求解含小阻抗支路配电网潮流的牛顿法

基于节点导纳矩阵的雅可比矩阵为病态,是采用牛顿法求解含合环支路等小阻抗支路的配电网潮流不易收敛的主要原因。文中以等效负荷支路、合环支路分别为连支建立两类基本回路,潮流方程基于回路电流-负荷节点电压方程建立,合环支路参数不会作为回路矩阵的独立元素存在;采用牛顿法求解时,基于回路导纳矩阵建立良态的雅可比矩阵,使计算收敛性得到保证。多个算例验证了该方法在计算含合环支路和PV节点配电网潮流时的正确性和有效性。     

基于网络分区的多适配性输配网协同潮流算法研究

针对传统算法不适用于输配电网一体化潮流计算这一情况,提出输配协同潮流算法。该算法基于输配电网之间的电气连接关系及其各自网络结构特点,对整个网络进行区域划分,建立输配电网边界映射区,处理其失配功率,给出收敛判据。根据配电网部分不同地区的网络结构特征,采用适合的算法对配电网进行分区计算。针对一体化潮流计算时电网中负荷功率被人工置数的情况,给出相应处理方法。以广州输配电网为例进行了计算,验证了协同潮流算法的准确性和多适配性。     

一种快速的定雅可比潮流算法

完美地组合了电流注入型潮流算法和保留二阶项的快速潮流算法的优点,弥补了二者的不足之处,提出了一种快速的定雅可比潮流算法.该算法修正方程式的雅可比矩阵是通过对电流注入型潮流算法PQ节点的雅可比矩阵进行改造而得来的,是一个对称的常数雅可比矩阵.修正方程式的常数项是在保留潮流方程式非线性项的基础上进行简化改进而获得的,是一个非常简单的修正公式,在迭代过程中完全不需要进行节点电压的修正和节点功率的计算.这些处理,既保证了算法的收敛性,又大大提高了计算速度.详细论述了该算法的原理及用法.最后将它与牛顿法、定雅可比牛顿算法、PQ分解法、快速解耦法(FDLF)等潮流算法在多个算例上进行了收敛性能和收敛速度的比较,结果证明该算法收敛速度远大于牛顿法和定雅可比牛顿算法,收敛能力与定雅可比牛顿算法相当,算法适用能力比PQ分解法和快速解耦法强.     

一种快速的定雅可比潮流算法

完美地组合了电流注入型潮流算法和保留二阶项的快速潮流算法的优点,弥补了二者的不足之处,提出了一种快速的定雅可比潮流算法。该算法修正方程式的雅可比矩阵是通过对电流注入型潮流算法PQ节点的雅可比矩阵进行改造而得来的,是一个对称的常数雅可比矩阵。修正方程式的常数项是在保留潮流方程式非线性项的基础上进行简化改进而获得的,是一个非常简单的修正公式,在迭代过程中完全不需要进行节点电压的修正和节点功率的计算。这些处理,既保证了算法的收敛性,又大大提高了计算速度。详细论述了该算法的原理及用法。最后将它与牛顿法、定雅可比牛顿算法、PQ分解法、快速解耦法（FDLF）等潮流算法在多个算例上进行了收敛性能和收敛速度的比较,结果证明该算法收敛速度远大于牛顿法和定雅可比牛顿算法,收敛能力与定雅可比牛顿算法相当,算法适用能力比PQ分解法和快速解耦法强。     

基于牛顿法的配电网络Zbus潮流计算方法

根据配电网的特点,在比较各类算法的基础上提出了一种新的基于牛顿法的配电网潮流算法。该算法从Zbus算法出发,对网络方程进行虚实部分解,形成的雅可比矩阵与节点导纳矩阵有极大的相似性,迭代中雅可比矩阵仅有少部分对角元素需要修改。算法通过修改雅可比矩阵元素来处理PV节点,还能够处理几种不同类型的负荷模型。理论分析和计算表明该算法性能优良,是配电网络潮流分析的有效方法。     

配网三相潮流的常雅可比牛顿算法

根据牛顿法的基本原理,本文基于配电网的特点,提出了一种新的适用于不对称配电网的三相常雅可比潮流算法.该算法引入内节点来处理平衡节点处的三相电压不平衡,同时对负荷节点进行了合理的假设,最终得到的雅可比矩阵为常数矩阵,在迭代过程中保持不变;同时算法不解耦,不受大的R/X的影响;该算法对有环配网也同样适用.文中通过对算例进行仿真,表明该算法有可靠的稳定性和好的收敛速度.     

输配电网一体化分布式潮流计算方法

随着大量分布式电源和电动汽车接入配电网,传统的输配电网相互独立的潮流计算已不再适合。考虑到输配电网由不同层级控制中心监控和管理,提出了基于主从分裂的输配电网一体化分布式潮流计算方法。该方法以输配全局电网作为研究对象,将一体化潮流问题分成输电网潮流计算、多个配电网潮流计算和边界节点协调子问题,其中,输、配电网潮流计算子问题分别采用牛顿法和前推回代法来解决,并通过边界节点电压和等值功率的交换实现输配电网一体化分布式潮流计算。最后,对IEEE-30节点输电系统和IEEE-33节点三相不平衡配电系统构造的全局电力系统进行仿真,结果表明该方法的有效性。     

改进的带二阶项配电网快速潮流算法

在简要分析已有配电网潮流算法的基础上,提出了一种改进的带二阶项的快速潮流算法.该算法应用矩阵分块求逆方法对阶数较高的雅可比阵求逆计算进行了改进,使阶数较高的雅可比阵的求逆变为阶数较低的四个阵的求逆.在充分发挥带二阶项的快速潮流算法收敛性好的基础上,提高了计算速度,适用于各种复杂的配电网络,并基于该算法开发了配电网潮流计算软件.27节点和33节点算例计算结果表明,该方法具有良好的收敛性,能很好地处理配电网重构,具有较高的计算速度.     

一种新的少环配电网潮流计算方法

研究了少环配电网潮流计算方法。以经典的保留2阶项配电网潮流算法为基础,基于矩阵分裂和矩阵求逆辅助定理,导出了一种新的牛顿类配电网潮流算法。算法的主要优点是避免了对雅可比矩阵进行传统的三角分解这一比较费时的步骤,因而能有效提高潮流求解的速度。IEEE33节点配电网系统的算例结果验证了该算法的正确性和有效性。     

基于Ybus法的配电网改进牛顿潮流算法

针对配电网的特点和常用前推回代潮流算法存在的不足,提出了一种改进的配电网牛顿潮流算法。该算法从基于基尔霍夫电流定律的Ybus算法出发,将迭代得到的结果作为电流注入模型的牛顿法的初值进行潮流分析。算法通过修改雅可比迭代矩阵元素对PV节点进行处理,通过变换系统节点电流方程来解决多平衡节点系统问题,既可用于放射形配网,又能用于含有环网的配电系统。该算法物理意义清晰,容易实现,收敛性好,给出的算例验证了算法的可行性。     

具有PV节点的配电网常Jacobian矩阵潮流算法的分析比较

随着配电网实时监控要求的不断提高,有必要寻找一种既能建立常Jacobian系数矩阵以提升其收敛速度,又能满足病态条件下方程有解而不至于发散的潮流计算方法。该文基于牛顿-拉夫逊法的极坐标形式,从复功率方程出发,忽略功率方程迭代过程中影响相对较小的负荷功率,把PV节点电压的实部、虚部线性拟和为幅值,建立了完全常数项的Jacobian矩阵。对常Jacobian矩阵的适应性进行了详细的论证且得到了实际算例证实,证明本算法提高了计算效率并显著降低了内存需求;该算法无须解耦,不受R/X数值大小的影响,具有出色的收敛性     

一种基于回路电流法的有源配电网潮流算法

提出一种基于回路电流法的主动配电网三相潮流算法,并提出风机等多种分布式电源在该算法中的计算模型。首先建立配电网络对应的图,然后将基本回路电流、变压器原边支路电压、非恒阻抗负荷支路电压、分布式电源支路电压、异步电机正序负序电压、转差率作为未知量,列写回路KVL方程、变压器原副边电流方程、负荷功率平衡方程以及分布式电源相关方程,推导Jacobian矩阵,并利用牛顿法求解方程。该方法不需要PV节点转化为PQ节点的过程,也不需要将环路解列及复杂的节点编号,没有对Jacobian矩阵进行简化和近似,具有二阶收敛性。算例表明,所提方法计算速度快,能够处理所有常见的分布式电源,具有较强环路处理能力,且比前推回推法有更好的收敛性。     

基于网络矩阵的交直流混合配电网潮流计算

为了准确分析含有分布式可再生能源及具有发-用-储一体化新型柔性负荷的复杂大系统的潮流分布,针对具有离散性、动态性、非线性、多目标性和不确定性等特点的现代城市配电网,给出一种基于网络矩阵的交直流混合配电网潮流计算方法。首先,根据PWM调制原理给出电压源转换器(VSC)的稳态潮流模型。然后,通过二进制描述的网络矩阵,建立交直流混合配电网拓扑结构的潮流计算模型。进而,针对不同控制策略修改雅可比矩阵,并基于牛顿拉夫逊法求解潮流模型。最后给出了两个算例,针对该方法与PSCAD仿真的结果进行比较分析,验证了所提的潮流计算模型的正确性、灵活性和收敛性。     

STATIC AND TRACKING STATE ESTIMATION IN POWER SYSTEM USING NEWTON'S METHOD

ABSTRACT

This paper describes the Newton method for state estimation in electric power systems using the weighted least square approach (WLS). The information matrix that approximates the Hessian matrix in the WLS estimator is updated using the Brown-Dennis technique such that the linear convergence of the WLS algorithm is improved to nearly second order convergence of the Newton method. This proposed method is particularly effective in state estimation of ill-conditioned power systems which encounter difficulties in converging to the solution. The additional computing time for implementing the new algorithm is quite small as the nonzero elements of the Hessian matrix are not re-computed but are extracted from the Jacobian stored in the computer memory. However, there is a slight increase in the storage requirement. Digital computer results are presented for both the static and tracking state.     

基于注入电流不平衡量的配电网改进潮流算法

本文在节点注入电流模型配电网潮流计算的基础上,采用了基于注入电流的不平衡量,对算法进行了改进和简化,将Jacobian矩阵作为一个固定矩阵,从而使计算量大大减少,提高了计算速度;通过引入最优乘子,从算法上保证了潮流计算的不发散,有效地解决了潮流计算对初值的敏感性以及一些病态系统的潮流计算问题。用30节点、141节点配电网算例和几种典型的病态系统的计算验证了算法的有效性和可行性。     

基于状态空间线性变换的主动配电网分布式电压控制

大规模分布式发电的接入使得主动配电网电压控制问题日益凸显。受限于配电网模型参数的精度,传统集中式的电压控制和基于模型的分布式电压控制策略效果受到显著影响。提出了一种基于状态空间线性升维变换的主动配电网分布式电压控制方法。通过矩阵分裂方法实现了海森矩阵的分布式求逆,将分布式控制收敛速提升至超线性收敛。基于Koopman数据驱动方法,利用配电网历史运行数据作为训练样本,构建高维线性精确潮流模型,从而推导得到电压-无功全局灵敏度,以此校正分布式牛顿控制中的迭代方向。算例结果证明,相比依赖于模型的分布式电压控制方法,所提方法具有更快的收敛速度和更优的控制收敛结果,且不受参数不精确问题影响,具有更强的工程适用性。     

基于功率守恒原理的电热联合系统潮流计算方法

潮流计算是对电热联合系统进行稳态分析的基础,热电联供机组等耦合元件引起的多能流耦合使得联合潮流计算复杂化。现有联合潮流计算方法中,整体法存在计算效率不高和病态雅可比矩阵的问题,而对分解法的相关研究缺乏收敛性质的分析和应对迭代发散的解决方案。为改进上述问题,针对耦合元件存在于热电平衡节点的联合系统,基于功率守恒原理推导了使用分解法时热网和电网平衡节点功率的迭代式,据此分析了分解法的收敛性质,并指出了迭代式的不动点即为平衡节点功率的解析解,进而提出了一种求解联合潮流的新方法。最后,通过设计电热联合系统算例证明了所提方法不但具有快速性与准确性,能够解决分解法存在的发散问题,而且可以用于热电耦合元件参数可行域估计。     

A reliable and efficient method for assessing voltage stability in transmission and distribution networks

Voltage collapse has been the topic of an increasing body of research during the past few years. In this paper a new method is presented for assessing static voltage stability in transmission and distribution networks. The proposed method (PM) is fast, accurate and robust. The expanded Newton-Raphson-Seydel (NRS) and Down-Hill (DH) algorithms are employed in PM. In addition, the elimination of the trigonometric terms in power flow equations and Jacobian matrix, can improve the convergence of PM algorithm. Standard CPF, CPF-GMRES and expanded NRS methods are compared to PM. These algorithms are tested on 420 bus transmission and 4438 bus distribution networks.