配電匹配潮流技術(shù)及其在配電狀態(tài)估計中的應(yīng)用研究

楊雪紅　呂高賓　羅衍坤

摘要：配電系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)中直接面向用戶的重要環(huán)節(jié)，通過對這一環(huán)節(jié)加強管理，能夠有效地提高供電可靠性、降低損耗。對配電狀態(tài)進行準(zhǔn)確的估計是為了能夠更好地對配電系統(tǒng)進行決策分析，但是由于配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及自動化水平的限制，實時量測數(shù)據(jù)匱乏且準(zhǔn)確度不夠，對狀態(tài)估計的準(zhǔn)確性造成了很大影響。

關(guān)鍵詞：匹配潮流技術(shù)；狀態(tài)估計；偽量測

與成熟的輸電系統(tǒng)相比，配電系統(tǒng)的拓?fù)錁邮健⒇?fù)荷結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，同時量測系統(tǒng)較為落后，導(dǎo)致在實際的狀態(tài)估計過程中，實時量測數(shù)據(jù)匱乏，且沒有冗余，狀態(tài)估計難度很大，如何解決這一問題也就顯得尤為重要。在下面文章里，我們將對匹配潮流技術(shù)進行簡單了解，并對重點對其在配電狀態(tài)估計中的應(yīng)用進行分析。

1 配電狀態(tài)估計

配電狀態(tài)估計，是配電管理系統(tǒng)中的一個軟件系統(tǒng)，主要是起到對采集數(shù)據(jù)的加工作用，提供一個時間點的系統(tǒng)狀態(tài)。在配電狀態(tài)估計過程中，使用的量測數(shù)據(jù)主要包括實時量測、偽量測及零注入量測三類，由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形勢、負(fù)荷組成復(fù)雜多樣，量測的難度很大，所以在狀態(tài)估計過程中一般都是應(yīng)用節(jié)點注入功率偽量測。這些量測數(shù)據(jù)的誤差往往較大，無法直接應(yīng)用在狀態(tài)估計中，需要先對這些數(shù)據(jù)進行合理修正。

2 匹配潮流技術(shù)

潮流技術(shù)作為配電網(wǎng)分析的重要基礎(chǔ)，主要是應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度、運行分析、設(shè)計規(guī)劃等多個方面。由于配電系統(tǒng)運動信息不足，一些重要的運行狀態(tài)信息無法可靠掌握，數(shù)據(jù)匱乏的同時，量測系統(tǒng)沒有冗余，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性低。在這里我們所分析的匹配潮流技術(shù)恰好是針對缺少冗余量測的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過迭代不斷將功率失配量按分配系數(shù)進行再分配，修正偽量測負(fù)荷數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次潮流迭代優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。這種嚴(yán)格匹配實時量測的配電潮流為配電匹配潮流。下面我們以輻射狀配電網(wǎng)為例建立虛擬量測數(shù)學(xué)模型對這一技術(shù)進行分析：

圖1中，P_r、Q_r是在出線開關(guān)處注入的有功、無功功率，電壓量測值用V_Mi（i∈C_MV）標(biāo)示，有功和無功功率量測值用（（P_Mi，Q_Mi，i∈C_MP））表示，偽功率值以饋線首端量測減去5%的網(wǎng)損，以變壓器容量比值進行分配，標(biāo)示為（P_Mi，Q_Mi；i∈（C-C_MP）），其中C_MV指的是具有電壓量測的節(jié)點集，C_MP是具有功率量測的節(jié)點集，C為饋線節(jié)點集。

狀態(tài)估計是廣義的潮流技術(shù)，而潮流計算只是狀態(tài)估計的一種特殊情況。為了使量測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，就需要對其進行優(yōu)化，目前加權(quán)最小二乘法是狀態(tài)估計中應(yīng)用最為廣泛的一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，是通過最小化誤差的平方和找到一組數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。下面我們針對圖1，建立虛擬量測目標(biāo)函數(shù)：

PI_i（V，θ）代表流出節(jié)點i的各支路潮流和；PL（V，θ）代表配電網(wǎng)總的網(wǎng)絡(luò)損耗，△P_Σ，△Q_Σ分別為邊界有功、無功功率失配量，α_i，β_i為節(jié)點i的邊界功率失配量分配參數(shù)。

上述方程式中一組分配參數(shù)（α_i，β_i）對應(yīng)一種配電匹配潮流分布，通過改變分配參數(shù)就可以得到一族配電匹配潮流分布，要想得到準(zhǔn)確可靠的匹配潮流分布，就需要確定準(zhǔn)確的分配系數(shù)。

3 在配電狀態(tài)估計中的應(yīng)用

通過在配電網(wǎng)絡(luò)中進行合理的量測配置，能夠用簡單的匹配潮流技術(shù)取代狀態(tài)估計。常見的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。首先假設(shè)上圖中的配電網(wǎng)絡(luò)實時量測無冗余，這樣就可以將整個配電網(wǎng)絡(luò)分解為與圖1類似的多個配電單元，這些小的配電單元均能滿足前文中提到的特殊的量測配置及匹配潮流技術(shù)方法，這樣我們就可以將整個大的配電網(wǎng)的狀態(tài)估計問題分解為多個配電單元的匹配潮流問題。

在計算過程中，依照其結(jié)構(gòu)及次序，我們將配電根節(jié)點作為父單元r₁，其下一級設(shè)定為子單元r₂，子單元的下一級設(shè)定為孫單元r₃。首先對父單元進行匹配潮流計算，將計算得到的的等值負(fù)荷節(jié)點的電壓值作為子單元的根節(jié)點電壓，對子單元進行匹配潮流計算得出其等值電壓值作為孫單元的根節(jié)點電壓，這樣依次將各個子單元、孫單元的匹配潮流計算完成。對于配電網(wǎng)中未能得到實時量測的負(fù)荷，在計算時可使用預(yù)報的數(shù)據(jù)作為偽量測。

在匹配潮流計算時，當(dāng)有實時量測數(shù)據(jù)時要嚴(yán)格匹配，而沒有實時量測數(shù)據(jù)的要根據(jù)狀態(tài)估計的意義進行合理的調(diào)整。經(jīng)研究分析，我們可以認(rèn)識到通過上述方法能夠在配電系統(tǒng)有實時量測信息，但無冗余這一情況下，憑借匹配潮流技術(shù)取代原有的配電狀態(tài)估計。

4 結(jié)束語

隨著電力行業(yè)改革的深化，配電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)中重要的組成部門，加強配電管理力度，提高管理水平成為供電公司重要的日常工作。通過上面文章里，我們對配電狀態(tài)估計及匹配潮流技術(shù)有了一定的認(rèn)識，并對如何應(yīng)用匹配潮流取代狀態(tài)估計進行了深入探討。隨著相關(guān)理論及技術(shù)的發(fā)展，在對配電網(wǎng)絡(luò)進行狀態(tài)估計將會更加簡便，決策水平也將進一步提高。