[發(fā)明專利]一種基于雅可比元素快速提取的配電網(wǎng)三相潮流計算方法

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• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110417021A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 朱景偉;姚玉斌
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發(fā)明公開了一種基于雅可比元素快速提取的配電網(wǎng)三相潮流計算方法，利用Matlab具有豐富的函數(shù)并且擅長矩陣運算的特點來形成雅可比矩陣有效行標號數(shù)組和有效列標號數(shù)組。采用Matlab的any函數(shù)判斷雅可比矩陣J各行或各列是否存在非零元素，判斷結果形成數(shù)組R和C，再利用Matlab的find函數(shù)查找數(shù)組R和數(shù)組C的非0元素的位置，進而形成雅可比矩陣有效行標號數(shù)組JR和有效列數(shù)組JC。由于Matlab的內(nèi)置函數(shù)和矩陣運算速度很快，與傳統(tǒng)采用循環(huán)方法或邏輯函數(shù)方法相比，本發(fā)明大大縮短了形成雅可比矩陣有效行數(shù)組和有效列數(shù)組的時間，提高了計算速度，同時也簡化了編程。

技術領域

本發(fā)明涉及一種配電系統(tǒng)三相潮流計算方法，特別是一種一種基于雅可比矩陣元素快速提取的配電網(wǎng)三相潮流計算方法。

背景技術

電力系統(tǒng)是由生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設備(元件)組成的十分龐大而復雜的統(tǒng)一體，分為輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩部分。輸電系統(tǒng)主要起變換和輸送電能的作用，電壓等級較高；配電系統(tǒng)主要起變換和分配電能的作用，電壓等級較低。

電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的一項基本計算，它根據(jù)給定的運行條件和網(wǎng)絡結構確定整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。潮流計算也是電力系統(tǒng)其他分析的基礎，如安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析等都要用到潮流計算。

配電系統(tǒng)是由配電線路、配電變壓器、配電開關、配電電容器和配電負荷等組成的直接向終端用戶分配電能的一個網(wǎng)絡系統(tǒng)。對配電系統(tǒng)進行電力系統(tǒng)分析首先需要進行潮流計算，得到它的運行狀態(tài)。與高壓輸電系統(tǒng)的三相對稱運行方式不同，配電系統(tǒng)的負荷和網(wǎng)絡都可能不對稱，配電系統(tǒng)進行潮流計算時，應考慮三相不對稱的特點，建立各元件的三相模型，進行三相潮流計算。

三相潮流計算的數(shù)學模型和算法設計都非常復雜，編程和調(diào)試工作量都大，三相潮流計算研究迫切需要易于編程和調(diào)試的軟件開發(fā)環(huán)境。Matlab平臺可以方便地處理各種矩陣和復數(shù)運算，有大量常見且實用的函數(shù)，給編程帶來很大便利，同時還具有非常強大的可視化圖形處理和交互式功能，為科學研究以及工程應用提供了一種高效的編程工具，目前已經(jīng)成為許多科學領域的基本工具和首選平臺，在各種科學和工程計算領域得到了廣泛的應用。因此Matlab平臺很適合三相潮流計算算法的開發(fā)和研究。但Matlab為解釋型編程語言，通常對C語言等編譯型編程語言非常有效的實現(xiàn)方法，用Matlab實現(xiàn)時計算速度則很慢，因此設計潮流計算方法時要充分考慮Matlab的特點。

根據(jù)電力系統(tǒng)節(jié)點的特點，潮流計算把電力系統(tǒng)節(jié)點分成3類：節(jié)點有功功率和無功功率已知、節(jié)點電壓幅值和電壓相角未知的節(jié)點稱為PQ節(jié)點；節(jié)點有功功率和電壓幅值已知、節(jié)點無功功率和電壓相角未知的節(jié)點稱為PV節(jié)點；節(jié)點電壓幅值和電壓相角已知、節(jié)點有功功率和無功功率未知的節(jié)點稱為平衡節(jié)點。

潮流計算的功率方程或電流方程是非線性方程，必須采用迭代方式求解。迭代方法求解潮流計算問題時，需要設定各節(jié)點電壓的初值。電壓初始化一般采用平啟動，單相潮流計算采用平啟動設定電壓初值時，PV節(jié)點和平衡節(jié)點的節(jié)點電壓幅值取給定值，PQ節(jié)點的節(jié)點電壓幅值取1.0；所有節(jié)點電壓的相角都取0.0。三相潮流計算采用平啟動設定電壓初值時，PV節(jié)點和平衡節(jié)點的三相節(jié)點電壓幅值都取給定值，PQ節(jié)點的三相節(jié)點電壓幅值都取1.0；所有節(jié)點A相節(jié)點電壓的相角都取0°，B相節(jié)點電壓的相角都取-120°，C相節(jié)點電壓的相角都取120°。這里單位除相角外都采用標幺值。

設配電系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)為n，其中PV節(jié)點數(shù)為m。為敘述方便，設PV節(jié)點的編號為1～m。

三相潮流計算的節(jié)點電壓方程為：

I＝YU (1)

式中，I為三相注入電流相量列向量，Y為3n×3n的導納矩陣，U為三相節(jié)點電壓相量列向量。

導納矩陣由輸電線路、變壓器支路和無功補償元件形成，為3n×3n階矩陣。配電系統(tǒng)的輸電線路一般為三相，也有的為兩相或單相，因此，導納矩陣中有些行或列的元素全部為0。