新的包含PV節(jié)點(diǎn)的輻射型網(wǎng)絡(luò)的前推回代法

1、指導(dǎo)老師：郭謀發(fā)副教授指導(dǎo)老師：郭謀發(fā)副教授組員：陳漢城組員：陳漢城 陳俊樺陳俊樺 顏誠(chéng)顏誠(chéng) 詹啟帆詹啟帆 一種求解包含一種求解包含PVPV節(jié)點(diǎn)的輻射型節(jié)點(diǎn)的輻射型網(wǎng)絡(luò)的新前推回代法網(wǎng)絡(luò)的新前推回代法內(nèi)容1摘要2研究背景3新的前推回代法的介紹4PV節(jié)點(diǎn)5應(yīng)用及結(jié)論一、摘要一、摘要本文介紹了一種新的分析恒功率負(fù)載配電系統(tǒng)的前推回代（B/F）法。在所提出的方法中，每次迭代時(shí)都認(rèn)為負(fù)載是恒定阻抗；在回代過程中，所有的網(wǎng)絡(luò)變量（母線電壓和支路電流）會(huì)考慮一個(gè)比例系數(shù)，該系數(shù)在回代結(jié)束時(shí)確定。其實(shí)前推過程是不需要的，并且在該B/F方法中不需要按順序計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓。所建立的方法，雖然是從B/F方法中概念性地

2、導(dǎo)出，但是只介紹了在回代過程中考慮一個(gè)比例系數(shù)來(lái)計(jì)算所有網(wǎng)絡(luò)變量。此外，當(dāng)PV節(jié)點(diǎn)的電壓位移和無(wú)功功率是未知的時(shí)候，就需要用阻抗來(lái)表示負(fù)載。當(dāng)注入到電壓調(diào)節(jié)裝置的PV節(jié)點(diǎn)電壓和電流相位差90度時(shí)，通常無(wú)法利用恒電流負(fù)載模型的方法滿足網(wǎng)絡(luò)要求。在每次迭代中可能解決的是，由阻抗組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)計(jì)算電抗，為了將電壓設(shè)定在規(guī)定值，該電抗必須嵌入到PV節(jié)點(diǎn)中。這樣這個(gè)電抗值在每次迭代中都更新，并且，在每次迭代結(jié)束后，無(wú)論P(yáng)V節(jié)點(diǎn)電壓的位移是多少，流進(jìn)電壓調(diào)節(jié)裝置的電流都將滯后90度。在b/f分析文獻(xiàn)中介紹了PV節(jié)點(diǎn)模型后，本文提出了一種改進(jìn)的方法。本文采用恒定阻抗模型的方法表示恒功率負(fù)載，同時(shí)也是求解PV節(jié)

3、點(diǎn)中未知電抗的方法。最后執(zhí)行程序，結(jié)果表明，就維持PV節(jié)點(diǎn)電壓所需的無(wú)功功率計(jì)算的精確度而言，該模型是非常有效的。二、研究背景二、研究背景在某些情況下，牛頓拉夫遜（NR）法無(wú)法適用于輻射型配電網(wǎng)，對(duì)這些電力系統(tǒng)，已有文獻(xiàn)考慮了輻射型配電網(wǎng)基于特定性質(zhì)的一些改進(jìn)，在該文獻(xiàn)中給出了負(fù)載電流方程，該方程是針對(duì)一個(gè)有N+1母線的網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)新變量推導(dǎo)出3N個(gè)等式。在已有文獻(xiàn)中，提出了許多計(jì)算潮流分布的方法。比如網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)狀的，則將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為輻射狀，再進(jìn)行潮流計(jì)算。包含PV節(jié)點(diǎn)的輻射網(wǎng)狀系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的方法或者考慮補(bǔ)償電流計(jì)算潮流等。三、新的前推回代法的介紹三、新的前推回代法的介紹考慮下圖考慮下圖1 1所示的網(wǎng)絡(luò)

4、，該網(wǎng)絡(luò)有所示的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有N N個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)在一起，每個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)由個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)在一起，每個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)由串聯(lián)阻抗串聯(lián)阻抗 和并聯(lián)阻抗和并聯(lián)阻抗 組成；由電壓源組成；由電壓源 供電。供電。iserZ,NiZish, 2 , 1,sourceV則負(fù)載的阻抗可由迭代過程中的通用迭代式表示則負(fù)載的阻抗可由迭代過程中的通用迭代式表示(1)2(1),kkish iiiVZPjQ三、新的前推回代法的介紹三、新的前推回代法的介紹現(xiàn)假設(shè)電流 流過阻抗則所有支路和負(fù)載電流及母線電壓可以表示為網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)，只由串聯(lián)阻抗及并聯(lián)阻抗決定1,ksh NZ kI kkNII 1,kkkb iIb iIHI 1,kkk

5、iI iIHI 1,kkkiV iVHI三、新的前推回代法的介紹三、新的前推回代法的介紹則源節(jié)點(diǎn)的電壓可以表示為由上式計(jì)算所得的電壓和給定電壓 不相等，將電壓源電壓表示為根據(jù)這兩個(gè)式子，可以得到一個(gè)修正系數(shù) 10,0kkkVVHIsourceV 1,0kksourceVtrueVHI kktrueksourcekIIVVK0三、新的前推回代法的介紹三、新的前推回代法的介紹可以得到確定的修正值將電壓修正值代入阻抗計(jì)算式，阻抗的更新值就可以確定，才可以做后續(xù)迭代。 11,1,kikkkkiVktruekiVktrueiVKIKHIHV NiZkish, 2 , 1,三、新的前推回代法的介紹三、新的

6、前推回代法的介紹現(xiàn)考慮圖2中的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)D是分支點(diǎn)，支路OD由N個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)組成，支路DT1和DT2由N1和N2個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)組成。對(duì)應(yīng)的四端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和圖1中相同。三、新的前推回代法的介紹三、新的前推回代法的介紹在DT1的最后一個(gè)并聯(lián)阻抗中注入電流 ,然后進(jìn)行和圖1網(wǎng)絡(luò)相同的步驟。則節(jié)點(diǎn)D的電壓可表示為同樣的，在DT2的最后一個(gè)并聯(lián)阻抗中注入電流 ，則節(jié)點(diǎn)D的電壓表示為為了得到節(jié)點(diǎn)D的電壓的唯一值，需要修改上述兩個(gè)電流中的一個(gè)。1NI1,NDVDIHV 2NIDNDVDVIHV2,三、新的前推回代法的介紹三、新的前推回代法的介紹假設(shè)修改 。則修改值 為得到修正系數(shù) ，然后乘以之前在支路DT2上計(jì)算出

7、得電量，就可以得到相應(yīng)的電壓和電流值，這些電壓電流值就和用 推導(dǎo)出來(lái)的值一致。從這時(shí)起，回代階段和圖1網(wǎng)絡(luò)一樣。mod. 2NI2NI2*2mod. 2NDNDDNIKIVVI*DK1NI迭代過程可以用下列步驟表示：迭代過程可以用下列步驟表示：1、所有的負(fù)荷母線電壓初始設(shè)置為額定電壓；2、在母線電壓和所需功率的基礎(chǔ)下計(jì)算負(fù)載阻抗；3、任意設(shè)定末端阻抗的電流值；4、從末端支路開始，計(jì)算出支路電流、支路電壓和負(fù)載電流；5、計(jì)算推導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的修正系數(shù)6、計(jì)算源節(jié)點(diǎn)的電壓，然后和給定值比較；如果差值低于設(shè)定值，則迭代過程結(jié)束，否則計(jì)算修正系數(shù)K，修正節(jié)點(diǎn)電壓值，然后回到步驟2進(jìn)行下一次迭代DK四、四、PV

8、PV節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圖圖3. 3. 當(dāng)當(dāng)V=VspV=Vsp時(shí)計(jì)算阻抗時(shí)計(jì)算阻抗XcXc的簡(jiǎn)單電路的簡(jiǎn)單電路 已知電壓E和阻抗Z=R+jX ,我們可以通過電壓的額定值VSP確定電抗XC的值，電抗值可以表示為： 當(dāng)以下不等式成立時(shí)，電抗XC的值才是正確的：四、四、PVPV節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 對(duì)于一個(gè)由阻抗組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)： 首先，要確定E和Z，就能計(jì)算出插入至節(jié)點(diǎn)中的電抗值，以便于預(yù)先設(shè)定一個(gè)電壓值。 然后，在改進(jìn)的迭代方法中，通過一組節(jié)點(diǎn)電壓值計(jì)算阻抗，接著在每一次迭代結(jié)束后計(jì)算出電抗XC的新值，并算出同一電抗的增量。 為了在每次迭代結(jié)束后得出XC的值，我們需對(duì)每個(gè)PV節(jié)點(diǎn)搭建戴維南等效模型，計(jì)算出電壓E和等效阻

9、抗Z。 四、四、PVPV節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對(duì)于每個(gè)PV節(jié)點(diǎn)的求解步驟：1.找出連接源節(jié)點(diǎn)和PV節(jié)點(diǎn)之間路徑的節(jié)點(diǎn)和支路；2.找出來(lái)自于上述節(jié)點(diǎn)、但不屬于上述路徑的分支饋線；3.在回代階段，對(duì)于每個(gè)分支饋線，計(jì)算作為起始節(jié)點(diǎn)電壓和分支電流之間比值的等效阻抗；4.考慮前述步驟中求得等效電抗和來(lái)自于該路徑下其他節(jié)點(diǎn)的等效阻抗，在源節(jié)點(diǎn)注入任意電流，計(jì)算0-PV路徑的支路電流和母線電壓；5.計(jì)算等效阻抗Z，該阻抗是PV節(jié)點(diǎn)電壓和在前述步驟中獲得的PV路徑下最后一個(gè)支路的電流的比值。四、四、PVPV節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)舉例說明： 在圖四中搭建了一個(gè)用于計(jì)算E和Z的等效網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)PV節(jié)點(diǎn) （節(jié)點(diǎn)4）。四、四、PVPV

10、節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 就PV節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的有功功率而言，有功功率注入至節(jié)點(diǎn)中，最終代數(shù)求和加到有源負(fù)載中；并與負(fù)載的無(wú)功功率一起，在同一節(jié)點(diǎn)上得到恒功率。在每次迭代中負(fù)荷用阻抗模擬，在每次迭代結(jié)束后，我們可知：PV節(jié)點(diǎn)上模擬產(chǎn)生負(fù)載的阻抗，和用來(lái)模擬PV節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率供給裝置的電納值1/XC。 電抗XC在每次迭代后才得以計(jì)算，表明當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有更多的PV節(jié)點(diǎn)時(shí)，對(duì)于PV節(jié)點(diǎn)的戴維南計(jì)算值（E,Z）可以近似地不考慮先前計(jì)算的電抗或者其他PV節(jié)點(diǎn)的電抗計(jì)算值。該應(yīng)用程序說明，誤差不會(huì)影響收斂或者最終的結(jié)果，只是增加了迭代的次數(shù)。為了避免這種不便，在實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)于有n個(gè)PV節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，在第一次迭代時(shí)，只計(jì)算出一個(gè)PV節(jié)

11、點(diǎn)的電抗；在第二次迭代中，除了更新第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電抗值外，同時(shí)也計(jì)算另一個(gè)PV節(jié)點(diǎn)的電抗；直到第n次迭代，更新n-1個(gè)電抗值并計(jì)算出最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電抗值。從第n+1次迭代開始，只更新n個(gè)PV節(jié)點(diǎn)的n個(gè)電抗。所以節(jié)點(diǎn)電抗計(jì)算的先后順序不會(huì)影響算法的性能。五、應(yīng)用及結(jié)論五、應(yīng)用及結(jié)論研究包括85個(gè)節(jié)點(diǎn)的輻射形網(wǎng)絡(luò)，其中PV節(jié)點(diǎn)的數(shù)目固定為n=1,2,3,4。施加在所有PV節(jié)點(diǎn)的電壓標(biāo)幺值設(shè)定為1和0.95。對(duì)于具有n個(gè)PV節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，應(yīng)用本文中的方法算出母線電壓和無(wú)功功率（ 和 ）和牛頓拉夫遜法推導(dǎo)出母線電壓和無(wú)功功率( 和 )，然后計(jì)算出對(duì)應(yīng)值之間的差的百分比：ZVZQNRVNRQ100%NRNRZVVVVe100%NRNRZQQQQe%VXe表1中，列出了在10種結(jié)構(gòu)中，PV節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)兩個(gè)量的差值