一种电力系统下配电网快速潮流计算方法及装置

1.本发明属于潮流计算技术领域，具体涉及一种电力系统下配电网快速潮流计算方法及装置。


背景技术：

2.潮流计算是电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等，然而市面上各种的潮流计算方法仍存在各种各样的问题。
3.如授权公告号为cn110417021a所公开的一种基于雅可比元素快速提取的配电网三相潮流计算方法，利用matlab具有丰富的函数并且擅长矩阵运算的特点来形成雅可比矩阵有效行标号数组和有效列标号数组，采用matlab的any函数判断雅可比矩阵j各行或各列是否存在非零元素，判断结果形成数组r和c，再利用matlab的find函数查找数组r和数组c的非0 元素的位置，进而形成雅可比矩阵有效行标号数组jr和有效列数组jc，由于matlab的内置函数和矩阵运算速度很快，与传统采用循环方法或逻辑函数方法相比，大大缩短了形成雅可比矩阵有效行数组和有效列数组的时间，提高了计算速度，同时也简化了编程，但是并未解决现有的配电网快速潮流计算方法还存在的问题：不方便自动配电网的接线图，降低了生成接线图的速度，增加时间消耗，从而降低了工作效率，另外，不方便对配电网的可靠性进行评估。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明提供一种电力系统下配电网快速潮流计算方法及装置。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种电力系统下配电网快速潮流计算方法，包括以下步骤：
7.s1.生成配电网的接线图，得出配电网的接线方式；
8.s2.获取配电网的参数及运行条件，用于进行潮流计算；
9.s3.通过对得到的配电网的接线方式及配电网的参数和运行条件，通过匹配不同的潮流计算方法对配电网进行快速潮流计算；
10.s4.通过显示器对计算结果进行显示；
11.s5.对配电网进行可靠性评估。
12.优选的，所述s1中生成配电网的接线图的具体操作包括以下步骤：
13.s101.获取线路名称和该线路主干线的分支箱或配网站房的数量；
14.s102.根据获取的线路名称和该线路主干线的分支箱或配网站房数量，生成主干
线路分支箱或配网站房的序列；
15.s103.显示生成的接线图。
16.优选的，所述s102中还包括根据选择的分支箱或配网站房的类型自动在该杆号对应的分支箱或配网站房的符号处生成分支线，所述s103中还包括显示生成的所述分支线。
17.优选的，所述s3中通过匹配不同的潮流计算方法对配电网进行快速潮流计算的方法包括以下步骤：
18.s301.根据配电网的接线图，对配电网上的分布式电源节点以及各个负荷节点进行编号；
19.s302.根据节点数目和节点间的连接关系构建十字链表；
20.s303.通过电压互感器检测配电网中各个节点间的电压，电压互感器的二次侧经交流插件和a/d转换器将电压信号输出至处理器计算处理，根据配电网的接线图以及配电网各个节点之间的电流流向关系，构建关联矩阵；
21.s304.根据十字链表判断配电网中是否含有环网，若是，则破坏该环网处的闭环负荷节点，增加一个虚拟节点，相应地修改十字链表，并在关联矩阵中增加闭环负荷节点破坏后的虚拟节点编号的行与列，同时调整关联矩阵中的元素值，若否，则直接执行s305；
22.s305.通过十字链表和关联矩阵，构建除了分布式电源之外的配电网中所有负荷节点的初始阻抗矩阵z，通过匹配不同的潮流计算方法求解配电网潮流。
23.优选的，所述s305中通过匹配不同的潮流计算方法具体为：采用牛拉法与前推回代法相结合的混合潮流算法对10kv配电线路进行潮流计算，采用基于阻抗补偿的前推回代法对400v 以下低压台区进行潮流计算。
24.优选的，所述s5中对配电网进行可靠性评估的方法具体为：通过元件可靠性建模、负荷建模、系统状态选择、系统状态分析和可靠性指标综合评估，对配电网的可靠性进行有效评估。
25.优选的，所述负荷建模具体包括：采用基于二分法的聚类方法建立负荷模型，通过负荷的显著性分析确定模型的最佳分级数，在此基础上，利用快速排序和聚类分析方法建立对应的负荷模型。
26.优选的，所述可靠性指标综合评估具体包括：系统严重程度指标si作为可靠性灵敏度分析的可靠性指标代表，进行可靠性灵敏度分析；通过参数摄动法确定对系统影响较大的元件，发现系统薄弱环节。
27.第二方面，本发明提供一种电力系统下配电网快速潮流计算装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
28.第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.(1)本发明不需要人工在图上放置图形元件然后绘制连接线等绘图工作，能够自动生成配电网的接线图，从而降低了生成接线图的时间，能够更快的得出配电网的接线方式，从而有利于增加工作效率。
31.(2)本发明通过显示器对计算结果进行显示，方便对计算结果进行观察，从而能够
更加快速的了解配电网的情况，从而增加了工作的可靠性。
32.(3)本发明通过对配电网进行可靠性评估，通过元件可靠性建模、负荷建模、系统状态选择、系统状态分析和可靠性指标计算流程计算配电网的可靠性，能够对配电网供电的可靠性评估更加准确和全面，提高了配电网可靠性水平，从而增加了配电网的安全性。
附图说明
33.图1为本发明实施例1提供的电力系统下配电网快速潮流计算方法的流程图；
34.图2为步骤s1具体步骤流程图；
35.图3为步骤s3具体步骤流程图；
36.图4为本发明实施例2提供的电力系统下配电网快速潮流计算装置的组成示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1：
39.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种电力系统下配电网快速潮流计算方法，包括以下步骤：
40.s1.生成配电网的接线图，得出配电网的接线方式；
41.s2.获取配电网的参数及运行条件，用于进行潮流计算；
42.s3.通过对得到的配电网的接线方式及配电网的参数和运行条件，通过匹配不同的潮流计算方法对配电网进行快速潮流计算；
43.s4.通过显示器对计算结果进行显示；
44.s5.对配电网进行可靠性评估。
45.如此，通过上述步骤，本发明不需要人工在图上放置图形元件然后绘制连接线等绘图工作，能够自动生成配电网的接线图，从而降低了生成接线图的时间，能够更快的得出配电网的接线方式，从而有利于增加工作效率；通过显示器对计算结果进行显示，方便对计算结果进行观察，从而能够更加快速的了解配电网的情况，从而增加了工作的可靠性；通过对配电网进行可靠性评估，能够对配电网供电的可靠性评估更加准确和全面，提高了配电网可靠性水平，从而增加了配电网的安全性。
46.本实施例中，优选的，所述s1中生成配电网的接线图的具体操作包括以下步骤：
47.s101.获取线路名称和该线路主干线的分支箱或配网站房的数量；
48.s102.根据获取的线路名称和该线路主干线的分支箱或配网站房数量，生成主干线路分支箱或配网站房的序列；
49.s103.显示生成的接线图。
50.如此，通过上述步骤即可以能够自动生成配电网的接线图。
51.本实施例中，优选的，所述s102中还包括根据选择的分支箱或配网站房的类型自动在该杆号对应的分支箱或配网站房的符号处生成分支线，所述s103中还包括显示生成的
所述分支线。
52.本实施例中，优选的，所述s3中通过匹配不同的潮流计算方法对配电网进行快速潮流计算的方法包括以下步骤：
53.s301.根据配电网的接线图，对配电网上的分布式电源节点以及各个负荷节点进行编号；
54.s302.根据节点数目和节点间的连接关系构建十字链表；
55.s303.通过电压互感器检测配电网中各个节点间的电压，电压互感器的二次侧经交流插件和a/d转换器将电压信号输出至处理器计算处理，根据配电网的接线图以及配电网各个节点之间的电流流向关系，构建关联矩阵；
56.s304.根据十字链表判断配电网中是否含有环网，若是，则破坏该环网处的闭环负荷节点，增加一个虚拟节点，相应地修改十字链表，并在关联矩阵中增加闭环负荷节点破坏后的虚拟节点编号的行与列，同时调整关联矩阵中的元素值，若否，则直接执行s305；
57.s305.通过十字链表和关联矩阵，构建除了分布式电源之外的配电网中所有负荷节点的初始阻抗矩阵z，通过匹配不同的潮流计算方法求解配电网潮流。
58.本实施例中，优选的，所述s304中若配电网无环网构成，则根据下式求解关于每个负荷节点的回路方程系数，最终生成初始阻抗矩阵z：
59.以每条回路电流为求解变量，根据基尔霍夫电压定律，可得下述回路阻抗方程组：
[0060][0061][0062][0063]
所述的初始阻抗矩阵z为一复系数对称矩阵，由对角线元素z
i，i
和非对角线元素z
i，j
构成；vs为电源电压；n为节点个数；a(k，i)为关联矩阵a中k行i列元素；z(l，k)是十字链表中起点为l、终点为k的支路阻抗；zi为第i个负荷节点的阻抗；in为第n个负荷节点的电流。
[0064]
本实施例中，优选的，所述s304中若在负荷节点vi处有环网生成，则初始阻抗矩阵z 的对角线元素z
i，i
和非对角线元素z
i，j
的计算公式为：
[0065][0066][0067]
当j是i的虚拟节点编号vr时，z
i，j
＝z
i，vr
zi＝z
j，i
，其中z
flag
是虚拟节点所对应的负荷节点阻抗。
[0068]
本实施例中，优选的，所述s305中通过匹配不同的潮流计算方法具体为：采用牛拉法与前推回代法相结合的混合潮流算法对10kv配电线路进行潮流计算，采用基于阻抗补偿的前推回代法对400v以下低压台区进行潮流计算。
[0069]
本实施例中，优选的，所述s5中对配电网进行可靠性评估的方法具体为：通过元件可靠性建模、负荷建模、系统状态选择、系统状态分析和可靠性指标综合评估，对配电网的可靠性进行有效评估。
[0070]
本实施例中，优选的，所述负荷建模具体包括：采用基于二分法的聚类方法建立负荷模型，通过负荷的显著性分析确定模型的最佳分级数，在此基础上，利用快速排序和聚类分析方法建立对应的负荷模型。
[0071]
本实施例中，优选的，所述可靠性指标综合评估具体包括：系统严重程度指标si作为可靠性灵敏度分析的可靠性指标代表，进行可靠性灵敏度分析；通过参数摄动法确定对系统影响较大的元件，发现系统薄弱环节。
[0072]
综上，本发明不需要人工在图上放置图形元件然后绘制连接线等绘图工作，能够自动生成配电网的接线图，从而降低了生成接线图的时间，能够更快的得出配电网的接线方式，从而有利于增加工作效率；通过显示器对计算结果进行显示，方便对计算结果进行观察，从而能够更加快速的了解配电网的情况，从而增加了工作的可靠性；通过对配电网进行可靠性评估，通过元件可靠性建模、负荷建模、系统状态选择、系统状态分析和可靠性指标计算流程计算配电网的可靠性，能够对配电网供电的可靠性评估更加准确和全面，提高了配电网可靠性水平，从而增加了配电网的安全性。
[0073]
实施例2：
[0074]
参阅图4所示，本实施例提供的电力系统下配电网快速潮流计算装置包括处理器41、存储器42以及存储在该存储器42中并可在所述处理器41上运行的计算机程序43，例如电力系统下配电网快速潮流计算程序。该处理器41执行所述计算机程序43时实现上述实施例1 步骤，例如图1所示的步骤。
[0075]
示例性的，所述计算机程序43可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器42中，并由所述处理器41执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序43在所述电力系统下配电网快速潮流计算装置中的执行过程。例如，
所述计算机程序43可以被分割成转换模块和匹配运算模块。
[0076]
所述电力系统下配电网快速潮流计算装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电力系统下配电网快速潮流计算装置可包括，但不仅限于，处理器41、存储器42。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是电力系统下配电网快速潮流计算装置的示例，并不构成电力系统下配电网快速潮流计算装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电力系统下配电网快速潮流计算装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0077]
所称处理器41可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammable gate array， fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0078]
所述存储器42可以是所述电力系统下配电网快速潮流计算装置的内部存储元，例如电力系统下配电网快速潮流计算装置的硬盘或内存。所述存储器42也可以是所述电力系统下配电网快速潮流计算装置的外部存储设备，例如所述电力系统下配电网快速潮流计算装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmedia card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器42还可以既包括所述电力系统下配电网快速潮流计算装置的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器42用于存储所述计算机程序以及所述电力系统下配电网快速潮流计算装置所需的其他程序和数据。所述存储器42还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0079]
实施例3：
[0080]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
[0081]
所示计算机可读介质可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理再以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0082]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。