國(guó)網(wǎng)四川省電力公司富順縣供電分公司 幸健生

農(nóng)村配電網(wǎng)引入分布式發(fā)電后，由于分布式配電網(wǎng)的配電線路較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此急需設(shè)計(jì)一種線路規(guī)劃算法來(lái)解決。傳統(tǒng)的方法往往沒(méi)有考慮DG的并網(wǎng)問(wèn)題，因此，應(yīng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。在利用初級(jí)DG節(jié)點(diǎn)模型計(jì)算功率變化時(shí)，存在近似計(jì)算的現(xiàn)象，降低了算法收斂性，計(jì)算效率得不到保障。因此，本文提出了一種適用于分布式發(fā)電的農(nóng)村配電線路規(guī)劃算法。

1 基于電網(wǎng)用電的分布式配電工程線路規(guī)劃算法設(shè)計(jì)

1.1 考慮農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)計(jì)純輻射式配電網(wǎng)絡(luò)

對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的用電量進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)其配電網(wǎng)絡(luò)是由一種特殊的電源支持的，即輻射式單電源供電，設(shè)該輻射性電源在供電時(shí)含有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，則其回路數(shù)m=0，支路數(shù)b=N－1，不管是回路還是支路都是獨(dú)立的，本文在基礎(chǔ)的農(nóng)村配電網(wǎng)上引入了環(huán)網(wǎng)，設(shè)本文引入的環(huán)網(wǎng)個(gè)數(shù)為nLP = b－N+1，此時(shí)任意一個(gè)配電網(wǎng)的負(fù)荷都可以用Si來(lái)表示，其中i代表配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，此時(shí)的Si可以用公式(1)來(lái)計(jì)算。

式中，*代表共軛，Pi代表配電數(shù)值，j代表支路差值，Qi代表初始負(fù)荷，代表額定電壓，Ii*代表矢量電流。此時(shí)，將該公式迭代需要提前注入額定電流，根據(jù)此時(shí)的節(jié)點(diǎn)值i，其注入電流可以用(2)表達(dá)。

式中，Vik－1代表此時(shí)節(jié)點(diǎn)在k－1次時(shí)的迭代電壓數(shù)值。因此，計(jì)算出此時(shí)的電網(wǎng)呈輻射式，此時(shí)的電網(wǎng)中不含有環(huán)路，基于此，本文利用n×n電流矩陣來(lái)關(guān)聯(lián)此時(shí)電流與節(jié)點(diǎn)注入的關(guān)系，設(shè)該矩陣為C，將支路中形成的各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)加入到該矩陣中，此時(shí)的C節(jié)點(diǎn)可以看成各項(xiàng)支路中節(jié)點(diǎn)的集合，如果各個(gè)節(jié)點(diǎn)在聚集的路上面臨不同的路徑，可以設(shè)此時(shí)j支路的節(jié)點(diǎn)為i，此時(shí)的節(jié)點(diǎn)集合C可以用C(i,j)=1表示，而如果各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑相同則C(i,j)=0。則此時(shí)的配電網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)絡(luò)

由圖1可知，此時(shí)配電網(wǎng)中的關(guān)聯(lián)矩陣的出發(fā)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，在出發(fā)前需要對(duì)其進(jìn)行初步處理，即將其利用深度優(yōu)先搜索算法進(jìn)行變換，此時(shí)節(jié)點(diǎn)與支路的編號(hào)相同。此時(shí)的支路電流可以用IB1、IB2、IB5來(lái)表示，節(jié)點(diǎn)與這些支路電流的關(guān)系可以用下式表示。

式中，IN1、IN2…IN5代表此時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流值。此時(shí)將各個(gè)節(jié)點(diǎn)注入到支路電流中，得到此時(shí)的關(guān)系矩陣。

根據(jù)矩陣(6)可以得出此時(shí)的注入電流與支路電流表達(dá)式如(7)所示。

其中，IN代表此時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的n×1電流值，IB代表n×1的支路電流，將其與各個(gè)支路的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，可以得出此時(shí)的純輻射式配電網(wǎng)絡(luò)ΔV如下式。

配電網(wǎng)絡(luò)(8)中，E代表電源電壓，V代表節(jié)點(diǎn)電壓，需要依據(jù)該配電網(wǎng)絡(luò)搭建弱環(huán)配電網(wǎng)。

1.2 搭建弱環(huán)配電網(wǎng)

檢測(cè)此時(shí)的配電工程是否含有環(huán)路，若此時(shí)含有環(huán)路，則需要利用上文的公式轉(zhuǎn)化成純輻射式配電網(wǎng)絡(luò)，此過(guò)程稱(chēng)為解環(huán)，解環(huán)后的配電網(wǎng)如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)解環(huán)

由圖2可知，若此時(shí)在配電網(wǎng)解環(huán)中存在負(fù)荷，則需要將此時(shí)存在的負(fù)荷消除，本算法采用電流補(bǔ)償消除算法來(lái)輔助解環(huán)，第一步，將整個(gè)配電網(wǎng)的末端連接節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)；第二步，在末端斷開(kāi)處生成新節(jié)點(diǎn)6；第三步，將新節(jié)點(diǎn)通過(guò)阻抗電路與4連接；最后一步在5，6處注入等效電流，此時(shí)形成的解環(huán)支路矩陣用公式(9)表示。

由新生成的關(guān)聯(lián)矩陣C通過(guò)公式(4)～(7)可以求出解環(huán)后的各支路電流、支路電壓，根據(jù)等效定理可求出解環(huán)后第k次迭代的斷點(diǎn)補(bǔ)償電流變化量，然后更新斷點(diǎn)等效注入電流，此時(shí)搭建的弱環(huán)配電網(wǎng)ΔI如(10)所示。

Z代表矩陣阻抗，在每次迭代過(guò)程中，可以根據(jù)新的節(jié)點(diǎn)電壓值求得開(kāi)路電壓，根據(jù)該配電網(wǎng)可以建立此時(shí)的分布式電源模型。束，輸出相關(guān)結(jié)果。

2 算例分析

為了檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的算法的規(guī)劃性能，進(jìn)行了算例分析，搭建了基準(zhǔn)功率為10MVA的檢測(cè)系統(tǒng)，將牛頓法(a)、快速解耦法(b)、以支路電流為狀態(tài)變量的前推回代法(c)、回路分析法(d)與本文設(shè)計(jì)的算法(e)進(jìn)行對(duì)比。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

首先斷開(kāi)聯(lián)絡(luò)線，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，幾種方法的節(jié)點(diǎn)電壓如表1所示。

由表1可知，此時(shí)各種方法的電壓值都比較穩(wěn)定，在PV型和DG型的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)顯示回路對(duì)電壓有升壓作用，回路閉合后改變電壓方向可以改善系統(tǒng)的電壓分布。

表1 幾種方法的節(jié)點(diǎn)電壓

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)上述的電壓數(shù)值，將幾種算法接入到穩(wěn)定的配電網(wǎng)中，記

1.3 設(shè)計(jì)分布式電源模型

在配電網(wǎng)潮流計(jì)算中，分布式電源一般可以看作是PQ或PV節(jié)點(diǎn)。由于PQ型分布式電源的P、Q為常數(shù)值，因此需要在計(jì)算負(fù)荷的情況下設(shè)計(jì)此時(shí)的分布式電源模型，如(11)所示。

在公式(11)中，由于兩種類(lèi)型的模型都面臨閾值范圍，因此在實(shí)際分布時(shí)，需要預(yù)先設(shè)計(jì)分布式電源的上限和下限。

1.4 實(shí)現(xiàn)分布式配電工程線路規(guī)劃計(jì)算

分布式配電工程線路規(guī)劃計(jì)算步驟如下，第一步，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，生成關(guān)聯(lián)矩陣、阻抗矩陣以及開(kāi)環(huán)阻抗矩陣和弱環(huán)網(wǎng)。第二步，記錄此時(shí)的初始化電壓數(shù)值。第三步，根據(jù)此時(shí)的節(jié)點(diǎn)電流數(shù)值，計(jì)算PQ和DG節(jié)點(diǎn)在每次迭代時(shí)需要更新的數(shù)值。第四步，計(jì)算環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)處的電壓差，根據(jù)式(9)、(10)修正斷點(diǎn)電流，對(duì)于連續(xù)值，根據(jù)式(11)修正其兩端節(jié)點(diǎn)注入電流。第五步，根據(jù)式(4)計(jì)算出支路電流得到各支路電壓。第六步，根據(jù)式(6)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)的電壓差。第七步，計(jì)算非PV型節(jié)點(diǎn)相鄰2次迭代的電壓誤差，判斷PV節(jié)點(diǎn)電壓的收斂精度，若電壓誤差在精度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)到步驟(8)，否則重復(fù)步驟(3)~(6)。最后一步，計(jì)算結(jié)錄幾種算法迭代的次數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，本文設(shè)計(jì)的算法迭代次數(shù)最少，因此準(zhǔn)確性和效率都最高。

結(jié)束語(yǔ)：本文根據(jù)配電網(wǎng)拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，提出了一個(gè)矩陣來(lái)求解支路電流與節(jié)點(diǎn)的注入關(guān)系。引入改進(jìn)的算法來(lái)處理配電網(wǎng)中的環(huán)路，經(jīng)過(guò)算例分析可知，該算法迭代次數(shù)少，具有計(jì)算速度快、收斂性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以起到提高節(jié)點(diǎn)電壓的作用，隨著分布式電源和環(huán)網(wǎng)數(shù)量的增加，PV型的升壓效果更好，為優(yōu)化分布式電源配置提供了參考。