一种基于迭代效率权重的输配电网络潮流计算方法与流程

[0001]
本发明涉及一种基于迭代效率权重的输配电网络潮流计算方法，属于电力系统潮流计算技术领域。


背景技术：

[0002]
在传统电力系统潮流计算中，会根据输电网络和配电网络在电网结构、参数和特点的不同，而采用不同的计算方法，例如针对输电网络，考虑到其三相对称性一般采用正序等值电路模型分析；而对于配电网络，考虑到其往往存在大量三相不对称现象，一般采用三相等值电路模型。尽管采用这种方式能够兼顾到系统各环节各自的特点并发挥出不同建模分析方法的优点，但这样也将输电网络和配电网络割裂开了，那么各个输配电网网络之间存在的交互关系，在模型中就无法得到体现。
[0003]
在含有多个输配电网络的电力系统的潮流计算过程中，考虑到上述网络交互问题，一般采用交替迭代的系统潮流计算方法。针对输电网络和配电网络的全局潮流计算，现有方法大都基于主从分裂的主配网一体化潮流计算思想。该类方法将发输电网作为主网络，配用电网作为从网络，各自采用适合的潮流计算方法，采用交替迭代的方式进行整体潮流计算。该类方法能够最终获得正确的潮流结果，但由于没有考虑不同单网潮流计算方法在不同网络中的迭代计算效率，故系统的整体计算效率较低，达到系统整体收敛的计算时间较长。
[0004]
目前国内外常用的电力系统潮流计算软件中，商业软件如psd-bpa、psasp、pss/e、digsilent和power world等，以及开源软件(包)如matpower、psat、opendss和gridlab-d等，都只能对单个正序或三相电力网络进行潮流计算，不具备对同时含有多个输配电网络的电力系统进行潮流计算的功能。


技术实现要素：

[0005]
目的：为了克服现有技术中存在的输配电网络交替迭代潮流计算方法的不足，本发明提供一种基于迭代效率权重的输配电网络潮流计算方法，通过引入网络迭代效率权重这一概念，既提升了输配电网络交替迭代潮流方法的计算效率，又具备扩展性强、兼容现有输配电网络潮流计算方法且易于编程实现的优点，具有良好的可行性和实用性。
[0006]
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007]
一种基于迭代效率权重的输配电网络潮流计算方法，包括如下步骤：
[0008]
步骤1：基于含有大量测试算例的算例库，对独立电力网络的潮流计算方法进行静态迭代次数的测定，并将静态迭代次数的结果录入数据库。
[0009]
步骤2：对目标电力系统中的各输配电网络按网络种类进行边界划分，根据各独立电力网络的种类选择合适的单网潮流计算方法；
[0010]
步骤3：根据每个独立电力网络所选择的单网潮流计算方法，在数据库中查找与当前网络节点规模和迭代误差阈值最为接近的输配电网测试算例对应的静态迭代次数，根据
各独立电力网络的静态迭代次数计算各独立电力网络的迭代效率权重；
[0011]
步骤4：根据目标电力系统中所有独立电力网络的网络类型，对各独立电力网络进行排序，形成独立电力网络交替迭代计算的顺序；
[0012]
步骤5：按照各独立电力网络的排序，根据迭代效率权重对各独立电力网络依次进行计算条件的判断，若满足计算条件，则对该独立电力网络进行一次单网潮流迭代计算，若收敛，则单次网络迭代标志置位为收敛标志；若不满足计算条件，跳过当前独立电力网络在该次迭代中的计算；
[0013]
步骤6：根据目标电力系统收敛判据对该次系统迭代计算的结果进行判断，若满足收敛判据，则进行相应的数据保存和输出操作；
[0014]
步骤7：若不满足收敛判据，表明该次目标电力系统迭代计算不收敛，需要再判断迭代次数是否越限，若不越限重复执行步骤5，若越限，则设置迭代次数越限标志后，进行相应的数据保存和输出操作，最终完成独立电力网络的交替迭代潮流计算。
[0015]
作为优选方案，所述测试算例包括主网、配网、电力企业内部电网。
[0016]
作为优选方案，所述独立电力网络包括正序输电网网络、三相配电网络。
[0017]
作为优选方案，独立电力网络的潮流计算方法进行静态迭代次数测定的具体步骤如下：
[0018]
1.1、对于选定的独立电力网络的潮流计算方法，在算例库中选取所有适合该方法的测试算例，作为独立电力网络，根据节点数目按照由小到大的顺序对独立电力网络进行排列；
[0019]
1.2、将迭代误差阈值按从小到大的顺序进行排列；
[0020]
1.3、对每个独立电力网络依次按迭代误差阈值排列顺序选择迭代误差阈值进行一次潮流计算，并记录下达到收敛时的迭代计算次数；
[0021]
1.4、将达到收敛时的迭代计算次数存入数据库，同时注明与之对应的潮流计算方法、测试算例名称及节点规模，以及迭代误差阈值。
[0022]
作为优选方案，所述迭代误差阈值取值为10的负整数次方。
[0023]
作为优选方案，查找最为接近的输配电网测试算例对应的静态迭代次数具体步骤如下：
[0024]
3.1.1、将查找条件中的潮流计算方法设置为当前网络的单网潮流计算方法；
[0025]
3.1.2、记当前网络的节点数为n，在算例库中查找节点数最接近n的测试算例，并将其设置为查找条件中的测试算例；
[0026]
3.1.3、记当前网络的迭代误差阈值为ε0，将ε0用科学计数法表示为其中α0为实数且a0∈[1，10)，b0为整数；根据α0和b0的不同取值来判断：若b0＜-8，则取选取a＝1、b＝-8；若b0＞-2，则取a＝1、b＝-1；如果满足-8≤b0≤-2，则再根据α0进行判断：若a0＜5，选取a＝1、b＝b0；否则选取a＝1、b＝b0+1；设置查找条件中的迭代误差阈值为ε＝a
×
10
b
，并找到最接近迭代误差阈值为ε＝a
×
10
b
的测试算例；
[0027]
3.1.4、在设置好潮流计算方法、测试算例名称和迭代误差阈值后，在数据库中查找满足以上条件的静态迭代次数。
[0028]
作为优选方案，所述迭代效率权重计算具体步骤如下：
[0029]
3.2.1、记当前目标电力系统中各独立电力网络的静态迭代次数为c
i
，其中i为独
立电力网络序号；
[0030]
3.2.2、求取所有独立电力网络静态迭代次数c
i
的最小公倍数m；
[0031]
3.2.3、计算每个独立电力网络的迭代效率权重为λ
i
＝m/c
i
。
[0032]
作为优选方案，所述计算条件具体步骤如下：
[0033]
5.1.1、记独立电力网络序号为i，每个独立电力网络的迭代效率权重记为λ
i
；同时每个独立电力网络内部申请一个整型变量k
i
用于表示该独立电力网络的相对迭代次数，初始化时将k
i
清零；
[0034]
5.1.2、在每次系统迭代计算中，当遍历到独立电力网络i时，若其相对迭代次数k
i
等于0，则表示当前网络在本次迭代中需要计算一次迭代计算；否则不用计算；然后执行操作k
i
＝k
i-1，若k
i
＜0，则令k
i
＝λ
i
。
[0035]
作为优选方案，所述一次单网潮流迭代计算具体步骤如下：
[0036]
5.2.1、从与当前网络有连接的其他网络中获取本次迭代计算所需的数据；
[0037]
5.2.2、基于所选取的单网潮流计算方法，对当前网络进行一次迭代计算，并更新当前网络的状态量以及与其他网络有连接的数据；
[0038]
5.2.3、在完成对当前网络的迭代计算后，计算本次计算所得状态量和前一次计算所得状态差值的最大值ε，若ε小于迭代误差阈值，则设置当前网络的单次网络迭代标志为收敛标志，否则设置为不收敛，并更新计算数据。
[0039]
作为优选方案，所述收敛判据具体内容为记系统中独立电力网络的总数为n，统计系统中所有设置了单次网络迭代标志为收敛标志的电力网络的数目n，若n与n相等，则该次系统迭代收敛，否则该次系统迭代不收敛。
[0040]
有益效果：本发明提供的一种基于迭代效率权重的输配电网络潮流计算方法，与现有技术相比，具有如下优势：1、本发明方法通过引入网络迭代效率权重这一概念，能够减少输配电网络交替迭代潮流计算的计算时间，提升计算效率；2、本发明方法通用性和扩展性强，且兼容现有每类电力网络的单网潮流计算方法。对于目标系统可能加入的新型电力网络，如微电网电力网络，只要在系统中加入该类型电力网络同时随之提供适用的单网潮流算法，则可将新型电力网络无缝连入系统并正确完成潮流计算。
附图说明
[0041]
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0043]
如图1所示，一种基于迭代效率权重的输配电网络潮流计算方法，如图1所示为本发明的实施流程图，首先基于测试算例库，对现有常见独立电力网络的潮流计算方法进行静态迭代次数的测定并录入数据库；其次对目标电力系统中的各输配电网络进行边界划分、选择潮流计算方法并完成初始化；然后根据各电力网络采用潮流计算方法的静态迭代次数计算各电力网络的迭代效率权重；接着根据电力网络的连接关系和各自特点，确定电力网络的交替迭代顺序；最后按照各电力网络的排序以及迭代效率权重，对各电力网络进行迭代计算，直至达到收敛或迭代次数越限从而最终完成系统的潮流计算。具体包括步骤
如下：
[0044]
(1)基于含有大量输配电网测试算例的算例库，对现有常见独立电力网络的潮流计算方法进行静态迭代次数的测定，现有常见独立电力网络包括：正序输电网网络、三相配电网络，并将静态迭代次数的结果录入数据库。进入步骤(2)；
[0045]
(2)对目标电力系统中的各输配电网络按网络种类进行边界划分，根据各独立电力网络的种类选择合适的单网潮流计算方法，完成单网潮流的初始化计算，进入步骤(3)；
[0046]
(3)针对每个独立电力网络所选择的单网潮流计算方法，在数据库中查找与当前网络节点规模和迭代误差阈值最为接近的输配电网测试算例对应的静态迭代次数，根据各独立电力网络的静态迭代次数计算各独立电力网络的迭代效率权重，进入步骤(4)；
[0047]
(4)根据目标电力系统中所有独立电力网络的网络类型，对各独立电力网络进行排序，形成独立电力网络交替迭代计算的顺序，电力网络容量大的优先排序，相同容量的电力网络，输电网络与配电网络交替排序，进入步骤(5)；
[0048]
(5)按照步骤(4)获得的各独立电力网络的排序，根据步骤(3)获得的迭代效率权重对各独立电力网络依次进行判断：若当前独立电力网络在本次迭代中满足计算条件，则对该独立电力网络进行一次单网潮流迭代计算，若收敛，则单次网络迭代标志置位为收敛标志；否则跳过当前独立电力网络在该次迭代中的计算。在完成了所有独立电力网络的判断和可能的迭代计算后，进入步骤(6)；
[0049]
(6)根据目标电力系统收敛判据对该次系统迭代计算的结果进行判断，若满足收敛判据，则进行相应的数据保存和输出操作，进入步骤(7)；
[0050]
(7)若不满足收敛判据，表明该次目标电力系统迭代计算不收敛，需要再判断迭代次数是否越限，若不越限重复执行步骤(5)，若越限，则设置迭代次数越限标志后，进行相应的数据保存和输出操作，最终完成独立电力网络的交替迭代潮流计算。
[0051]
实施例：
[0052]
具体的，所述步骤(1)中，测试算例既可以是已公开的诸如ieee9、ieee300、欧洲9241节点和美东70000节点等主网测试算例以及ieee13、ieee123和ieee8500等配网测试算例，也可以是电力企业内部的真实电网潮流模型。
[0053]
具体的，所述步骤(1)中，现有常见独立电力网络的潮流计算方法，适用于正序输电网网络的大致有：全功率牛拉法、全电流牛拉法、pq解耦法及各类改进型牛拉法，高斯赛德尔及其改进法。适用于三相配电网络的大致有：前推回代法、隐式zbus高斯法、三相牛拉法等。
[0054]
具体的，所述步骤(1)中，基于输配电网测试算例，对独立电力网络的潮流计算方法进行静态迭代次数测定并录入数据库的具体步骤为：
[0055]
①
、对于选定的独立电力网络的潮流计算方法，在算例库中选取所有适合该方法的输配电网测试算例，作为独立电力网络，根据节点数目按照由小到大的顺序对独立电力网络进行排列；
[0056]
②
、将迭代误差阈值按从小到大的顺序进行排列，其中迭代误差阈值取值为10的负整数次方，例如迭代误差阈值的取值范围为1e-8
、1e-7
、
……
、一直到0.1；
[0057]
③
、对每个独立电力网络依次按迭代误差阈值排列顺序选择迭代误差阈值进行一次潮流计算，并记录下达到收敛时的迭代计算次数；
[0058]
④
、将达到收敛时的迭代计算次数存入数据库，同时注明与之对应的潮流计算方法、测试算例名称及节点规模，以及迭代误差阈值。
[0059]
具体的，所述步骤(3)中，在数据库中查找静态迭代次数时，要求对应测试算例的节点规模和迭代误差阈值都要与当前网络最为接近，具体步骤为：
[0060]
①
、将查找条件中的潮流计算方法设置为当前网络的单网潮流计算方法；
[0061]
②
、记当前网络的节点数为n，在算例库中查找节点数最接近n的测试算例，并将其设置为查找条件中的测试算例；
[0062]
③
、记当前网络的迭代误差阈值为ε0，将ε0用科学计数法表示为其中α0为实数且a0∈[1，10)，b0为整数。接着根据α0和b0的不同取值来判断：若b0＜-8，则取选取a＝1、b＝-8；若b0＞-2，则取a＝1、b＝-1；如果满足-8≤b0≤-2，则再根据α0进行判断：若a0＜5，选取a＝1、b＝b0；否则选取a＝1、b＝b0+1；设置查找条件中的迭代误差阈值为ε＝a
×
10
b
，并找到最接近迭代误差阈值为ε＝a
×
10
b
的测试算例；
[0063]
④
、在设置好潮流计算方法、测试算例名称和迭代误差阈值后，在数据库中查找满足以上条件的静态迭代次数。
[0064]
具体的，所述步骤(3)中，根据各独立电力网络静态迭代次数计算独立电力网络迭代效率权重的具体步骤为：
[0065]
①
、记当前系统中各独立电力网络的静态迭代次数为c
i
，其中i为独立电力网络序号；
[0066]
②
、求取所有独立电力网络静态迭代次数c
i
的最小公倍数m；
[0067]
③
、计算每个独立电力网络的迭代效率权重为λ
i
＝m/c
i
。
[0068]
具体的，所述步骤(5)中，根据迭代效率权重判断当前网络在本次迭代中是否满足计算条件的具体步骤为：
[0069]
①
、记独立电力网络序号为i，每个独立电力网络的迭代效率权重记为λ
i
；同时每个独立电力网络内部申请一个整型变量k
i
用以表示该独立电力网络的相对迭代次数，初始化时将k
i
清零；
[0070]
②
、在每次系统迭代计算中，当遍历到独立电力网络i时，若其相对迭代次数k
i
等于0，则表示当前网络在本次迭代中需要计算一次迭代计算；否则不用计算。然后执行操作k
i
＝k
i-1，若k
i
＜0，则令k
i
＝λ
i
。
[0071]
具体的，所述步骤(5)中，若本次迭代中当前网络满足迭代计算条件时，具体的迭代计算步骤为：
[0072]
①
、从与当前网络有连接的其他网络中获取本次迭代计算所需的数据；
[0073]
②
、基于所选取的单网潮流计算方法，对当前网络进行一次迭代计算，并更新当前网络的状态量以及与其他网络有连接的数据；
[0074]
③
、在完成对当前网络的迭代计算后，计算本次计算所得状态量和前一次计算所得状态差值的最大值ε，若ε小于迭代误差阈值，则设置当前网络的单次网络迭代标志为收敛标志，否则设置为不收敛，并更新计算数据。
[0075]
具体的，所述步骤(6)中，系统收敛判据的具体内容为：记系统中独立电力网络的总数为n，统计系统中所有设置了单次网络迭代标志为收敛标志的电力网络的数目n，若n与n相等，则该次系统迭代收敛，否则该次系统迭代不收敛。
[0076]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。