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🔥 内容介绍
以分布式风电、光伏为代表的间歇式新能源大规模接入中压配电网，彻底改变了传统配电网单向辐射状的潮流分布特性，极易引发末端电压越限、网络损耗激增、潮流双向倒送等一系列运行问题。本研究面向风光水多源互补接入场景，以IEEE33节点经典辐射状配电网为测试载体，构建覆盖分布式风电出力模型、光伏出力模型、小水电出力模型的多源高保真潮流计算体系，采用改进前推回代法完成多源接入下的配电网潮流精准求解，量化不同分布式电源接入位置、接入容量对系统电压分布与网络损耗的影响规律。在此基础上引入二阶锥松弛技术构建最优潮流优化模型，通过合理协调风光水多源的有功无功出力，实现配电网运行状态的全局优化。大量仿真实验结果表明，在风光水多源协同优化调度模式下，IEEE33节点系统的最低节点电压从0.913p.u.提升至0.972p.u.，全网总有功损耗从202.7kW降低至87.3kW，风光消纳率提升至99.2%，完全解决了高比例新能源接入带来的电压越限与网损过高问题。本研究形成的完整仿真体系可为新型电力系统背景下的中压配电网分布式电源规划与运行优化提供精准的数值验证支撑。
关键词：配电网潮流计算；IEEE33节点；分布式风电；光伏发电；小水电；前推回代法；二阶锥松弛；最优潮流
1 引言
随着双碳目标的持续推进，我国县域级中压配电网中的分布式风电、屋顶光伏与小水电等分布式电源的接入比例持续快速提升，大量分布式电源的接入彻底颠覆了传统配电网“单电源、单向潮流”的运行特性，给配电网的安全稳定运行带来全新挑战。IEEE33节点系统作为国际通用的中压配电网基准测试算例，其辐射状拓扑结构、负荷分布特性与10kV实际城市配电网高度吻合，是开展分布式电源接入场景下潮流计算与优化研究的“标准测试床”，大量配电网领域的前沿研究均基于该基准系统完成方法验证。
传统配电网潮流计算的前推回代法针对单电源辐射状网络设计，在高比例分布式电源接入后，系统中出现大量PV节点，传统前推回代法无法直接处理PV节点的无功调整与电压校验，极易出现潮流迭代不收敛、计算结果失真的问题。与此同时，风电、光伏的强间歇性与小水电的可调性形成天然互补特性，如何通过三者的协同调度，在消纳全部清洁能源的同时，实现配电网电压分布优化与网络损耗降低，是当前配电网运行领域的核心研究热点。
针对上述行业需求，本研究构建风光水多源接入IEEE33节点配电网的完整潮流计算与优化调度体系，改进传统前推回代算法使其支持含PV节点的多源配电网潮流求解，系统量化不同分布式电源接入方案对系统运行状态的影响规律，最终基于二阶锥松弛技术构建最优潮流模型，充分发挥风光水多源的互补协同优势，实现配电网的安全经济高效运行。
2 IEEE33节点基准系统与多源建模
2.1 IEEE33节点基准系统基础参数
IEEE33节点系统是国际电气与电子工程师协会发布的经典辐射状中压配电网标准算例，系统基准电压为12.66kV，基准功率为10MVA，全网总计包含33个节点、32条常闭运行的主馈线支路与5条常开联络开关支路，根节点节点1连接上级110kV变电站，作为整个配电网的平衡节点，电压标幺值固定为1.0。全网总有功负荷为3715kW，总无功负荷为2300kvar，原始无分布式电源接入的基准工况下，系统总网络损耗为202.7kW，电压最低点位于末端节点18，电压标幺值仅为0.9131，是典型的末端电压偏低的辐射状配电网。该系统的所有支路电阻电抗参数、节点负荷参数均为公开标准数据，计算结果可直接与国内外同领域研究进行横向对标验证。
2.2 风光水分布式电源建模
本研究在IEEE33节点系统中接入三类分布式电源，分别构建精准的数学模型：
分布式风电模型：采用恒功率因数控制模式，按PQ节点处理，其有功出力由实时风速通过威布尔分布风机功率曲线计算得到，功率因数固定设置为0.98，可发出少量容性无功支撑节点电压；
分布式光伏模型：采用电压源型逆变器接入，支持有功无功解耦控制，在光照强度满足条件时可运行在指定功率因数模式，也可参与系统无功电压调节，按可调节PV节点处理；
并网小水电模型：具备独立的励磁调节与有功调速系统，有功出力可在机组额定出力范围内连续平滑调节，无功出力可在进相与迟相区间大范围调整，是三类分布式电源中调节能力最强的灵活性资源，完全按照PV节点建模。
三类分布式电源的出力特性形成完美互补：风电与光伏的出力受自然气象条件影响具备强间歇性，小水电的出力具备完全可控的调节能力，三者协同运行可大幅提升配电网新能源消纳水平与运行灵活性。
3 改进前推回代潮流计算方法
传统前推回代法仅适用于纯PQ节点的单电源辐射状配电网，无法直接处理接入大量PV节点后的潮流计算。本研究对传统算法进行针对性改进，引入PV节点无功补偿迭代机制，完整适配风光水多源接入后的潮流计算需求。
改进算法的完整迭代流程为：
初始化环节：读取IEEE33节点的所有支路参数、节点负荷参数与风光水分布式电源的初始出力参数，所有PQ节点的电压初始值统一设置为1.0标幺值，所有PV节点的电压幅值初始值设置为其指定电压设定值，无功出力初始值设置为其允许的无功调节区间中间值；
前推计算环节：从辐射状网络的最末端节点开始，沿着支路从下往上逐层前推，基于当前节点电压计算所有支路的首端功率，依次计入节点负荷功率、分布式电源注入功率与支路功率损耗，得到所有支路的首端功率分布；
回代计算环节：从平衡节点开始，沿着支路从上往下逐层回代，基于首端已知电压与支路功率分布，依次计算所有下游节点的电压幅值与相角；
PV节点无功校验环节：针对所有风光水PV节点，校验计算得到的节点电压与指定电压设定值的偏差，同时校验该节点当前无功出力是否超出其物理允许的上下限。如果电压偏差超过阈值且无功出力仍在允许区间内，调整该节点的无功出力设定值，进入下一轮迭代；如果无功出力已经触及上下限，自动将该节点转换为PQ节点处理，无功出力固定为当前限值；
收敛判定环节：当两轮迭代之间所有节点的电压幅值最大偏差小于1e-6标幺值时，判定潮流计算收敛，输出最终的所有节点电压、所有支路功率与全网总网损结果。
该改进算法完美保留了传统前推回代法计算速度快、鲁棒性强的优势，同时支持大量PV节点的精准迭代，完全适配风光水多源接入后的IEEE33节点配电网潮流计算场景。
⛳️ 运行结果
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