多PV节点的不平衡配电网潮流故障分析方法

多PV节点的不平衡配电网潮流故障分析方法

本文根据配电网具有辐射状、弱环网和三相不平衡的特点，在已有前代回推的基础上，结合多端口混合补偿技术，实现了三相潮流和非接地故障计算的统一。而将接地故障进行单独处理，这样就避免了一般潮流和故障统一计算中由于接地点电压为零引起的计算不收敛现象。同时针对配电网中存在一个或者多个PV节点的情况，提出了对PV节点进行补偿的方法。
    关键词：配电网；补偿技术；PV节点

An Approach for Power Flow Analysis and Fault Analysis of Asymmetrical Distribution System with Multi-PV Node

PENG Shu-tao，LIAO Pei-jin，LI Lin，WANG Guang-ming

(Department of Electrical Engineering, Xi'an Jiaotong University,
Xi'an, 710049)

    Abstract: This paper shows a uniform approach for three-phase power flow and un-grounding fault. Based on forward and backward sweep method and distribution system specialties, the approach makes use of multi-port compensation technology. In order to avoid divergence in the common uniform approach because of grounding fault, grounding fault is dealt with other method. This paper also presents a compensation method for PV node.
    Key words: distribution system；compensation technology；PV node

0  引言
    潮流故障计算是电网的一项基本计算，可靠的潮流故障计算方法必须精确、稳定、实用的。对于配电网而言，由于自身的特点，比如一般都是以辐射状或弱环网的方式运行，三相负荷和电气参数都存在不平衡的现象，支路参数R和X相差不大等。因此也就对配电网的潮流故障计算方法提出了特殊的要求。首先收敛性问题在配电网潮流计算中备受重视，例如由于支路参数R与X比值比较大，使得原来在输电网中行之有效的算法，如快速解耦法，在配电网中不再有效。其次在故障计算中由于三相不对称元件和负荷的存在使得潮流故障计算也不能采用一相计算的方法，而必须进行三相潮流故障计算。在三相潮流故障计算中根据处理三相的方式的不同可以分为相分量法和序分量法。而由于配电网自身的特点使得在不平衡的配电系统的潮流故障计算中应用相分量法效果较好^[1,2]。
    目前针对配电网的潮流故障计算主要是利用前代回推和多端口补偿技巧^[3-6]。文献[3]已经指出了这种方法的优点，但是也有一定的不足之处^[6]。文献[5]针对配电网的电网为辐射状的特点，在前代回推潮流算法的基础上采用了叠加原理计算故障电流。该方法处理纯辐射状电网时具有很高的计算效率，但该文没有给出环网情况下的计算方法，同时给出的计算公式是针对平衡配电网系统的。文献[6]采用一种系统化的方法，解决了配电网三相不平衡弱环网系统的潮流和故障统一分析的问题，具有较好的收敛性和较高的计算精度。但是这种方法没有提到如何对配电网中存在的PV节点的处理。同时在发生接地故障时，会出现接地节点的电压在迭代中趋于零的情况，从而使节点的注入电流趋于无穷大，影响了这种方法的收敛性。
    针对以上的问题，在参阅了大量中外文献的基础上，本文给出了一种解决配电网中存在的PV节点的方法，提出了按故障是否接地进行分别处理的方法，解决了潮流故障统一计算中存在的问题。从算例结果上看收敛性，计算速度，计算精度都可以达到要求。

1  规范的故障端口补偿电路模型
    文献[7]指出对任何不对称故障总可以在故障点处将不对称故障从电力网络中分离开来，图1就是从电力网络中分离出的故障补偿电路的示意图。

    图1中故障补偿电路的阻抗为：

    这样就可以通过选择Z_fg，Z_fa,Z_fb，Z_fc的值来模拟不同的故障。几种典型性故障形式下Z_fg，Z_fa,Z_fb，Z_fc的取值如表1所示。

    其中ALG表示A相单相接地；BCLL表示BC相间短路；BCLG表示BC相间接地；ABCLL表示三相短路；ABCLG表示三相接地。

2  弱环网的潮流故障计算
    对于弱环网而言，进行潮流故障计算前先要撕裂各个环网，形成辐射状，对节点进行编号，对支路进行分层。对节点的编号时先将根节点选出，默认根节点编号为1，编号原则是：假设某一步需要对m个节点进行编号，那么这m个节点的新顺序是根据它们所连的下一级节点的个数所定。当某些节点所连的下一级节点的个数相同时，这些节点的新顺序按照它们原来的顺序所定。这里以图2来说明节点编号的方法。假设1号节点已经完成编号，由图中可见，和1号节点相连的是2、3、4号节点，现在就是要对它们进行重新编号。可以看到2，3，4号节点所连的下一级节点的个数分别是1，2，3，那么2，3，4号节点在新顺序下的编号是2，3，4(这里新顺序和原顺序一样是因为图2是已经按照编号原则完成的网络图)。完成了对2，3，4号的节点编号后就可以按照同样的方法完成图2中所有节点的编号。对支路分层是在节点编号完成后，按照支路两端节点的大小对支路进行排序，按照小节点优先的原则进行支路的编号和分层。图2就是一个完成了的新网络图(这里只标出了节点的编号)。