农村电网用电量的分布式配电工程线路规划算法

国网四川省电力公司富顺县供电分公司 幸健生

农村配电网引入分布式发电后，由于分布式配电网的配电线路较长，结构复杂，因此急需设计一种线路规划算法来解决。传统的方法往往没有考虑DG的并网问题，因此，应在此基础上进行改进。在利用初级DG节点模型计算功率变化时，存在近似计算的现象，降低了算法收敛性，计算效率得不到保障。因此，本文提出了一种适用于分布式发电的农村配电线路规划算法。

1 基于电网用电的分布式配电工程线路规划算法设计

1.1 考虑农村电网设计纯辐射式配电网络

对农村电网的用电量进行调查发现其配电网络是由一种特殊的电源支持的，即辐射式单电源供电，设该辐射性电源在供电时含有N个节点，则其回路数m=0，支路数b=N－1，不管是回路还是支路都是独立的，本文在基础的农村配电网上引入了环网，设本文引入的环网个数为nLP = b－N+1，此时任意一个配电网的负荷都可以用Si来表示，其中i代表配电网络的节点，此时的Si可以用公式(1)来计算。

式中，*代表共轭，Pi代表配电数值，j代表支路差值，Qi代表初始负荷，代表额定电压，Ii*代表矢量电流。此时，将该公式迭代需要提前注入额定电流，根据此时的节点值i，其注入电流可以用(2)表达。

式中，Vik－1代表此时节点在k－1次时的迭代电压数值。因此，计算出此时的电网呈辐射式，此时的电网中不含有环路，基于此，本文利用n×n电流矩阵来关联此时电流与节点注入的关系，设该矩阵为C，将支路中形成的各项节点加入到该矩阵中，此时的C节点可以看成各项支路中节点的集合，如果各个节点在聚集的路上面临不同的路径，可以设此时j支路的节点为i，此时的节点集合C可以用C(i,j)=1表示，而如果各个节点的路径相同则C(i,j)=0。则此时的配电网络如图1所示。

图1 配电网络

由图1可知，此时配电网中的关联矩阵的出发点为根节点，在出发前需要对其进行初步处理，即将其利用深度优先搜索算法进行变换，此时节点与支路的编号相同。此时的支路电流可以用IB1、IB2、IB5来表示，节点与这些支路电流的关系可以用下式表示。

式中，IN1、IN2…IN5代表此时各个节点的电流值。此时将各个节点注入到支路电流中，得到此时的关系矩阵。

根据矩阵(6)可以得出此时的注入电流与支路电流表达式如(7)所示。

其中，IN代表此时各个节点的n×1电流值，IB代表n×1的支路电流，将其与各个支路的节点对应，可以得出此时的纯辐射式配电网络ΔV如下式。

配电网络(8)中，E代表电源电压，V代表节点电压，需要依据该配电网络搭建弱环配电网。

1.2 搭建弱环配电网

检测此时的配电工程是否含有环路，若此时含有环路，则需要利用上文的公式转化成纯辐射式配电网络，此过程称为解环，解环后的配电网如图2所示。

图2 配电网解环

由图2可知，若此时在配电网解环中存在负荷，则需要将此时存在的负荷消除，本算法采用电流补偿消除算法来辅助解环，第一步，将整个配电网的末端连接节点断开；第二步，在末端断开处生成新节点6；第三步，将新节点通过阻抗电路与4连接；最后一步在5，6处注入等效电流，此时形成的解环支路矩阵用公式(9)表示。

由新生成的关联矩阵C通过公式(4)～(7)可以求出解环后的各支路电流、支路电压，根据等效定理可求出解环后第k次迭代的断点补偿电流变化量，然后更新断点等效注入电流，此时搭建的弱环配电网ΔI如(10)所示。

Z代表矩阵阻抗，在每次迭代过程中，可以根据新的节点电压值求得开路电压，根据该配电网可以建立此时的分布式电源模型。束，输出相关结果。

2 算例分析

为了检验本文设计的算法的规划性能，进行了算例分析，搭建了基准功率为10MVA的检测系统，将牛顿法(a)、快速解耦法(b)、以支路电流为状态变量的前推回代法(c)、回路分析法(d)与本文设计的算法(e)进行对比。

2.1 实验准备

首先断开联络线，经过检测，几种方法的节点电压如表1所示。

由表1可知，此时各种方法的电压值都比较稳定，在PV型和DG型的基础上，数据显示回路对电压有升压作用，回路闭合后改变电压方向可以改善系统的电压分布。

表1 几种方法的节点电压

2.2 实验结果与讨论

根据上述的电压数值，将几种算法接入到稳定的配电网中，记

1.3 设计分布式电源模型

在配电网潮流计算中，分布式电源一般可以看作是PQ或PV节点。由于PQ型分布式电源的P、Q为常数值，因此需要在计算负荷的情况下设计此时的分布式电源模型，如(11)所示。

在公式(11)中，由于两种类型的模型都面临阈值范围，因此在实际分布时，需要预先设计分布式电源的上限和下限。

1.4 实现分布式配电工程线路规划计算

分布式配电工程线路规划计算步骤如下，第一步，根据网络拓扑，生成关联矩阵、阻抗矩阵以及开环阻抗矩阵和弱环网。第二步，记录此时的初始化电压数值。第三步，根据此时的节点电流数值，计算PQ和DG节点在每次迭代时需要更新的数值。第四步，计算环网开环处的电压差，根据式(9)、(10)修正断点电流，对于连续值，根据式(11)修正其两端节点注入电流。第五步，根据式(4)计算出支路电流得到各支路电压。第六步，根据式(6)计算各节点与根节点的电压差。第七步，计算非PV型节点相邻2次迭代的电压误差，判断PV节点电压的收敛精度，若电压误差在精度范围内，转到步骤(8)，否则重复步骤(3)~(6)。最后一步，计算结录几种算法迭代的次数，实验结果如下表2所示。

表2 实验结果

由表2可知，本文设计的算法迭代次数最少，因此准确性和效率都最高。

结束语：本文根据配电网拓扑的特点，提出了一个矩阵来求解支路电流与节点的注入关系。引入改进的算法来处理配电网中的环路，经过算例分析可知，该算法迭代次数少，具有计算速度快、收敛性强的特点，可以起到提高节点电压的作用，随着分布式电源和环网数量的增加，PV型的升压效果更好，为优化分布式电源配置提供了参考。