電力潮流

電力系統在運行時，在電源電勢激勵作用下，電流或功率從電源通過系統各元件流入負荷，分布於電力網各處，稱為電力潮流。

電力系統是把很多的發電站、變電站、配電站、用戶等由輸電和配電線路連線起來形成的系統。電力(電能)是在發電站產生的，其中一部分在經過輸配電線、變電站和配電站時損失掉，剩下的絕大部分最終被負荷所消耗。這樣，從電的產生到被負荷消耗，流過哪一路輸配電線，各節點電壓是多少，這種計算就叫電力潮流計算或簡稱潮流計算。

基本介紹

• 中文名：電力潮流
• 外文名：power flow
• 作用：電源電勢激勵作用
• 計算名稱：電力潮流計算或簡稱潮流計算
• 用途：檢驗現代電力系統的運行是否合理
• 影響：未來進行電力系統擴展規劃設計
• 計算方法：迴路方程式和功率方程式

概述

電力潮流計算是檢驗現代電力系統的運行是否合理的依據，在未來進行電力系統擴展規劃設計時起著極其重要的作用。

潮流計算是電力系統分析中的一種最基本的計算，它的任務是對給定的運行條件確定系統的運行狀態，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網路中的功率分布及功率損耗等。潮流計算就是採用一定的方法確定系統中各處的電壓和功率分布。電力系統的潮流計算和一般交流電路計算的根本差別在於：後者已知和待求的是電壓和電流，而前者是電壓和功率。正是這一差距決定了二者本質上的不同：描述交流電路特性的方程，如節點電壓、迴路電流方程，是線性方程，而描述電力系統穩態運行特性的潮流方程是非線性方程。

配電網潮流

運行特點及要求

配電系統相對於輸電系統來說，由於電壓等級低、 供電範圍小，但與用戶直接相連，是供電部門對用戶服務的視窗，因而決定了配電網運行有如下特點和基本要求：

（1）10kV 中壓配電網在運行中，負荷節點數多，一般無表計實時記錄負荷，無法套用現在傳統潮流程式進行配電網的計算分析，要求建立新的數學模型和計算方法。

配電網潮流

（2）隨著鐵道電氣化和用戶電子設備的大量使用，配電網運行中有大量的諧波源、 三相電壓不平衡、電壓閃變等污染，要求準確測量與計算配電網中的諧波分布，從而採取有效措施抑制配電網運行中的諧波危害。

（3）由於環保條件日趨嚴格的制約，要求配電網運行能制定不影響城市綠化、 防火、 防爆、 防噪音等技術和組織措施，以便減少配電網運行對環境的污染。

（4）隨著用戶對供電可靠性和電壓質量指標的提高，還靠人工操作已無法適應，要求現代配電網運行不斷提高自動化、 智慧型水平。

由於 “電能” 作為商品將進入市場競爭，要求各電力公司採用需求側管理和用戶電力技術，以降低配電網運行的線損和年運行費用，提高運行的經濟性，從而降低配電成本，並積極協助用戶搞好最佳化用電計畫、 節約用電，推行戰略節電和戰略負荷開拓等積極措施，進一步提高對用戶的服務質量和降低供電企業的成本，達到雙方受益的目的。

計算

1. 研究狀況

近年來，許多學者對配電網潮流計算展開大量的研究，並出現了許多計算配電網潮流的算法，主要有：迴路阻抗法，改進牛頓法，快速解耦法，前推回代法等。雖然有些學者為使快速解偶法能在配電網得以繼續套用而做了一些有益的嘗試，如套用補償技術處理R/X 較大的線路，但這些方法都使算法複雜化，喪失了快速解偶算法原有的計算量小，收斂可靠的特點。

潮流算法多種多樣，但一般要滿足四個基本要求：

I.可靠收斂；

II.計算速度快；

III.使用方便靈活；

IV.記憶體占用量少。

他們也是對潮流算法進行評價的主要依據。前推回代法在配電網潮流計算中簡單實用，所有的數據都是以矢量形式存儲，因此節省了大量的計算機記憶體，對於任何種類的配電網只要有合理的 R/X 值，此方法均可保證收斂。算法的穩定性也是評價配電網潮流算法的重要指標。一般情況下，算法的收斂階數越高，算法的穩定性越差，前推回代法的收斂階數為一階，因此它也具有較好的穩定性。比較而言，前推回代法充分利用了網路呈輻射狀的結構特點，數據處理簡單，計算效率高，具有較好的收斂性，被公認是求解輻射狀配電網潮流問題的最佳算法之一。

2.計算意義

配電網潮流計算是配電網網路分析的基礎，配電網的網路重構、 故障處理、 無功最佳化和狀態估計等都需要用到配電網的潮流數據。 由於配電網結構特點都是開環運行的，配電網呈輻射狀，配電線路的電阻電抗比(R/X)較大，利用常規方法進行潮流計算會導致算法不收斂，而前推回代法是線性收斂的，解決了潮流計算收斂難的問題。 近年來，開發配電管理系統（DMS）成為人們研究的熱點。 而配電網潮流計算作為 DMS 的高級套用軟體之一，更是整個問題研究和分析的基礎。

3.基本要求

配電網潮流計算一般要滿足下例要求：

（1）可靠收斂；

（2）計算速度快；

（3）使用方便靈活，調整和修改容易，可滿足工程上的需求；

（4）記憶體占用量少等。

由於配電網的收斂問題比較突出，因此對配電網的潮流算法進行評價時，首先看它能否可靠收斂，然後在此基礎上可對計算提出進一步要求。

4.計算特點

電力系統潮流計算的研究自 1956 年由 J．B．Word 開始，至今歷久不衰。從早期的高斯—塞德爾疊代法發展到牛頓—拉夫遜法，進而到國內外廣泛採用的 PQ 分解法，人們已研究出了多種有效的潮流計算方法，然而這些一般都只適用於輸電網路中，對於低壓配電網路其套用效果並不顯著，這是因為低壓配電網與輸電網不同，低壓配電網網路拓撲呈輻射狀，線路的 R /X 很高，一般而言，配電系統正常運行時呈樹狀結構。這些特點導致網路的雅克比矩陣的條件數變大，出現不同程度的病態特徵，傳統的潮流計算方法如牛頓 & 拉夫遜法及快速解偶法在計算配電網潮流時收斂效率不高。 配電網的網路呈輻射狀，在正常運行時是開環的，只有在倒換負荷或發生故障時才有可能出現短時環網運行情況。 配電網的另一個特點是配電線路的總長度較輸電線路要長且分支較多，配電線的線徑比輸電網細導致配電網的 R /X 較大，且線路的充電電容可以忽略。由於配電線路的 R /X 較大，無法滿足 P、 Q 解耦條件 Gi < Bi，所以在輸電網中常用的快速解耦算法（FDLF）在配電網中則難以收斂。

輸電線路

分析意義

(1)在電網規劃階段，通過潮流計算，合理規劃電源容量及接入點，合理規劃網架，選擇無功補償方案，滿足規划水平的大、小方式下潮流交換控制、調峰、調相、調壓的要求。

(2)在編制年運行方式時，在預計負荷增長及新設備投運基礎上，選擇典型方式進行潮流計算，發現電網中薄弱環節，供調度員日常調度控制參考，並對規劃、基建部門提出改進網架結構，加快基建進度的建議。

電網規劃

(3)正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算，用於日運行方式的編制，指導發電廠開機方式，有功、無功調整方案及負荷調整方案，滿足線路、變壓器熱穩定要求及電壓質量要求。

(4)預想事故、設備退出運行對靜態安全的影響分析及作出預想的運行方式調整方案。

總結為在電力系統運行方式和規劃方案的研究中，都需要進行潮流計算以比較運行方式或規劃供電方案的可行性、可靠性和經濟性。同時，為了實時監控電力系統的運行狀態，也需要進行大量而快速的潮流計算。因此，潮流計算是電力系統中套用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算。在系統規劃設計和安排系統的運行方式時，採用離線潮流計算：在電力系統運行狀態的實時監控中，則採用線上潮流計算。