电力网格平台上的分布式潮流两层计算架构

试分析含分布式电源的配电网潮流计算王淑婷摘要：本文首先分析了分布式电源所具有的模型，介绍了计算配电网潮流的基本方法；然后以此作为基础，给出了前推回代法，并利用此法，分析了潮流计算的具体模型；最后对含有分布式电源的配电网进行了潮流计算。

关键词：分布式电源；配电网系统；潮流计算；前推回代法1 配电网潮流计算方法1.1 经典潮流计算方法通常情况下，对于经典潮流计算方法来说，其类型主要包括：牛拉方法、直接方法以及前推回代法，由于配电网所具有的线路呈现出树枝形状的分布特点，并且环网比较少，所以，对其进行计算时我们主要采用的是前推回代法，然而，该计算方法能否正常使用，取决于配电网所具有的节点：在配电网络中，除了平衡节点，其它所有的节点都需要保证是P，Q节点的类型。

由于我们日常研究的配电网大多接入了分布式电源，使得很多节点并不具备上述要求，因此，对于接入了分布式电源的配电网系统来说，不能直接运用传统意义上的前推回代法。

1.2 改进以后的潮流计算方法针对上面的问题，我们可以通过以下两种方案对其进行解决：一是，研究分析一种新的、有效的配电网潮流计算的方法，并且确保该计算方法对于那些含有分布式电源的配电网来说也是有效的；二是，科学的处理好含有分布式电源的配电网系统，确保该系统符合前推回代计算方法的相关要求。

我们主要运用上面提到的第二种方案，研究、分析分布式电源所具有的接口模型，然后再将其转化成为满足前推回代计算方法的节点类型。

2 含有分布式电源的配电网潮流计算模型我们首先需要确定一次发电能源是否属于可再生的能源，然后再根据分析得到的结果，将分布式电源主要分为以下类型：以可再生能源作为发电原料的分布式电源以及以不可再生能源作为发电原料的分布式电源。

上述两种类型中，第一类型主要包括有：生物能发电、水力发电、风力发电以及太阳能发电等，第二类型则包括：热电联产以及燃气轮机发电等。

我们依据上述两种类型，可以将含有分布式电源的配电网潮流计算模型主要分为以下三类：P，Q都衡定型；P，V恒定型以及P恒定而P=f（V）型。

面向电力分布式潮流的网格计算模型【摘要】本文主要围绕面向电力分布式潮流的网格计算模型展开研究，通过引言部分介绍了研究背景和研究意义。

在首先介绍了基础概念，然后对传统电力分布式计算模型进行了分析，接着详细设计了面向电力分布式潮流的网格计算模型，并提供了模型应用案例和性能评估及优化方案。

最后在结论部分总结了该模型的重要性，展望了未来的研究方向，并给出了结束语。

通过本文的研究可为电力系统的潮流计算提供新的思路和方法，为电力系统的安全稳定运行提供技术支持。

【关键词】电力分布式潮流、网格计算模型、研究背景、研究意义、基础概念、传统电力分布式计算模型、设计、模型应用案例、性能评估、优化、总结、展望未来研究方向、结束语。

1. 引言1.1 概述【面向电力分布式潮流的网格计算模型】随着电力系统规模的不断扩大和电力需求的不断增长，电力系统的安全稳定运行成为一个日益关注的问题。

传统的电力分布式计算模型已经难以满足对电力系统快速高效计算的需求，因此需要一种更加先进和适应性更强的网格计算模型来应对电力系统的挑战。

面向电力分布式潮流的网格计算模型是一种新型的电力系统计算模型，它结合了传统的潮流计算方法和分布式计算技术，能够更快速、高效地对电力系统进行建模和仿真。

该模型能够有效地解决传统模型在计算效率和准确性上的不足，提高电力系统计算的可靠性和精度，为电力系统的安全稳定运行提供强大的支持。

本文将对基础概念、传统电力分布式计算模型、面向电力分布式潮流的网格计算模型设计、模型应用案例以及性能评估和优化等方面进行深入探讨，旨在全面了解和掌握面向电力分布式潮流的网格计算模型的核心内容，为电力系统的进一步优化和改进提供理论支持和技术指导。

1.2 研究背景在当前数字化和智能化发展的大背景下，电力系统正逐渐向着分布式的方向演进。

传统的中央化电力系统已经不能完全满足现代社会对电力的需求，特别是在面临复杂的电力需求和需求侧管理挑战的情况下。

电力系统需要更加智能化、分布式的管理模式来应对这些挑战。

配电网潮流计算方法概述-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1配电网潮流计算方法概述目前，传统的电力系统潮流计算方法，如牛顿-拉夫逊法、PQ分解法等，均以高压电网为对象；而配电网络的电压等级较低，其线路特性和负荷特性都与高压电网有很大区别，因此很难直接应用传统的电力系统潮流计算方法。

由于缺乏行之有效的计算机算法，长期以来供电部门计算配电网潮流分布大多数采用手算方法。

80年代初以来，国内外专家学者在手算方法的基础上，发展了多种配电网潮流计算机算法。

目前辐射式配电网络潮流计算方法主要有以下两类：(1)直接应用克希霍夫电压和电流定律。

首先计算节点注入电流，再求解支路电流，最后求解节点电压，并以网络节点处的功率误差值作为收敛判据。

如逐支路算法，电压／电流迭代法、少网孔配电网潮流算法和直接法、回路分析法等。

(2)以有功功率P、无功功率Q和节点电压平方V2作为系统的状态变量，列写出系统的状态方程，并用牛顿-拉夫逊法求解该状态方程，即可直接求出系统的潮流解。

如Dist flow算法等。

2 配电网络潮流计算的难点1.数据收集在配电网络潮流计算中，网络数据和运行数据的完整性和精确性是影响计算准确性的一个主要因素。

对实际运行部门来说，要提供出完整、精确的配电网网络数据和运行数据是很难办到的，这主要有下面几个原因：(1)由于配电网网络结构复杂，特别是10KV及以下电压等级的配电网络，用户多且分散，不可能在每一条配电馈线及分支线上安装测量表计，使得运行部门很难提供完整、精确的运行数据。

(2)在实际配电网中，有部分主干线安装自动测量表计，而大部分配电网络只能通过人工收集网络运行数据，很难保证运行数据的准确性。

因此限制了配电网潮流计算结果的精确性，使得大多数计算结果只能作为参考资料，而不能用于实际决策。

2.负荷的再分配由于配电网络的网络结构复杂、用户设备种类繁多、极其分散、以及各种测量表计安装不全等原因，使得运行部门无法统计出每台配电变压器的负荷曲线，只能提供较准确的配电网络根节点上(即降压变压器低压侧母线出口处)总负荷曲线。

考虑需求响应的虚拟电厂双层优化调度河北省邯郸市056000摘要：由于人们的生活水平越来越高，对电能的需求也越来越大，为了解决矿物能源短缺问题，可再生能源已经成为人们普遍关心的问题。

此外，中国大部分地区的用电高峰时段较短，高峰时段较高，在短期“尖峰”时段增设发电设备，将会增加电网运行费用，造成不必要的经济损失。

通过对电力市场供需双方的关系，可以有效地缓解电力市场的尖峰用电，从而达到削峰的目的。

但由于电力系统中大多数用户的负载分布比较分散，很难将其作为电力系统的需求端直接投入到电网中，同时由于其输出功率波动大，因此将其纳入电网将会对电力系统的稳定性产生不利的影响。

虚拟发电厂（VPP）技术是利用先进的通讯及控制技术对电网进行集中管理，并利用最优的算法使其成为一个整体，以降低电网的峰谷差，从而促进可再生能源的消纳，降低矿物燃料的消耗，改善环境品质。

关键词：虚拟电厂；双层优化；需求响应1.虚拟电厂概述建立虚拟电厂是实现可再生能源消纳、实现高比例清洁能源发展的关键途径。

虚拟电力公司（VPP）是一种以市场为基础，通过市场推动企业间的交流与协作，为企业提供有效的电力服务。

在此基础上，根据不同的实际情况和学者对虚拟电厂的认识，提出了不同的概念和定义。

虚拟发电厂是分布式发电、可控负荷和分布式存储装置的有机结合，通过调控、通信技术对各种 DER进行整合，通过先进的控制技术，将分布式能源、可控负荷、分布式存储装置结合起来，从而达到对电力系统的有效利用，提高电力的可靠性，降低对电网的影响。

VPP可以将需求方的资源聚集起来，减少高峰时段的用电，从而形成一个虚拟的电力输出，并和可再生能源的发电系统共同参与到电网的削峰填谷中，从而增加 VPP的效益。

目前，国内外的许多学者都在对 VPP的需求端进行了一些探讨。

本文[1]提出一种基于需求响应的风力发电并网系统，该系统采用激励式需求响应 VPP模式，提高了系统的调度灵活性，从而提高了风力发电的效率；本文通过对风机、光伏和电动汽车的综合分析，证明了基于成本的需求反应可以缓解电力消耗曲线，而电动汽车和激励需求反应则可以提高运行收入。

3.2电⼒⽹络潮流计算的⼿算解法要点3.2 电⼒⽹络潮流计算的⼿算解法3.2.1 电压降落及功率损耗计算1.电⼒线路上功率损耗与电压降落的计算电压是电能质量的指标之⼀，电⼒⽹络在运⾏过程中必须把某些母线上的电压保持在⼀定范围内，以满⾜⽤户电⽓设备的电压处于额定电压附近的允许范围内。

电⼒系统计算中常⽤功率⽽不⽤电流，这是因为实际系统中的电源、负荷常以功率形式给出，⽽电流是未知的。

当电流（功率）在电⼒⽹络中的各个元件上流过时，将产⽣电压降落，直接影响⽤户端的电压质量。

因此，电压降落的计算为分析电⼒⽹运⾏状态所必需。

电压降落即为该⽀路⾸末两端电压的相量差。

对如图3.3所⽰系统，已知末端相电压及功率求线路功率损耗及电压降落，设末端电压为，末端功率为，则线路末端导纳⽀路的功率损耗为（3-8）则阻抗末端的功率为阻抗⽀路中损耗的功率为，（3-9）阻抗⽀路始端的功率，线路始端导纳⽀路的功率损耗，（3-10）线路⾸端功率，从式（3-8）-（3-10）可知，线路阻抗⽀路有功功率和⽆功功率损耗均为正值，⽽导纳⽀路的⽆功功率损耗为负值，表⽰线路阻抗既损耗有功功率⼜损耗⽆功功率，导纳⽀路实际上是发出⽆功功率的（⼜称充电功率），充当⽆功功率源的作⽤，也就是说，当线路轻载运⾏时，线路只消耗很少的⽆功功率，甚⾄会发出⽆功功率。

⾼压线路在轻载运⾏时发出的⽆功功率，对⽆功缺乏的系统可能是有益的，但对于超⾼压输电线路是不利的，当线路输送的⽆功功率⼩于线路的充电功率时，线路始端电压可能会低于末端电压，或者说末端电压⾼于始端电压，若末端电压升⾼可能会导致绝缘的损坏，是应加以避免的，⼀般为了防⽌末端电压的升⾼，线路末端常连接有并联电抗器在轻载或空载时抵消充电功率，避免出现线路电压过⾼。

从以上推导不难看出，要想求出始端导纳⽀路的功率损耗及，必须先求出始端电压。

设与实轴重合，即，如图3-4所⽰。

图3-3 电⼒线路的电压和功率图3-4 利⽤末端电压计算始端电压则由(3-11)令则有（3-12）从⽽得出功率⾓在⼀般电⼒系统中，远远⼤于δU，也即电压降落的横分量的值δU对电压U1的⼤⼩影响很⼩，可以忽略不计，所以同理，也可以从始端电压、始端功率求取电压降落及末端电压和末端功率的计算公式。

配电网潮流计算及重构算法的研究一、概述随着能源转型的推进和智能电网的快速发展，配电网作为电力系统的末端环节，其安全、稳定、经济运行的重要性日益凸显。

配电网潮流计算及重构算法作为配电网优化运行的关键技术，对于提高配电网的供电质量、降低网损、增强系统的稳定性等方面具有重要意义。

深入研究配电网潮流计算及重构算法具有重要的理论价值和实际应用价值。

配电网潮流计算是分析配电网运行状态的基础，通过计算各节点的电压、电流、功率等参数，可以评估配电网的运行状态，为配电网的优化调度和故障分析提供依据。

配电网重构算法则是通过改变配电网中开关的状态，调整配电网的运行方式，以达到优化配电网运行的目的。

配电网重构不仅可以改善电压质量、降低网损，还可以提高配电网的供电可靠性和经济性。

目前，配电网潮流计算和重构算法的研究已取得了一定的成果，但仍存在一些挑战和问题。

例如，配电网结构复杂，节点众多，如何快速准确地完成潮流计算是一个难题配电网重构涉及到开关的优化组合问题，如何设计高效的算法来求解最优解也是一个亟待解决的问题。

本文旨在深入研究配电网潮流计算及重构算法，探讨其理论和方法，为配电网的优化运行提供理论支持和技术指导。

本文首先介绍配电网潮流计算的基本原理和方法，包括前推回代法、牛顿拉夫逊法等，并分析各种方法的优缺点和适用范围。

重点研究配电网重构算法的设计和实现，包括基于遗传算法、粒子群算法等智能优化算法的重构算法，以及基于启发式规则的重构算法等。

通过对不同算法的性能进行比较和分析，本文旨在找到一种既快速又准确的配电网重构算法，以提高配电网的运行效率和供电质量。

本文将通过仿真实验和实际案例分析，验证所提算法的有效性和可行性，为配电网的优化运行提供实际的技术支持和解决方案。

同时，本文还将对配电网潮流计算及重构算法的未来发展趋势进行展望，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。

1. 配电网的重要性及其在电力系统中的位置配电网是电力系统中的重要组成部分，负责将电能从高压输电网或变电站输送到终端用户。

电力系统潮流计算简介潮流计算是电力系统运行与规划的重要工具之一，通过计算电力系统的节点电压、电流及功率等参数，可以帮助分析系统运行情况、评估电力系统稳定性和负荷承载能力，为电力系统的优化调度和规划提供依据。

本文将介绍电力系统潮流计算的基本原理和常用的数学模型，以及潮流计算的算法和应用。

潮流计算原理电力系统潮流计算是基于电力系统的等值模型进行的。

等值模型是对电力系统的复杂网络结构进行简化，将电力系统视为一组节点和支路的连接图，其中节点表示发电机、变电站和负荷，支路表示输电线路和变压器。

潮流计算的基本原理是基于电力系统的基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，通过建立节点电压和支路功率的方程组，求解方程组得到电力系统中各节点的电压、电流和功率等参数。

潮流计算可以分为直流潮流计算和交流潮流计算两种。

直流潮流计算直流潮流计算是将电力系统视为直流电路进行计算的一种简化方法。

在直流潮流计算中，各节点的电压都假设为恒定值，即不考虑电力系统中的电压相位差。

直流潮流计算可以较准确地求解直流电力系统的电压、电流和功率等参数，常用于电力系统的初始计算和短期稳定计算。

交流潮流计算交流潮流计算是对电力系统的交流特性进行全面分析和计算的方法。

交流潮流计算考虑电力系统中的电压相位差和电流谐波等复杂情况，可以求解电力系统中各节点的电压、电流和功率的精确值。

交流潮流计算常用于电力系统长期稳定计算、电力系统规划和扩容的分析等。

潮流计算数学模型潮流计算的节点电压方程假设电力系统有n个节点，节点的电压记为V i，支路的电流记为I ij。

根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，可以得到潮流计算中节点电压方程的数学表达式：$$ \\begin{align*} \\sum_{j=1}^n Y_{ij}V_j &= I_{i}^g - I_{i}^l \\\\ I_{ij} &= Y_{ij} (V_i - V_j) \\end{align*} $$其中，Y ij是节点i和节点j之间的支路导纳，I i g和I i l分别是节点i的总注入电流和总负荷电流。

电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU -EPSA第33卷第1期2021年1月Vol.33No.1Jan.2021考虑集群划分的配电网网源协调扩展规划丁明，张宇，毕锐，胡迪，高平平（合肥工业大学安徽省新能源利用与节能重点实验室，合肥230009）摘要：针对接入高渗透率分布式能源配电网扩展规划与分布式电源选址定容问题，建立了考虑集群划分的网源协调扩展规划模型。

模型分为两层：上层规划模型以年综合成本最小为目标，优化网络结构、分布式电源接入位置及容量；下层集群划分模型以兼顾电气距离和有功平衡度的综合性能指标为依据，对上层规划结果进行集群划分；优化过程交互迭代进行，采用改进混合遗传算法求解。

以某10kV 配电系统为例，验证了该网源协调双层优化模型的有效性。

关键词：配电网；分布式电源；集群划分；选址定容；扩展规划中图分类号：TM715文献标志码：A文章编号：1003-8930（2021）01-0136-08DOI ：10.19635/ki.csu -epsa.000487Coordinated Grid -power Source Expansion Planning for Distribution Network Considering Cluster PartitionDING Ming ，ZHANG Yu ，BI Rui ，HU Di ，GAO Pingping（Anhui Province Renewable Energy Utilization and Energy Saving Laboratory ，Hefei University ofTechnology ，Hefei 230009，China ）Abstract:Aimed at the expansion planning for distribution network with high -permeability distributed energy as well as the problem of siting and sizing of distributed generations （DGs ），a coordinated grid -power source expansion planning model is established considering cluster partition.This model is divided into two layers.In the upper -layer ，the network structure and the locations and capacities of integrated DGs are optimized with the objective of the lowest annual com⁃prehensive costs.In the lower -layer ，the cluster partition model is based on the comprehensive performance indiceswhich take into account both the electrical distance and active power balance degree ，and cluster partition is performed on the planning results of the upper -layer.The optimization process is interactive and iterative ，and the planning model is solved by using the improved hybrid genetic algorithm.A 10kV distribution network is taken as an example ，and re⁃sults verify the effectiveness of the proposed coordinated bi -level optimization model for grid -power sources.Keywords:distribution network ；distributed generation （DG ）；cluster partition ；siting and sizing ；expansion planning配电扩展规划是指在满足负荷增长和网络现状的情况下，对线路、变电站等进行优化，以满足用户的用电需求[1]。

电力数据网双平面网络架构研究作者：马莹李炜来源：《科技视界》 2013年第23期马莹李炜（湖北省电力公司检修公司，湖北武汉 430050）【摘要】根据国家电网公司的相关技术规范，包括《国家电网调度数据网第二平面网络（SPDnet-2）总体技术方案》、《国家电网调度数据网接入网技术规范（试行）》等文件的要求，本文提出了省调、备调、及地调的骨干网两个平面（第一和第二平面）的建设、省调接入网建设（包括所有省调直调厂站和省内网调厂站）、地调接入网改造以及相关应用系统改造电力数据网网络架构优化方案，对如何保证数据网的可靠性作出了探讨。

【关键词】电力数据网；第一平面；第二平面；骨干网０引言随着通信技术和网络技术的发展，国家电力调度数据网的全面建设，电力控制系统越来越多向着网络化的方向发展。

电力调度数据网是电网调度自动化、管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段，是电力系统的重要基础设施，在电力生产及管理中的发挥着不可替代的作用。

电力调度数据网目前面临着如何保证网络在日常运行中不因部分节点故障导致业务的中断、保证网络N-1的可靠性、保证网络升级改造的过程中业务的永续等重大挑战。

因此对于采用双平面的组网架构需求日益强烈。

在原有主干调度数据网的基础之上，新建一张网络形成冗余双网结构。

１网络架构及原则根据《国家电网调度数据网完善扩充工程设计与实施技术方案》调度数据网将由两级网络组成，即由国调、网调、省调、地调节点组成骨干网，由各级调度直调厂站组成相应接入网，其中县调（区调）纳入地调接入网络。

各接入网应通过两点分别接入骨干网双平面，各接入网间不设直接互联路由，若有业务需求，应通过骨干网连接。

电力调度数据网的广域网组网要求采用MPLS/VPN技术实现。

并且要求网络按安全等级划分VPN来实现传输业务的分区。

第一、二平面骨干网承载的业务按照安全区分区要求划分为3个VPN，分别为安全区1 VPN、安全区2 VPN和应急VPN，省调和各地调接入网按照安全区分区要求划分为2个VPN，分别为安全区1 VPN和安全区2 VPN。

2010年6月电工技术学报Vol.25 No. 6 第25卷第6期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jun. 2010 大规模电力系统潮流计算的分布式GESP算法谢开贵张怀勋胡博曹侃吴韬（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆 400044）摘要并行计算已成为大规模电力系统潮流计算的主要解决手段之一。

为取得良好的加速比和并行效率，基于GESP算法提出牛顿法潮流迭代计算中修正方程组求解的分布式算法。

根据方程组系数矩阵非零元主要集中于对角带及高度稀疏等特点确定系数矩阵的超节点，并基于超节点的边界将潮流修正方程组的系数矩阵划分为若干个2维分块矩阵以实现分块存储；在LU分解过程中，采用基于流水线技术的并行分解以提高计算速度。

本文设计了分布式存储的并行算法，并应用于3000、12000节点等不同规模电力系统。

算例分析表明：在网络达到2000节点及以上时，本文分布式GESP法相对串行计算和分布式牛顿法具有明显的速度优势。

关键词：大规模电力系统潮流计算GESP算法分块存储流水线技术分布式计算中图分类号：TM744Distributed Algorithm for Power Flow of Large-Scale PowerSystems Using the GESP TechniqueXie Kaigui Zhang Huaixun Hu Bo Cao Kan Wu Tao（State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology,Chongqing University Chongqing 400044 China）Abstract Parallel computing has become a main means for power flow calculation of large scale power systems. In order to obtain a good parallel speedup and efficiency, this paper presents a distributed algorithm for solving linear power flow iteration equations of Newton approach using the Gaussian-elimination-with-static-pivoting (GESP) technique. Based on the properties of coefficient matrix, such as the diagonal dominance and sparsity, the matrix can be split into several blocks with a smaller dimension and be stored in a distributed storage mode based on the border of supernodes. The pipeline technique is also used to improve the efficiency of the proposed algorithm in the process of parallel LU decomposition. A distributed parallel algorithm for power flow is designed and applied to a number of power systems, such as the power systems with 3000 and 12000 buses. Results of case studies show that the major advantage of the proposed distributed GESP method is that it has better parallel speedup and efficiency when a power system has more than 2000 buses.Keywords：Large-scale power systems, power flow calculation, GESP algorithm, distributed storage, pipeline technique, distributed computing1引言区域大电网互联的运行行为分析以及电力市场环境下实时安全控制和潮流跟踪计算，都迫切需要快速地进行大规模甚至超大规模电力潮流计算[1]。