压为

图3 配电网三相负荷

ΔPiPGieiIxifiIyi-eiΔIxi-fiΔIyi

(2)

3 三相潮流计算的节点注入电流法

n节点电力网络的节点电压方程为:

西研究区闪锌矿矿石结构为他形晶粒状、他形粒状。构造为裂隙充填,形成不规则网脉状。伴有硅化、黄铁矿化、黄铜矿化,矿化呈脉状沿构造节理或裂隙分布,显示矿床成因类型为热液充填型。

(3)

导纳Y以实部、虚部表示,电压相量、电流相量以直角坐标投影形式表示,即取:

(4)

ΔQiQGifiIxieiIyi-fiΔIxi+eiΔIyi

(5)

对于驱动方式,托盘的横向移动用电机带动链条驱动来进行,其中的传动装置通过齿轮齿条的啮合来实现。放弃使用液压系统因为其造价昂贵和维修保养方面难度较高。

式(3)的分块矩阵形式为:

当下,随着互联网5.0时代的到来,家电行业正在飞速的发展。各种款式多样、功能丰富的新产品层出不穷,导购策略也是纷繁芜杂。虽然消费者们拥有了更多家电产品的选择空间,但在无形中的选购难度也在大大增加。由此,“嘉电”评测项目应运而生。

(6)

ΔQi=QGi-QDi-(fiIxi-eiIyi)

(7)

则描述配电网基本行为的注入电流和直角坐标形式的潮流方程表示为:

ΔX=Ix-Ge+Bf-GnExn+BnEyn

(8)

ΔY=Iy-Gf-Be-GnEyn-BnExn

(9)

ΔPi=PGi-PDi-(eiIxi+fiIyi)

(10)

节点功率为节点电压与电流的非线性形式:

(11)

如果网络中含有电压支撑的电源节点,则需加上限制条件:

(12)

确定针对k的相应调节电源k1,其相应的电源功率Iyk1就可作为变量,不平衡量为:

(13)

采用牛顿法的潮流方程与上述的限制方程联立求解的线性化形式为:

ΔxIx-GΔe+Bf

翻转课堂译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”,也可译为“颠倒课堂”,是指重新调整课堂内外的时间,将学习的决定权从教师转移给学生。在这种教学模式下,课堂内的宝贵时间,学生能够更专注于主动的基于项目的学习,共同研究解决本地化或全球化的挑战以及其他现实世界面临的问题,从而获得更深层次的理解。教师不再占用课堂的时间来讲授信息,这些信息需要学生在课前完成自主学习,他们可以看视频讲座、听播客、阅读功能增强的电子书,还能在网络上与别的同学讨论,能在任何时候去查阅需要的材料。教师也能有更多的时间与每个人交流。

(14)

ΔyIy-GΔf-BΔe

(15)

配电网三相负荷并不平衡,对于三角形接法形式的负荷并不能反映不平衡现象。只有两表法测量的三相功率,不易表示为三相功率不平衡形式。三表法接线能够直接测取三相负荷功率,三表法测量三相功率时,三相负荷功率测量中接入的是三相电压。三表法接线是直接测得三相负荷功率,且功率是相电压(节点电压与中性点电压之差)与相电流(节点电流)的非线性形式。

(16)

对任一节点i,其注入电流表示为:

《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》(国办发〔2015〕36号)要求:将创新创业教育纳入高校教育教学评估指标体系和学科评估指标体系[2]。高校创新创业教育课程建设质量监测与评价体系建设不仅受到政策文件、人员场地、保障条件等硬件条件的影响制约,同时,还受到监测评价体系设定原则、设定方法、适用范围和服务对象等软件因素的影响制约。

(17)

(18)

根据以上方程组的线性化形式,可得注入电流求解的修正方程为:

(19)

其中1x、1y、1y,k1分别为表示ΔIx、ΔIy、ΔIy,k1所对应的1。

[1]极光网:《2018年5月专车市场研究报告》,https://www.jiguang.cn/reports/318。

由式(19)注入电流修正方程可知,如果网络中只有一个电源节点,其他全是PQ节点,系数矩阵中IxIyef四个子块分别为上一次迭代的结果,则雅克比矩阵为常数。如果系统中含PV节点,则雅克比矩阵只需更新系数矩阵中PV节点对应的元素。

4 算例分析

采用33节点的配电系统,对本文所提出的元件模型和节点注入电流潮流算法进行仿真验证。该系统含37条支路,5个环,如图4所示。系统各节点的三相参数见于参考文献[7]。电压基准值取12.66kV,基准功率为10MVA。

采用本文提出的节点注入电流潮流算法对图4进行潮流计算。本文潮流方法的计算结果与文献[7]提出基于叠加原理的前推回代法的计算结果见于表1。

图4 IEEE33节点系统图

1 节点电压计算结果

节点本文方法A相电压B相电压C相电压前推回代法[1]A相电压B相电压C相电压01.00000+0.00000i-0.50000-0.86603i-0.50000+0.86603i1.00000+0.00000i-0.50000-0.86603i-0.50000+0.86603i10.99908+0.00007i-0.49946-0.86530i-0.49960+0.86517i0.99718+0.00207i-0.49833-0.8637i-0.49878+0.86339i20.99565+0.00022i-0.49752-0.86256i-0.49804+0.86202i0.98666+0.00071i-0.49236-0.8549i-0.49400+0.85370i30.99448+0.00023i-0.49695-0.86165i-0.49748+0.86098i0.98306+0.00076i-0.49058-0.85201i-0.49229+0.85052i40.99341+0.00023i-0.49635-0.86070i-0.49694+0.86000i0.97975+0.00076i-0.48872-0.84897i-0.49063+0.84753i50.99091-0.00039i-0.49550-0.85814i-0.49513+0.85803i0.97208-0.00111i-0.48613-0.84081i-0.48509+0.84151i60.99061-0.00089i-0.49580-0.85757i-0.49455+0.85803i0.97113-0.00264i-0.48708-0.83907i-0.48331+0.84148i70.99027-0.00098i-0.49568-0.85719i-0.49430+0.85780i0.97009-0.00293i-0.48675-0.83798i-0.48253+0.84075i80.98929-0.00111i-0.49525-0.85621i-0.49368+0.85700i0.96708-0.00332i-0.48543-0.83491i-0.48060+0.83825i90.98916-0.00123i-0.49528-0.85600i-0.49356+0.85700i0.96668-0.00369i-0.48553-0.83430i-0.48025+0.83827i100.98916-0.00124i-0.49529-0.85599i-0.49354+0.85700i0.96669-0.00373i-0.48556-0.83427i-0.48019+0.83825i110.98921-0.00128i-0.49534-0.85601i-0.49352+0.85703i0.96683-0.00384i-0.48573-0.83433i-0.48011+0.83836i120.98819-0.00125i-0.49477-0.85511i-0.49293+0.85605i0.96368-0.00374i-0.48396-0.83146i-0.47831+0.83532i130.98784-0.00130i-0.49463-0.85475i-0.49265+0.85575i0.96259-0.00391i-0.48354-0.83029i-0.47742+0.83438i140.98777-0.00126i-0.49454-0.85467i-0.49261+0.85563i0.96237-0.00378i-0.48327-0.83001i-0.47729+0.83398i150.98719-0.00118i-0.49412-0.85424i-0.49240+0.85505i0.96059-0.00354i-0.48200-0.82860i-0.47665+0.82895i160.98607-0.00124i-0.49347-0.85330i-0.49182+0.85402i0.95711-0.00371i-0.48008-0.82546i-0.47483+0.82895i170.98570-0.00109i-0.49311-0.85310i-0.49179+0.85361i0.95598-0.00326i-0.47899-0.82476i -0.47472+0.82765i180.99852-0.00002i-0.49924-0.86478i-0.49925+0.86472i0.99547-0.00005i-0.49766-0.86206i-0.49772+0.86201i190.99397-0.00051i-0.49723-0.86058i-0.49655+0.86086i0.98148-0.00151i-0.49149-0.84881i-0.48942+0.85015i200.99270-0.00079i-0.49679-0.85933i-0.49567+0.85986i0.97756-0.00235i-0.49014-0.84484i-0.48675+0.84707i210.99155-0.00111i-0.49645-0.85812i-0.49483+0.85900i0.97403-0.00333i-0.48911-0.84105i-0.48414+0.84443i220.99394+0.00014i-0.49661-0.86106i-0.49710+0.86049i0.98138+0.00048i-0.48960-0.85009i-0.49109+0.84897i230.99060-0.00022i-0.49502-0.85802i-0.49506+0.85761i0.97112-0.00062i-0.48481-0.84029i-0.48480+0.84007i230.98828-0.00033i-0.49378-0.85607i-0.49385+0.85562i0.96396-0.00093i-0.48110-0.83382i-0.48104+0.83386i250.99061-0.00034i-0.49512-0.85792i-0.49507+0.85785i0.97113-0.00096i-0.48543-0.84003i-0.48474+0.84053i260.99022-0.00027i-0.49484-0.85763i-0.49493+0.85743i0.96993-0.00073i-0.48452-0.83905i-0.48432+0.83828i270.98863-0.00033i-0.49396-0.85627i-0.49404+0.85595i0.96504-0.00091i-0.48179-0.83449i-0.48160+0.83477i280.98755-0.00031i-0.49332-0.85541i-0.49348+0.85490i0.96171-0.00086i-0.47978-0.83153i-0.47989+0.83160i290.98661+0.00002i-0.49244-0.85467i-0.49330+0.85379i0.95878+0.00017i-0.47407-0.82929i-0.47934+0.82817i300.98566-0.00065i-0.49259-0.85337i-0.49218+0.85328i0.95585-0.00189i-0.47749-0.82541i-0.47589+0.82661i310.98548-0.00084i-0.49270-0.85309i-0.49192+0.85324i0.95531-0.00249i-0.47779-0.82460i-0.47510+0.82652i320.98555-0.00096i-0.49288-0.85307i-0.49184+0.85339i0.95552-0.00287i-0.47831-0.82458i -0.47486+0.82697i

由表1各节点的计算结果可知,本文方法的计算精度要高于文献[5]基于叠加原理的前推回代法,此外,前推回代法只能适用于辐射状或弱环单电源的配电网,应用范围比较局限。而本文提出的方法对网络结构和参数无特殊要求,更具一般性,应用范围更广,更适用于运行灵活的配电网三相潮流计算。

从图1可以看出:河道两侧的两块绿地分别被划分为多个不规则小三角形块。小三角形块的划分是由指定区域的形状规则程度所决定。整体计算边界为规则的矩形时,三角网呈现出比较一致的小三角形块;而计算边界形状极为不规则时,三角网则由差异较大的不同形状、不同大小三角形组成。

5 结论

针对配电网元件三相参数不对称和三相负荷不平衡的问题,本文采用计及abc三相的相分量模型处理,直观的描述配电网特殊的运行特性。

教育项目的评价是教育项目发展的关键,教育项目的评价效果影响着教育项目实施的进程。为了适应当前教育项目发展的需要,教育项目评价理论应运而生,这对促进教育市场的和谐发展,提高教育项目的整体水平,体现教育项目的特色和多元化,有着较大的意义。同时,教育项目评价理论作为一门指导实践的应用理论,在理论上的匮乏,会影响其对实践的指导作用,教育项目的发展也会随之受到影响。因此,进行教育项目评价的研究是非常必要,也是非常重要的。

随着配电网不断的发展,其结构和运行方式发生了发生了巨大的变化,特别是分布式电源大量接入配电网,使得传统的潮流计算方法不再适应配电网的潮流计算。本文提出一种新的节点注入电流潮流计算方法。计算单电源配电网的潮流时,该方法的雅克比矩阵为常系数矩阵,在计算含分布式电源的多电源网络时,只需修改电源对应相元素,计算效率高。此外,该方法的雅克比矩阵为高度稀疏的系数矩阵,占用内存少,编程简单。算例仿真结果很好表明了,本文提出方法的可行性和正确性。

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杨冬梅
《电气开关》 2018年第02期
《电气开关》2018年第02期文献

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