（电力系统及其自动化专业论文）配电网潮流计算及可靠性分析算法的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e s t u d i e so np o w e rf l o wa n d r e l i a b i l i t yc a l c u l a t i o n f o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k m a s t e rc a n d i d a t e ：y a n gz h i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f h er u i w e n j u n e2 0 1 0 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 10 0 0 6 肿洲iiiiilm 55 4帅7 iii一y 摘要 摘要 随着国民经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高，用户对用电可靠性 的要求也越来越高，因而迫切需要对供电系统的可靠性加强管理。配电系统是 连接输电系统和用户的关键环节，直接影响对用户的供电质量，因此配电系统 的可靠性分析己成为现代配电系统研究中的关键课题之一。 在电力系统运行和规划中，需要研究电力系统稳态运行情况以确定其运行 状态。配电网潮流计算是对配电网分析中最基本的计算，是配电网运行、规划 以及安全性、可靠性分析和优化的基础。 本文针对辐射状配电网利用搜索机制对配电网潮流计算的前推回代法加 以改进。首先是通过搜索机制，将配电网络的树状结构转化成对应的后序遍历 序列，并存储在一个线性列表中。再利用线性列表中存储的节点顺序来逐个计 算各节点电压和配电网络的功率分布。根据提出的搜索机制和前推回代算法， 利用v is u a lc + + 编译环境编写了辐射状配电网潮流的计算程序，精确而高效地 解决了配电网潮流分析问题。 针对复杂配电网的结构特点和故障影响范围的不同，采用分域等效与最小 路径相结合的方法来对复杂配电网进行可靠性评估。根据本算法运用v i s u a l c + + 语言编写可靠性分析程序。程序通过建立数据结构来获取系统的拓扑结构， 然后依次考虑网络中各元件对负荷点可靠性的影响，得出各负荷点及系统的可 靠性指标。以i e e e 的标准可靠性测试系统r b t s 的母线6 为对象，运用本文 提出的算法对系统进行了可靠性评估，结果证明本文所提出的配电网系统可靠 性评估算法正确。 本论文的研究由广东电网公司出资，其研究成果用于指导梅州配电网的规 划运行和管理。 关键词：配电系统：潮流计算；前推回推法；可靠性 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m ya n dt h e i m p r o v e m e n to fh u m a n l i v i n gs t a n d a r d ，u s e r s r e q u i r e m e n tt ot h ee l e c t r i ce n e r g yq u a l i t yh a sb e e nm o r e a n dm o r er i g o r o u s s oi ti s n e c e s s a r yt os t r e n g t h e nt h em a n a g e m e n to ft h e r e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e m d i s t r i b u t i o ns y s t e mi st h ek e yl i n kb e t w e e n c o n s u m e r sa n dp o w e rs y s t e m ，t h e r e l i a b i l i t yw o r t he v a l u a t i o n so fd i s t r i b u t i o n s y s t e m i nm o d e r n i n d u s t r yi s a v e r yi m p o r t a n ti s s u e r e l i a b i l i t yi n d e x e s o f d i s t r i b u t i o ns y s t e mh a v eb e e no n eo ft h ei m p o r t a n tp r o j e c t s p o w e rs y s t e mo p e r a t i o na n dp l a n n i n gn e e ds t u d y s t e a d y s t a t eo p e r a t i o no f p o w e rs y s t e m f l o wc a l c u l a t i o no fd i s t r i b u t i o np o w e ri st h em o s tb a s i cc a l c u l a t i o n a n dt h ef o u n d a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p e r a t i o n ，p l a n n i n ga n ds e c u r i t y ， r e l i a b i l i t ya n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o n t h er a d i a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r ki s a p p l i e d t o p o w e rf l o wc a l c u l a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r k as e a r c hm e t h o di sp r e s e n t e di n t h i sp a p e ro nt h eb a s i so f a n a l y z i n gc u r r e n tt e c h n i q u e sf o rp o w e rf l o wc a l c u l a t i o n i t sa ni m p r o v e m e n tt o t h et r a d i t i o n a lm e t h o do ff o r w a r da n db a c k w a r ds u b s t i t u t i o nw i t hh i g h e f f i c i e n c v o fc a l c u l a t i o n s a t f i r s t ，t h r o u g h t h es e a r c hm e t h o d ，t h e t r e e s t r u c t u r eo f d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sc o n v e r t e di n t oac o r r e s p o n d i n gs t r u c t u r eo fp o s t o r d e r t r a v e r s a l a n ds t o r et h e mi nal i n e a r l i s t t h e n ，t h en o d e sv o l t a g ea n dp o w e r d i s t r i b u t i o na r ew o r k e do u t ，u s i n gt h en o d e sw h i c ha r es t o r e di nt h el i n e a rl i s t a p r o g r a mf o rp o w e rf l o wc a l c u l a t i o n so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw a sc o m p i l e di nt h e e n v i r o n m e n to fv i s u a lc + + a c c o r d i n gt ot h es e a r c hm e t h o da n dt h ef o r m u l a so f f o r w a r da n db a c k w a r d ，s o l v e dt h ep r o b l e mp r e c i s e l ya n dh i g h e f f i c i e n c y t h i s p a p e ra i m a tt h e c o n f i g u r a t i o na n dt h ed i s s i m i l a r i t yo fa r e aa b o u t m a l f u n c t i o n ，a n dt a k e sam e t h o dw h i c hc o m b i n e st h ee q u i v a l e n c eo ft h ea r e aa n d t h em i n i m a lp a t hm e t h o di sa p p l i e dt ot h e a l g o r i t h mo fr e l i a b i l i t ve v a l u a t i o nf o r c o m p l e xd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ar e l e v a n tp r o g r a mo ft h i sm e t h o di sd o n ew i t ht h e v i s u a lc + + 6 0 t h ep r o g r a me s t a b l i s h e s d a t af i l e st ol e a r nt h ec o n f i g u r a t i o no t p o w e rs y s t e m t h e ni tc o n s i d e r e dt h ee f f e c tt h a te a c hd e v i c ei m p o s e d o ne a c hl o a d p o i n t t h ep a p e rc h o o s e sd i s t r i b u t i o ns y s t e mf o rr b t s b u s6a ss t u d y i n gs y s t e m t o s h o wv a l i da n da p p l i e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h ep r o p o s e dd i s t r i b u t i o ns y s t e m r e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nm e t h o d i sc o r r e c t t h i sp a p e rs t u d i e sw e r ef u n d e db yt h eg u a n g d o n gp o w e rg r i dc o r p o r a t i o n a n dt h er e s e a r c hi su s e dt og u i d et h ep l a n n i n go p e r a t i o n a n dm a n a g e m e n to f d is t r i b u t i o nn e t w o r ki nm e i z h o u k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o ns y s t e m ；p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ；m e t h 。d o ff o r w a r da n d b a c k w a r ds u b s t i t u t i o n ；r e l i a b i l i t y i i i i 。 广东工业大学工学硕士学住论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 选题背景与意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 潮流计算2 1 2 2 配电网可靠性5 1 3 本文研究的主要内容7 第二章辐射状配电网潮流分析8 2 1 引言8 2 2 前推回代算法理论8 2 2 1 前推回代法的基本原则9 2 2 2 前推算式9 2 2 3 回代算式1 0 2 2 4 收敛条件1 0 2 3 搜索算法1 0 2 3 1 树的后序遍历1 1 2 3 2 搜索流程图11 2 4 潮流计算流程1 2 2 5 算例分析1 4 2 6 本章小结1 8 第三章复杂配电网可靠性评估算法1 9 3 1 引言19 3 2 配电网可靠性指标2 0 3 2 1 系统可靠性指标2 0 3 3 网络等值的最小路径评估算法2 2 3 3 1 放射式配电线路的模拟：2 2 3 3 2 最小路径的评估算法2 3 i v f j 录 3 3 3 复杂网络的等值法2 6 3 3 4 区域等值的最小路径评估算法一3 0 3 4 本章小结3 4 第四章可靠性评估算例及结果分析3 6 4 1 算例及结果分析3 6 4 1 1 算例的选取3 6 4 1 2 可靠性分析程序的实现3 9 4 1 3 计算结果一4 6 4 2 不同因素对配电网可靠性指标的影响一51 4 3 提高配电网可靠性指标的措施一5 6 4 4 本章小结5 7 结论与展望一5 8 结论5 8 展望5 9 参考文献6 0 攻读学位期间发表的论文6 3 独创性声明6 4 致谢6 5 v 广东工业大学工学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c h a p t e rii n t r o d u c t i o n 一1 1 1 b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fr e s e a r c h 1 1 2s t a t u sq u oo fs t u d ya th o m ea n da b r o a d 2 1 2 1s t a t u sq u oo fs t u d yo fp o w e rf l o wc a l c u l a t i o n 2 1 2 2s t a t u sq u oo fs t u d yo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n 5 1 3t h em a i nc o n t e n to ft h i st h e s i s ：j j 7 c h a p t e ri ip o w e rf l o wc a l c u l a t i o nf o rr a d i a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k 8 2 1 i n t r o d u c t i o n 8 2 2t h et h e o r yo ff o r w a r da n db a c k w a r ds u b s t i t u t i o nm e t h o d 8 2 2 1b a s i cp r i n c i p l e sa b o u to ff o r w a r da n db a c k w a r ds u b s t i t u t i o nm e t h o d 2 2 2m e t h o do ff o r w a r d 9 2 2 3m e t h o do f b a c k w a r ds u b s t i t u t i o n 1 0 2 2 4c o n v e r g e n c ec o n d i t i o n s 10 2 3s e a r c ha l g o r i t h m 1 0 2 3 1p o s to r d e rt r a v e r s a lo f t h et r e e 1 1 2 3 2s e a r c hf l o wc h a r t 11 2 4p o w e rf l o wc a l c u l a t i o nf l o w 1 2 2 5a p p l i c a t i o nt oad i s t r i b u t i o ns y s t e m 1 4 2 6s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 18 c h a p t e ri l la l g o r i t h mo fr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o nf o rc o m p l e xd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 19 3 1 i n t r o d u c t i o n 1 9 3 2d i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t yi n d i c e s 2 0 3 2 1 s y s t e mr e l i a b i l i t yi n d i c e s 2 0 3 3ae v a l u a t i o nm e t h o db a s e do nm i n i m a lp a t ha p p r o a c ha f t e r e q u a l e n t 2 2 3 3 1s i m u l a t i o no fr a d i a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k 2 2 v l 3 3 2m i n i m a lp a t ha l g o r i t h m 2 3 3 3 3c o m p l i c a t e dn e t w o r ke q u i v a l e n c ea l g o r i t h m 2 6 3 3 4ae v a l u a t i o nm e t h o db a s e do nm i n i m a lp a t ha p p r o a c ha f t e r a r e a e q u a l e n t 3 0 3 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 3 4 c h a p t e ri vt h ee x a m p l ea n dr e s u l ta n a l y s i sa b o u tr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n 3 6 4 1n u m e r i c a le x a m p l ea n dr e s u l ta n a l y s i s 3 6 4 1 1s e l e c t i n ge x a m p l e 3 6 4 1 2p r o g r a mr e a l i z a t i o no fr e l i a b i l i t yf o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 3 9 4 1 3o u t c o m e 4 6 4 2e f f e c to fv a r i o u sf a c t o r so nr e l i a b i l i t yi n d e xo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 5 1 4 3m e a s u r e st oi m p r o v er e l i a b i l i t yi n d i c e so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 5 6 4 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 5 7 c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 5 8 c o n c l u s i o n s 5 8 p r o s p e c t s 5 9 r e f e r e n c e s 6 0 p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gs t u d i n gf o rm a s t e rd e g r e e 6 3 o r i g i n a ls t a t e m e n t 6 4 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 5 v i l 第一章绪论 1 1 选题背景与意义 第一章绪论弟一早硒了匕 近年来，随着我国经济的飞速发展以及人民生活水平的不断提高，电力的 需求已遍及社会生产和人民生活的各个层面。此时，我国的电力行业正进行着 产业结构的调整，在2 0 0 2 年，中国进行了“厂网分离”的电力改革，从原国家 电力公司中，拆分出五大发电集团和两大电网公司。我国的电力工业正由原来 的国家垄断经营向放宽管制、自由竞争的电力市场机制转变。在竞争激烈的电 力市场环境下，电力公司面临许多新的挑战。其中一个重要问题就是如何在提 高供电质量的同时，尽可能地降低投资、运行和维护费用，以提高资金使用效 率，最大限度地利用资源，从而获得最大的经济效益。电力改革后，电网的扩 展不再按照电源的发展进行规划，不再以能够把发电厂发出的电力送出去为目 的。而是以“市场需求为导向，以用户和经济效益为中心。随着电力市场的 开放，电网的规划和运行越来越复杂，凭借经验判断已经很难对电力系统尤其 是供电系统的可靠性做出系统、科学和全面的评估。选择一种全面的、系统的、 定量的供电系统可靠性评估方法，开发适用于具体配电网络结构的配电系统可 靠性分析工具对指导生产、运行，调整传统的工作方法和方式，提高管理水平 等方面都具有极其重要的现实意义。因此，提高供电可靠性，提高用户对企业 的信任，是我们电力企业发展的关键所在之一。 由于我国电力建设发展的不平衡，呈现出重电源、轻电网，重输电、轻配 电的局面，所以在电力需求急速扩大的形势下，中低压配电网供电可靠性低、 发展落后的问题逐渐显现出来，这些问题主要表现为：停电次数多、停电时间 长以及电压不稳定等情况。为解决这些问题，必然要求及时、准确的配电网潮 流分析结果。所以，在信息化高度发展的今天，借助于计算机处理程序、数据 采集以及传输系统来建立一套配电管理信息系统d m s 心1 。 在d m s 中一项基本而且非常重要内容就是计算配电网潮流。因此我们需要设 计出一个同时满足占用内存少、计算速度快；有可靠的收敛性；调整和修改容 广东- j k 大学工学硕士学位沦文 易，能满足工程上提出的各种需要的配电网潮流计算程序算法。由于配电网结 构复杂开关元件众多，开关如何动作不仅影响到系统的潮流分布还影响到对系 统的可靠性分析。所以配电网可靠性分析也要考虑系统的潮流变化，通过潮流 的计算分析来对开关控制进行选择。 综上所述，研究配电系统的可靠性评估和潮流计算算法已经成为当前形式 所需。通过配电网系统的可靠性评估程序，一方面可以了解整个配电系统的可 靠性状态，找出可靠性低的馈线段；另一方面可以为城市配电网的改造提供参 考意见。配电系统可靠性评估能够科学地指导城市电网的改造和建设工程。所 以，在该领域的研究成果对提高供电质量、提高企业经济效益和促进社会和谐 发展，将具有非常重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 潮流计算 潮流计算是电力系统研究的基本内容，随着科学技术的发展，特别是计算 机技术的不断进步，各种潮流算法正在不断更新和完善。 5 0 年代中期，随着电子计算机的应用，人们开始在计算机上用数学模拟 的方法进行潮流计算。早期使用的潮流计算方法是以导纳矩阵为基础的简单迭 代，称为高斯迭代法。这种方法原理简单，计算内存需求少。但缺点是收敛性 差。后来将算法改进为以阻抗矩阵为基础的简单迭代，虽然收敛性效果提高了， 但内存占用量也大大提高，这就限制了计算电网的规模。 目前，在电力系统中广泛采用的潮流算法是牛顿一一拉夫逊算法( n e w t o n r a p h s o n 即n r ，简称牛顿法) 及其变种。6 0 年代中后期牛顿一一拉夫逊潮流 计算采用t i n n e y 提出的稀疏矩阵和节点优化编号的方法，使其在收敛性和内存 占用量得到了很大的改进，从而被广泛的应用于电力系统的潮流计算。7 0 年代， s t o t t 在大量计算实践的基础上提出了快速解耦法的潮流计算模式，使潮流计算 速度得到了大大的提高，并可以应用于在线计算。这些方法己经成功地运用在 环状结构的输电网络中，但将其用在计算配电网潮流时收敛效果并不理想。这 是由于配电网与输电网相比有其自身的特点： 2 第一章绪沦 第一，配电网呈辐射状，在正常运行时是开环的，只有在倒换负荷或发生 故障时才有可能出现短时环网运行的情况； 第二，因电缆线的大量使用使得线路r x 的比值较大，网络的p q 节点多， p v 节点少。无法满足g i j b ；。的p q 解耦条件，所以在输电网中常用的快速解 耦法在配电网计算中难以收敛。 第三，配电网潮流计算的基本计算单元是馈线，而不是以全网络为单位。 如果假定一条馈线内负荷的波动忽略不计，则可认为馈线根节点的电压是恒定 的因而根据给定某馈线的根节点电压及沿线各负荷点的负荷，就可以确定各负 荷节点的电压、馈线的输入功率以及各支路功率损耗和电压降落，进而可以确 定整个馈线的潮流分布。 到目前为止，国内外许多专家学者对配网潮流进行了大量的研究探索，提 出了一系列的算法，这些方法主要有： ( 1 ) 牛顿类算法 此类方法以改进牛顿法和改进快速解耦法为代表。由于配电网自身特点， 传统的牛顿法和快速解耦法在配电网潮流计算中难以收敛，但有些学者为使快 速解耦法能在配电网中继续应用而作了一些有益的尝试，如文献 3 d r a j i c i c 应 用补偿技术处理r j x 较大的线路，但该方法使得算法变得复杂，丧失了快速解耦 法原有的计算量小，计算速度快的特点；文献 4 对牛顿一一拉夫逊法进行了改 进，该方法通过假设两个相邻节点的电压相差很小且无并联支路，从而推出一 个计算配电网状态变量增量的近似雅可比矩阵u d u 形式的恒定表达式，再利用前 推回代法来计算状态变量增量的修正向量，从而求出配电网络的潮流分布。 ( 2 ) 母线类算法 此类常见的算法有z 高斯法，文献 5 6 运用稀疏的节点导纳矩阵y 吣和等 效的注入电流来求解网络方程。其方法是建立在叠加原理之上的，每个节点的 电压由两部分产生：一部分是网络松弛节点( 首端电源节点) 在节点上产生的电 压；另一部分是节点上的等值注入电流产生的电压。注入电流是指除根节点以 外的其他配电元件如负荷、电容电抗器、无功补偿器等在其所连接的母线上产 生的等值注入电流。 ( 3 ) 支路类算法 此类方法以配电网支路数据为研究对象列出潮流方程。主要算法有以下几 广东工业大学工学硕士学位论文 种： i 前推回代法 文献 7 运用节点搜索技术，从根节点起按广度优先搜索并对配电网进行分 层编号，编号反映了前推回代的顺序。将负荷用等值注入电流表示，用回代法 求支路电流，再用前推法求得节点电压。反复迭代，直到前后两次求得的节点 电压差值满足一定的精度要求为止；文献 8 利用配电网络呈辐射状的特点，即 支路数等于待求电压数，因此可以采用支路复功率作为潮流方程的状态量来建 立牛顿法的迭代方程；另一方面分析了牛顿法j a c o b i a n 阵在稍作近似后各子阵具 有上三角的特点，使得牛顿法迭代方程的严格求解可以简单地由一种递推公式 直接解得，而该递推公式又恰好是前推回推算法中前推算式的全微分形式。这 一结论最终将前推回推法和牛顿法联系到了一起，论证了前推回推法用于恒定 功率负荷的辐射状配电网潮流计算中时具有与严格的牛顿法相似的快速收敛 性。从而阐明了前推回推算法快速收敛的机理，为该算法在配电系统中在线应 用提供了理论依据。 ii 梯形法 文献 9 根据配电网的结构特性，将配电网看成梯形结构，通过假定末端节 点的电压，推得源节点的电压，由此求得源节点的电压失配值，再将此失配值 加到假定的末端节点电压上重复进行计算，直到电压失配值在允许范围误差内。 iii 直接法( 回路阻抗法) 文献 1 0 1 1 将各节点的负荷用恒定阻抗表示，从馈线根节点到每一个负 荷节点形成一条回路，以回路电流为变量，根据基尔霍夫电压定律，列出回路 电流方程式组，采用l u 分解方法对方程式组进行求解，求出回路电流。然后可 求出各条支路上的电压降，进而可求得各节点的电压和负荷节点的功率，反复 迭代，直到求得的负荷节点功率与给定负荷的差值满足一定的精度要求为止。 支路类算法编程简单，当配网的复杂程度不高时，此类算法具有收敛速度 快、数值稳定性好的特点，其中前推回代法还不需要矩阵运算，占用计算机资 源很少，这对配电网自动化系统的开发设计将起到推动作用。 4 第一章绪论 1 2 2 配电网可靠性 配电网可靠性是指配电系统对用户持续供电的能力及可靠程度。配电系统 的可靠性研究自从六十年代开始发展以来，可靠性评估已成为国外配电系统规 划决策中的一项常规性工作。上世纪八十年代初期，我国开始对配电系统进行 可靠性分析研究，现在已经在这方面有了较大的进展。 目前，在工程上普遍应用的配电网可靠性评估方法有模拟法和解析法两大 类。 一、模拟法 模拟法又称蒙特卡洛法( m o n t e c a r l o ) ，是按一定的步骤在计算机上模拟 随机出现的各种系统状态，即用数值计算方法模拟一个实际的过程，并从大量 的模拟实验结果中统计出系统的可靠性指标。模拟法的关键是是获得各种类型 的随机数，获得均匀分布的随机数是模拟法的最基本运算。在电力系统的可靠 性分析中，有的事件呈指数分布( 如正常运行时间) ，有的事件呈布尔分布( 如 元件的检修时间) ，还有的呈其它函数分布，这些非均匀分布的随机数均可通 过均匀分布随机数的变换而求到。模拟法的优点是具有比较直观且易于被工程 技术人员接受和理解，但是模拟法存在运算速度慢的缺陷。 文献 1 2 以蒙特卡罗法为基础并结合故障树分析法，对直流输电系统进行 可靠性评估。根据引起直流输电系统失效的原因，建立高压直流输电系统的故 障树结构，建树过程中考虑了元件的维修与备用相关性；然后采用改进的蒙特 卡罗仿真技术对该故障树进行模拟分析；文献 1 3 提出种蒙特卡洛模拟法与 解析法结合的新方法，通过对系统采样状态的简单解析判断，使7 0 以上的采样 状态无需优化调整就可进行状态判断，从而减少每一次状态评估时间，成倍地 提高了计算速度。该方法较好地解决了蒙特卡洛模拟法计算速度与计算精度的 矛盾；文献 1 4 采用序贯蒙特卡罗仿真法，建立了全年负荷的时变模型，考虑 了线路容量约束，可进行逐小时的可靠性指标评估。当主馈线发生故障且故障 被隔离后，采用启发式推导算法对非故障区恢复供电，每次操作开关或开关对 时都要进行线路电流和节点电压校验，如果仍存在安全越限而需要停运一些负 荷时，则采用综合考虑系统停电费用、停电电量、网损和系统停电时间的目标 广东工业大学工学硕士学位论丈 函数，以决定停运负荷点。对负荷较重的馈线故障，文中采用了由两条主馈线 同时供电的模型；文献 1 5 】针对配电系统的随机事件和元件原始参数的模糊性， 提出了一种基于蒙特卡罗仿真法的模糊可靠性评估方法。使用模糊集理论的隶 属函数来表示元件故障率和修复率的模糊性。该方法不仅可以获得配电系统可 靠性指标的期望值，同时得到可靠性指标在不同置信度上的分布。 二、解析法 解析法是应用马尔可夫随机过程理论的状态及状态转移的关系建立的一种 可靠性评估解析模型。解析法的主要优点是物理概念清晰易于理解，模型的精 确度高，适用于求解比较复杂的系统。不足在于计算量随系统的增大而急剧增 大，当元件的操作方式增多时，计算会相当烦琐且不易实现j 。文献 1 6 - - - , 17 介 绍了解析法的几种典型算法及基本公式推导。运用解析法来评估配电网可靠性 的方法比较多，典型的方法有：故障模式后果分析法、网络等值法、故障法、 最小路径法等。 文献 1 8 采用故障模式后果分析法( f m e a ) ，它以每个线路元件为分析对 象，列出全部可能的系统状态，根据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进 行检验分析，并找出系统的故障模式集合，再分析各个基本故障事件及其后果， 最后利用元件的可靠性数据得到系统的可靠性指标。它是配电系统可靠性分析 最早的方法。该方法在处理结构比较复杂的配电网时，由于元件数目过多，系 统的故障模式会急剧增加，计算将变得非常繁琐。 文献 1 9 - - - - 2 1 采用网络等值法。它们都是利用网络等值对复杂配电网络进 行等效简化，即用一个等效元件来代替某一部分配电网络，从而将复杂结构的 配电系统逐步简化成简单辐射状系统。 文献 2 2 采用故障扩散法。当元件发生故障时，就前向搜索断路器和后向 搜索分段开关，以此来确定断路器和分段开关的范围，并生成区域子系统，该 方法根据故障时间的不同将节点分为四类：a 、正常节点，即故障事件发生后开 关正确动作不受故障影响的节点；b 、故障时间为隔离操作时间的节点；c 类故 障时间为隔离操作加切换操作时间的节点；d 、故障时间为元件修复时间的节点。 分别计算各类节点中负荷点的可靠性指标从而得到系统的可靠性指标。 文献 2 3 采用最小路径法。该方法将网络经过简化求其最小路径( 一个负 荷点只有一条) ，它的处理方法是：将非最小路径上的元件的故障对此负荷点 6 第一章绪论 的影响折算到其最小路上，并作为最小路径上的一个节点来看待。从而只需对 最小路上的元件与节点进行计算即可得出负荷点的可靠性指标。 1 3 本文研究的主要内容 本文以配电网潮流计算和可靠性分析为研究课题，围绕配电网潮流和可靠 性评估算法进行研究。 本文的主要工作及章节安排如下： 第一章综述配电网潮流计算及可靠性分析的方法和研究现状。 第二章对辐射状配电网前推回代潮流计算方法进行详细的分析，提出一种 搜索节点的方法来进行前推回代潮流计算，并用算例对算法进行了验证。 第三章介绍配电网可靠性的评估指标，并详细介绍了网络等值的静态最小 路径的评估算法，并在此方法的基础上提出分区域等值变换与最小路相结合的 评估算法。 第四章选用i e e e 的标准可靠性测试系统r b t s 母线6 来对算法进行验证， 并设计了相应的评估程序来对系统进行可靠性评估，最后对评估的结果进行了 详细的分析。 本文结论部分对全文和本人所做的工作进行总结，提出改进的意见和研究 展望。 7 广东工业大学工学硕士学位论乏 2 1 引言 第二章辐射状配电网潮流分析 随着我国经济和社会的发展，能源的需求不断增长，有效地降低输电能耗， 成了国内行业的共识。在发达国家，配电网络的自动化已经得到广泛应用。在 配电管理系统d m s 中，一项基本而且非常重要内容就是计算配电网潮流。配电网 潮流计算是配电网运行分析、调度管理、规划设计的重要基础。以前的潮流计 算方法都是基于网状结构的输电网来分析，这些方法不能直接用于配电网的潮 流计算，这是因为配电网结构与输电网结构有很大的差异。配电网大都具有环 状结构、开环运行的辐射状电网结构。而且在配电网中，线路r x 的比值较大， 网络的p q 节点多，p v 节点少。这些特点使得传统潮流计算如牛一一拉法和p q 分 解法计算速度慢，不易收敛，导致了网络的雅可比矩阵的条件数增大，迭代过 程中出现振荡现象，收敛速读慢。近年来，电力系统研究人员已经在配电网潮 流计算方面作了大量的研究工作，提出了很多实用、有效的算法，目前，用于 配电网潮流计算的主要方法有前推回代法、直接求解法、回路阻抗法等。由于 计算机技术的迅速发展和广泛应用，如何设计出一个结构简单、运算速度快、 收敛可靠性高的计算机程序算法成为制约配电网自动化技术发展的关键。本章 利用搜索机制对传统的前推回代法加以改进，有效地提高了收敛的可靠性和运 算速度。 2 2 前推回代算法理论 对于环状结构、开环运行的配电网可以等效成标准的树状网络结构。采用 前推回代法来计算配电网潮流是一种较好的方法，因为前推回代潮流计算法充 分利用了网络辐射状的结构特点，数据处理简