三相四线制配电网络潮流模型与算法分析

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1．1研究的目的和意义长期以来，国内重输电轻配电，导致相应的配电网络研究严重滞后于输电网络研究，又特别是在三相四线制配电网，国内在这方面的研究很少，同时，在国外，这方面的研究也不多。当前，作为电力系统相对薄弱环节的配电网络正日益得到重视。国家已计划投资对旧城网进行改造，并相应建成安全、可靠、灵活的配电管理系统。配电管理系统实现的主要功能之一是配电网络分析，而配电网潮流计算在配电网络分析中具有基础的地位和作用，是配电网规划和运行的基础，也是配电网的网络重构、故障处理、无功优化和状态估计问

2、题的基础。配网中，三相四线制配电网络一般指三相三线及中性线构成的配电网络。本文中，三相四线制配电网不仅包括一般而言的三相四线制，还包括三相三线、两相三线，两相两线及单相两线等支路构成的配电网络。题目使用三相四线制配电网络这一概念，一是为了突出本论文研究对象中要考虑配电网络中电流的返回通路，另一方面，三相四线制配电网络是解决问题的中心，把它解决了，其它支路形式的配电网络问题也就解决了。众所周知，由于配电系统负荷不平衡、传输线路不对称以及单相、两相负荷的存在，因此我国在低压配电系统中广泛采用三相四线制，其中的中性线为不平

3、衡电流提供返回通路。同时，从提高安全性和电能质量【ll，提高故障保护灵敏度以及降低系统装置成本【2】等角度出发，目前已在三相四线制配电网络中大量推广重复接地技术。可见，中性线和重复接地是普遍存在的，是配网设计和运行中需要着重考虑的。考虑中性线和重复接地的三相四线制配电网络是复杂的，但网络中大多物理量相对于输电网络又是极小的，研究中任何简化都有可能导致错误的结论，因此对三相四线制配电网络进行精确的研究是十分必要的。通常的潮流算法将中性线通过简化融合进相线，这样中性线和大地导线无法显示的表示，因此无法计算出中性线和大地导

4、线的电流和相应节点的电压。然而这些物理量在三相四线制配网电能质量、安全分析和损耗分析等方面却非常重要，例如中性线电压过高，不仅会对设备的敏感电子芯片产生共模噪声干扰，而且可能引起安全问题13]，因此必须探索能显示地表示中性线和大地导线，能计算中性线和大地导线电流电压的配网潮流算法。1．2国内外研究现状1．2．1配电网络模型重庆大学硕士学位论文1绪论文献[4]介绍了以大地为返回电流通路的三相三线制线路支路模型，考虑了大地导体作用，但没有涉及到三相四线制，即模型中没有考虑中性线。文献[3]提出了三相四线制配电网络支路模型

5、，将中性线和大地导线分别单独考虑，形成了完全支路的五线模型，但是该模型中接地端点中中性点与大地点的连线与参考大地相连。该文献没提及不完全支路模型，而且认为支路两端不接地，则大地导线不存在．文献[5]提出的变压器模型考虑了铜损、铁损、相位偏移等问题，能够较好地分析系统三相不平衡情况，但是该模型中只考虑了端点中的相节点，而没有考虑中性点和大地节点。文献[6]提出了n型等效支路加理想变压器的三相双绕组变压器模型，考虑了中性点，但没有扩展到大地节点。1．2．2三相四线制配网潮流算法在已有研究中，三相三线制配电网络即一般而言的

6、配电网络是最接近本文所要讨论的三相四线制配电网络，因此三相三线制配电网络研究是三相四线制配电网络研究的基础。近年来，随着国内外配电网自动化的蓬勃发展，配电网络的分析计算重新得到重视，人们发表了大量文献研究配电网络的分析计算问题。配电网络具有许多不同于高压输电网的特征n，例如：环网结构，开环运行，正常运行时是辐射型树状；支路参数／x的比值较大；三相支路参数不对称和三相负荷不平衡问题比较突出；网络的PQ节点多，P矿节点少等。一些因素对传统的潮流算法来说，实际上属于病态条件，因而也就对配电网的潮流计算方法提出了特殊的要求。

7、首先，收敛性问题在配电网潮流算法中倍受重视，例如由于配电网支路参数,／x比值较大，使原来在高压输电网中行之有效的算法，如快速解耦法等，在配电网中不再有效。其次，由于配电网中不对称元件，如未换位的输电线路、三相三铁心柱变压器、电力机车负荷及其它三相不对称负荷的存在，使配电网的三相电压电流不再对称，因而不能象对称系统那样，只计算一相的情况，而必须进行三相潮流计算。针对配电网的结构特点，人们提出了很多算法，其分类如下：(1)根据配电网潮流计算所采用的状态量分为18】母线类(母线功率型和母线电流型)和支路类(支路功率型和支路

8、电流型)。母线类是以母线的电流或功率注入和母线电压作为系统的状态变量，列出系统的状态方程并求解。此类方法包括Zbus法【9】和K，。法110]支路类以配电网的支路流电流或功率流作为状态量列出系统的状态方程并求解，此类方法包括前推回代类方法0,4,tl-ls]和回路阻抗法116'171等。(2)从处理三相的方式上可分为pl相分量法、序分量法(又称