电网三相潮流计算方法研究

电网三相潮流计算方法研究

齐秀君

（山西省电力公司大同供电公司山西大同037008）

摘要：配电网网络参数的不对称使得对称分量法解耦失效，配电网潮流计算元件模型需采用abc全耦合模型。针对配电网长辐射状网络结构可能导致的三相牛顿拉夫逊潮流初值选取难题，提出了一种初值选取方法。传统的交直流潮流计算方法主要用于输电网计算，而交直流配电网需要考虑交流网侧三相不平衡和直流网侧分布式电源低压多端直流接入等问题。针对这一问题，提出了一种考虑三相不平衡的含多端直流的交直流配电网交替求解算法。本文针对三相变压器、分布式电源潮流计算模型进行了分析，通过分析各种方法的特点及缺陷，提出改进建议。

关键词：电网；三相潮流；计算；措施

1导言

随着新能源、新材料以及电力电子技术的快速发展与广泛应用，用户对供电质量、可靠性以及运行效率等要求日益提高，现有交流配电网正面临用电需求多样化、分布式发电规模化接入、潮流协调控制复杂化等多方面的巨大挑战。输配电网潮流计算是配电网络分析的基础，在无功优化、状态估计和网络重构等方面发挥了重要的作用。

2配电网的结构特点

与输电网相比，配电网的结构和运行方式有以下显著的特殊性。

1）三相不平衡。配电线路很少采取三相整体循环换位走线方式，三相参数不对称且随着非全相并网的DG以及电动汽车等不对称设备日益增多，使配电系统的三相不平衡特征更加显著。2）配电网采用闭环设计、开环运行。这种特征使在配电网实际运行和网络优化计算中，需要计算分段开关和联络开关闭合情况下形成的少环或双端供电网络潮流。3）线路的R/X比值比较大。基于以上配电网的这些特征，传统的输电网潮流算法在配电网中将不再适用，必须提出能够适应这种形式下的配电网潮流算法。一些国内外学者在配电网三相建模和三相潮流算法的改进上也做了大量研究，并取得了一些成果。本文基于一些典型文献对变压器三相模型和各种分布式电源潮流计算模型进行分析，探讨目前在配电网中广泛采用的各种潮流计算方法对包含各种DG的配电网的适应性，并提出改进建议。

3配电网运行过程中存在的主要问题

3.1三相耦合问题

输电网和配电网都存在着不对称故障现象，配电网存在着网络参数不对称和负荷运行不对称，而输电网如图1所示，不存在这2种不对称现象。图1表示输电或者配电线路，运行上可以表示对称负荷或不对称负荷或不对称故障，后者表现在向网络注入了对称或不对称的电流。

也即网路参数是对称的，否则对称分量法无法实现解耦。输电网满足此条件，可以采用对称分量法解耦；而配电网不满足此条件，不能采用对称分量法实现解耦运算。失效根本原因是配电网网络参数的不对称，对称分量法的解耦失效使得配电网的运算问题更为复杂，表现为节点导纳矩阵、雅可比矩阵阶数是单相或单序计算时的3倍。本文考虑配网计算的精确性，采用三相abc全耦合模型，考虑存在的所有耦合阻抗，主算法采用三相牛顿拉夫逊潮流算法。

4改进的配网三相潮流方法

4.1变压器模型

变压器是配电网中重要元件之一，基于配电网三相系统的不平衡，在输电网中应用的单相变压器模型将不再适用，需要建立详细的变压器三相模型以获得准确的潮流计算结果。变压器三相模型由漏磁导纳阵和铁损等值回路组成。详细的变压器三相模型需要考虑以下因素，即铜损和铁损、相位偏移问题、中性点接地和不接地的变压器模型等。目前广泛采用的是基于节点电压方程建立的变压器节点导纳矩阵模型，但对于中性点不接地的变压器，其节点导纳矩阵是奇异的，导致潮流计算结果不收敛，一些文献也提出了解决方法。文献[4]通过设定一个零序电压参考值，在变压器模型中增添一个副边侧的电压约束，然后建立增广变压器导纳阵解决其奇异问题，该方法可广泛应用于中性点不接地的配电网三相潮流计算中。在实际工程计算中，可将零序电压参考值设为零，减小计算的复杂度，这是目前比较有效的一种方法。文献[5]利用了线电压中不包含零序电压分量的特点，通过变压器原边侧采用相电压、副边侧采用线电压的方法，避免了零序电压漂浮的问题。但这种处理方法会在潮流方程中出现相/线混合电压，不易处理，实用性不大。

4.2配电网节点、支路编号

将平衡节点编号为0，作为根节点，暂不考虑存在的少量合环支路，采用树的广度或深度搜索对配网其他节点进行编号，各支路编号采用支路末节点号，再接着对合环支路编号（顺序无影响）。4.3单相系统构建：将配网中存在的极少量合环在合环支路处解环，配网呈辐射状，将各辐射支路已经标幺化的a、b、c各相的自阻抗求和后再除以3作为单相系统的对应支路阻抗，所有互阻抗不考虑；将各负荷点已经标幺化的a、b、c各相功率求和后再除以3作为单相系统的对应节点负荷；各节点电压初值为1p.u.、相角为0，以此方法从全耦合三相系统构建出简化的单相系统。

4.4分布式电源模型

在将分布式电源接入配电网之后，会改变传统配电网单电源辐射网的特点。研究DG接入配电网的数学模型及其在潮流计算中的处理方法，是研究含DG的配电网运行与控制特性的基础。为了正确计算含分布式电源的配电网三相潮流，需要采用详细的分布式电源三相潮流模型。配电网的分布式电源主要有风能、光伏、微型燃气轮机和燃料电池等，按照并网的特性，可分为同步发电机、异步发电机、电力电子接口并网型电机和双馈风机等。目前对于DG的建模大多是三相平衡模型，如根据不同的控制特性建立了各种DG的三相模型，在三相潮流计算中将分布式电源分为PV、PQ、PQ（V）和PI节点类型，但是并没有考虑到系统的不对称性对分布式电源出力的影响，在不对称程度较高的情况下，计算结果将存在较大的误差。在三相对称DG接入三相不平衡配电网中，由于三相电压不对称，DG输出的三相功率并不对称相等，所以对于三相不平衡的配电系统，传统方法近似认为三相对称DG输出的三相功率对称相等且为给定值的处理方式不够合理。因此，将三相对称的PQ型DG输出恒定的有功率和无功功率作为该DG节点注入系统的恒定正序有功功率和恒定正序无功功率，将三相对称的PV型DG输出恒定的有功功率作为该DG节点注入系统的恒定正序有功功率，将其输出的额定电压作为该DG节点恒定的正序电压幅值，来提高潮流计算结果的准确性。

结束语

综上所述，本文提出的配电网三相潮流计算方法具有简单、实用、效率高等特点，潮流计算的核心是abc三相模型下的牛顿迭代算法，能够处理由于三相参数不对称和三相负荷不对称带来的全耦合问题，采用相序混合建模方法对电网建模，并用分解协调方式实现全网三相潮流的求解，兼具相分量法的灵活性和对称分量法的计算高效性。

参考文献：

[1]苏申，阮玉斌，刘庆珍.配电网三相潮流计算方法研究[J].电气技术，2017，02：1-4+35.

[2]刘耀华，裴玮，杨艳红，赵振兴，邓卫，于汀，黄仁乐.多端直流的交直流配电网潮流计算[J].电力建设，2016，05：83-90.

[3]徐青山，刘中泽，杨永标，李强，辛建波.改进的配电网三相潮流计算方法[J].电力系统及其自动化学报，2014，09：23-29.