一種配電網饋線段等效化簡的方法
2023-09-23 12:17:25 1
一種配電網饋線段等效化簡的方法
【專利摘要】本發明涉及一種配電網饋線段等效化簡的方法，屬於電力系統拓撲結構設計【技術領域】。首先建立合併節點規則庫，確定哪些節點需合併；將保留節點的出線度設置為0，合併節點出線度仍為2；接著對出線度為2的節點進行深度優先搜索，有電氣連接關係的節點歸到一個島，每個島上有且僅有兩個出線度為0的節點；對島上饋線段數大於等於2的島進行饋線段合併，形成一條新的饋線段，新饋線段的兩端點是島上出線度為0的兩個節點；依次刪除各個島上除出線度為0的兩個節點之外的節點，刪除島上除新饋線段之外的所有饋線段。該發明可以在不降低分析精度的前提下，顯著減少系統規模，從而間接提高了狀態估計、潮流等計算效率，可以滿足實時計算、調度的需求。
【專利說明】一種配電網饋線段等效化簡的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統拓撲結構設計【技術領域】，特別涉及一種配電網饋線段等效化簡的方法。
【背景技術】
[0002]配電網是電網的重要組成部分，是直接與億萬用戶直接打交道的關鍵環節，智能電網倡導的用戶側響應主要在配電網側起到作用，與傳統輸電網相比，配電網的有著自身的特點:
[0003]1.省級輸電網的模型的節點數目一般是幾千這個量級，配電網節點更多、饋線段更多，動輒都是上十萬、百萬的規模，一般中小城市的饋線規模都超過幾萬條，1kV節點規模都在百萬以上。
[0004]2.不同於輸電網三相參數基本對稱、負荷均衡，配電網三相參數有較大的不對稱性，且饋線段的A、B、C三相有功功率、無功功率差異大，不平衡度高。
[0005]3.配電網絡的饋線段型號多，饋線段長度差異性大，有的僅僅幾米，有的達幾千米。
[0006]4.配電網包含的設備種類更多，各種分布式電源已經超過幾百種，它們的數學模型不相同，而傳統輸電網僅有發電機、電動機、饋線段、變壓器、負荷、開關、電容器、電抗器等有限1?型。
[0007]由於第I點的緣故，很多現有的電網分析軟體都無法對如此巨大規模的網絡進行求解，將待求解網絡的節點數目記為n，大多數電網分析軟體求解的極限一般是n〈5000，且隨著節點數目接近極限時，求解耗時長，無法滿足實時控制、調度的要求。
[0008]由於第2點的緣故，三相負荷、參數有較大的不對稱性，傳統輸電網將三相等效為單相模型的處理方法得到的結果精度不高，因此必須採用三相建模，僅考慮三相三線制，待求網絡的節點規模也由η增加至3η，求解難度進一步增大、求解時間進一步增加，如果考慮三相四線制，則待求節點的規模將接近4η，求解難度和時間更是大幅增加。雖然採用稀疏矩陣技術可以處理更大規模的系統，現在主流的電力系統分析工具大多引入了稀疏矩陣處理技術以提高分析效率，但是如果可以從網絡初始模型進行等效化簡，從源頭上減少節點規模，再引入稀疏矩陣技術，則會事半功倍。
[0009]由於第3點的緣故，大部分成熟面向傳統輸電網的分析工具一般不能夠直接應用於配電網絡，其主要原因包括兩方面，一是需要引入大量的新模型，分布式電源的模型相當多；二是這些模型的接入往往在較低的電壓等級，普遍在1kV以下，因此要進行較為準確的分析，需要將1kV網絡建模，而傳統輸電網分析工具受分析規模所限，一般僅對35kV甚至IlOkV以上進行建模。另外是，更多類型的設備接入，加大了網絡化簡的難度。
[0010]由於第4點的緣故，饋線段長度的巨大差異性，其本質對應電氣參數(電阻、電抗)的巨大差異，從而導致系統的導納矩陣元素差異大，以常見的電纜短接線為例，其阻抗很小，對應的導納極大(阻抗為零，導納無窮大)，這樣導致系統導納陣中對應的互導納(導納方陣中的非對角元都是互導納，對角元是自導納)。現有的電網分析工具大多是基於系統導納陣的，而饋線段長度差異大導致的系統導納陣某些互導納過大會影響數值分析的穩定性、精度、速度，進一步導致求解失敗。
[0011]配電網饋線段呈現分段多，長短差異性大，現有配網模型一般均由GIS(地理信息系統)負責維護，大量電線桿等的存在，導致饋線段數量過多，實際上距離相近的饋線段，其型號基本一致，如果中間沒有負荷、分布式電壓、變壓器、開關等，可以進行等效合併，從而對網絡進行等效化簡，解決現有電網分析手段計算耗時長、計算精度差、不易收斂的問題。鑑於此，尋求高效饋線段等效化簡的方法，而不降低複雜模型的計算分析精度，迫在眉睫。
【發明內容】
[0012]本發明的目的旨在解決現有技術的不足，提出一種配電網饋線段等效簡化的方法，通過建立合併節點規則庫，將節點分為需合併節點和保留節點兩類，並設定保留節點的出線度為2，然後對保留節點採用深度優先的拓撲搜索形成拓撲島，對各島的饋線段進行合併，合併後生成新的饋線段，新饋線段兩端節點為該島上的兩個保留節點，新饋線段的阻抗參數為合併前的饋線段組阻抗之和，新饋線段的導納參數為合併前的饋線段導納參數之和，通過饋線段的等效合併，在保持計算精度的前提下，減少系統的規模，節省資料庫存儲空間，為電力系統狀態估計、潮流計算等實時分析模塊提供優質數據，間接縮短了電力系統計算服務、優化調度的計算時間，提高了電力系統實時控制、調度的計算效率。
[0013]本發明提出的配電網饋線段等效化簡的方法，包括以下步驟:
[0014]I)建立合併節點規則庫:規則庫包括出線度為2的節點且該節點未連接有開關、繞組、負荷、電容器、電抗器或分布式電源，則該節點需合併；開關(包括斷路器和刀閘)、繞組兩端的節點，連接有負荷、電容器、電抗器、分布式電源的節點，開關、繞組的兩端節點，以及出線度大於2的節點，均是不需合併的節點，稱這些節點為保留節點；
[0015]2)將保留節點的出線度設置為0，需合併的節點的出線度仍為2 ；
[0016]這樣處理後所有節點可以分為兩類，一類是出線度為零的節點，另一類是出線度為2的節點。
[0017]3)對出線度為2的節點進行深度優先搜索，將與該節點有電氣連接關係的節點歸到一個島，每個島上有且僅有兩個出線度為O的節點；
[0018]4)對饋線段數大於等於2的島進行饋線段合併，形成一條新的饋線段，該饋線段的兩端點為島上出線度為O的兩個節點，新饋線段的阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，導納等於該島上所有饋線段導納代數和；
[0019]5)刪除島上出線度為2節點，刪除島上除新饋線段之外的所有饋線段。
[0020]本發明提出的配電網饋線段等效化簡的方法優點是:
[0021]本方法可以在不降低分析精度的前提下，顯著減少系統規模(節點和饋線段數目均減少)，提供給狀態估計、潮流等計算更為優質的數據，從而間接提高了電力系統計算效率，可以滿足實時控制、調度的需求，同時合併饋線段一定程度上改善了系統導納矩陣，有利於提高算法收斂性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明實施例所用配電網拓撲示意圖。
[0023]圖2是實施例等效化簡後的拓撲示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明提出的配電網饋線段等效化簡的方法，結合附圖及實施例詳細說明如下:
[0025]本發明提出的配電網饋線段等效化簡的方法，包括以下步驟:
[0026]I)建立合併節點規則庫:規則庫包括出線度為2的節點且該節點未連接有開關、繞組、負荷、電容器、電抗器或分布式電源，則該節點需合併；開關(包括斷路器和刀閘)、繞組兩端的節點，連接有負荷、電容器、電抗器、分布式電源的節點，開關、繞組的兩端節點，出線度大於2的節點，均是不需合併的節點，稱這些節點為保留節點；
[0027]2)將保留節點的出線度設置為0，需合併的節點的出線度仍為2 ；
[0028]這樣處理後所有節點可以分為兩類，一類是出線度為零的節點，另一類是出線度為2的節點。
[0029]3)對出線度為2的節點進行深度優先搜索，將與該節點有電氣連接關係的節點歸到一個島，每個島上有且僅有兩個出線度為O的節點；具體解釋如下:
[0030]將第i個電氣島記為Islandi,從該島上的第一個出線度為O的節點依次排列各個節點和饋線段。其中包含的m條饋線段集合記為Segi, Segi的第j條饋線段記為Sij ;包含的m+Ι個節點集合記為NodeyNodei中的第j個節點記為Iiij, Islandi上的饋線段和節點存在著這樣的關係:1? S11^i2 S^ni3.......1ii m+1,這樣節點nn Iii m+1的出線度均為O,構成電氣島的首尾節點。
[0031]4)對饋線段數大於等於2的島進行饋線段合併，形成一條新的饋線段，該饋線段的兩端點為島上出線度為O的兩個節點，新饋線段的阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，導納等於該島上所有饋線段導納代數和；
[0032]5)刪除島上出線度為2節點，刪除島上除新饋線段之外的所有饋線段。
[0033]經過該步驟的處理後，島Islandi上的節點和饋線段有這樣的關係。nn S^ni m+1。
[0034]為了更清楚說明本發明，採用如圖1所示的簡單配電網絡作為本發明的實施例。圖1中，配電網絡包含I臺發電機G、10個節點(圖中編號為1-10)，7條饋線段(圖中兩個節點之間為一條饋線段)，2個開關和3個負荷。其中節點I處掛載I臺發電機、節點1、2之間有開關，節點6、8、10上掛有負荷、節點6、7之間有開關。
[0035]對上述配電網按照下列步驟進行等效化簡，
[0036](I)建立合併節點規則庫，出線度為2的節點且該節點未連接有開關、繞組、負荷、電容器、電抗器或分布式電源，則該節點需合併；開關(包括斷路器和刀閘)、繞組兩端的節點，連接有負荷、電容器、電抗器、分布式電源的節點，開關、繞組的兩端節點，出線度大於2的節點，均是不需合併的節點，稱這些節點為保留節點；
[0037]按照上述規則，可知本實施例中由於掛載電力設備，節點1、6、8、10不應該進行合併(保留節點)，節點2、7由於是開關的節點，也不應該合併(保留節點)，節點4由於出線度為3，不應該合併(保留節點)；只有節點3、5、9三個節點可以合併。
[0038](2)將保留節點的出線度設置為0，需合併的節點的出線度仍為2 ；
[0039]這樣處理後所有節點可以分為兩類，一類是出線度為零的節點，另一類是出線度為2的節點，為；合併前多條饋線段匯集於一點的節點，經過步驟(2)的處理後，其出線度被置為O ;掛載負荷、電源、電容器、電抗器等電力系統一次設備的節點，其出線度被置為O ;剩下的出線度為2的節點均是需合併的節點，剩下的出線度為2的節點為節點3、5、9。
[0040](3)對出線度為2的節點進行深度優先搜索，將與該節點有電氣連接關係的節點歸到一個島，每個島上有且僅有兩個出線度為O的節點；
[0041]在該實施例中出線度為2的點為3、5、9，其他點的出線度均為0，即可以形成3個拓撲島。三個點深度優先搜索的結果如下。
[0042]Island1 3:3-2-4
[0043]Island2 5:5-4-6
[0044]Island3 9:9-4-10
[0045]其中對於節點3所在拓撲島Island1，其首尾節點分別為2、4。對於節點5所在拓撲島Island2，其首尾節點分別為4、6 ;對於節點9所在拓撲島Island3，其首尾節點分別為
4、10 ；
[0046](4)對饋線段數大於等於2的島進行饋線段合併，形成一條新的饋線段，該饋線段的兩端點為島上出線度為O的兩個節點，新饋線段的阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，導納等於該島上所有饋線段導納代數和；
[0047]經過該步驟的化簡，第i個島Islandi上的m條饋線段，用合併後的新饋線段的等效代替，為保證等效性，必須將電氣參數進行等效，電力系統分析中饋線段最常用的模型是η模型，其核心電氣參數是饋線段的串聯阻抗和並聯導納，新饋線段的串聯阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，並聯導納等於該島上所有饋線段導納代數和。
[0048]對於Island1,需要合併的是節點2?3、3?4對應的兩條饋線段，形成新饋線段的兩個端點是2、4，新饋線段的串聯阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，並聯導納等於該島上所有饋線段導納代數和。
[0049]對於Island2,需要合併的節點4?5，5?6對應的兩條饋線段,形成一新饋線段，新饋線段兩個端點是4、6。新饋線段的串聯阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，並聯導納等於該島上所有饋線段導納代數和。
[0050]對於Island3,需要合併的節點4?9，9?10對應的兩條饋線段,形成一新饋線段，新饋線段兩個端點是4、10。新饋線段的串聯阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，並聯導納等於該島上所有饋線段導納代數和。
[0051](5)依次刪除各個島上除出線度為O的兩個節點後的其他的節點，刪除島上除新饋線段之外的所有饋線段。
[0052]對於Island1Jd節點的出線度為0，保留；節點3刪除，節點2?3、3?4對應的兩條饋線段刪除。
[0053]對於Island2,4、6節點的出線度為0，保留；節點5刪除，節點4?5、5?6對應的兩條饋線段刪除。
[0054]對於Island3,4、10節點的出線度為0，保留;節點9刪除，節點4?9、9?10對應的兩條饋線段刪除。
[0055]該步驟完畢後，化簡後得到的網絡拓撲如圖2所示。經過等效化簡後系統節點包括1、2、4、6、7、8、10共7個節點，2~4、4~6、6~7、4~10共4條饋線段，I~2、7~8
共兩個開關，三個負荷，一臺發電機。
[0056]再以一個實際案例，分析一下饋線段等效化簡的效果，實際配電網中，由於電纜分接頭等非常多，一個島上合併的饋線段有時候多達十幾甚至幾十條，壓縮效果顯著。
[0057]該案例中包含15條饋線，共3501條饋線段，4827個節點，經過化簡後系統規模變為1354條饋線段，2680個節點，簡化前和簡化後的模型如表1所示，系統規模變化明顯，針對簡化前和簡化後的模型進行計算，節點電壓、負荷功率、支路電流的誤差均在10-4以內，符合計算精度的要求。
[0058]表1化簡前後網絡規模對比表
[0059]
【權利要求】
1.一種配電網饋線段等效化簡的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 1)建立合併節點規則庫:規則庫包括出線度為2的節點且該節點未連接有開關、繞組、負荷、電容器、電抗器或分布式電源，則該節點需合併；開關、繞組兩端的節點，連接有負荷、電容器、電抗器、分布式電源的節點，開關、繞組的兩端節點，以及出線度大於2的節點，均是不需合併的節點，稱這些節點為保留節點； 2)將保留節點的出線度設置為O，需合併的節點的出線度仍為2； 3)對出線度為2的節點進行深度優先搜索，將與該節點有電氣連接關係的節點歸到一個島，每個島上有且僅有兩個出線度為O的節點； 4)對饋線段數大於等於2的島進行饋線段合併，形成一條新的饋線段，該饋線段的兩端點為島上出線度為O的兩個節點，新饋線段的阻抗等於該島上所有饋線段阻抗代數和，導納等於該島上所有饋線段導納代數和； 5)刪除島上出線度為2節點，刪除島上除新饋線段之外的所有饋線段。
【文檔編號】G06F17/50GK104134161SQ201410310644
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】王瑋, 柳濤, 吳衛, 紀元, 李飛, 任曉兵, 李興濤, 楊耀 申請人:貴州電網公司信息通信分公司, 航天科工深圳（集團）有限公司