融合叶节点递归剪枝的前推回代潮流计算方法

doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.362

上海交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (4): 695-703.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.362

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融合叶节点递归剪枝的前推回代潮流计算方法

陈锋升¹, 王梓耀², 于仲安¹(), 吴毓峰², 潘振宁², 孙立明³

¹ 江西理工大学电气工程与自动化学院, 江西赣州 341000
² 华南理工大学电力学院, 广州 510000
³ 广州水沐清华科技有限公司, 广州 510000

收稿日期:2024-09-19 修回日期:2024-11-30 接受日期:2025-01-09 出版日期:2026-04-28 发布日期:2026-04-29
通讯作者: 于仲安 E-mail:yza119@126.com
作者简介:陈锋升(1998—),硕士生,主要研究方向为配电网规划和图论.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(52207105);广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515011598);南方电网数字电网研究院科技项目(2100002022030304JF00077)

Back/Forward Sweep Power Flow Calculation Method with Leaf Nodes Recursive Pruning

CHEN Fengsheng¹, WANG Ziyao², YU Zhongan¹(), WU Yufeng², PAN Zhenning², SUN Liming³

¹ School of Electrical Engineering and Automation, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
² School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510000, China
³ Guangzhou Shuimu Qinghua Technology Co., Ltd., Guangzhou 510000, China

Received:2024-09-19 Revised:2024-11-30 Accepted:2025-01-09 Online:2026-04-28 Published:2026-04-29
Contact: YU Zhongan E-mail:yza119@126.com

1. 695-2024-362-附录.pdf(28446KB)

摘要/Abstract

摘要：

在“双碳”政策推动下,配电网面临海量分布式可再生能源接入带来的挑战,高效潮流计算分析成为应对这些挑战的关键手段.然而,现有的前推回代潮流计算方法在处理大规模节点配电网时,需要花费大量时间获得计算顺序和电抗矩阵,从而制约了潮流计算效率的提升.为此,提出一种融合叶节点递归剪枝的前推回代潮流计算方法.该方法充分利用配电网的拓扑特性,通过对叶节点实施递归剪枝,实现大规模配电网计算顺序的快速确定,同时获得对应的电抗矩阵,从而有效地提升潮流计算效率.仿真结果表明:相较于传统的分层类与搜索排序类前推回代法,求解效率更高,尤其在大规模配电网中,计算效率提升效果更为明显.

关键词: 可再生能源, 叶节点, 配电网, 前推回代, 潮流计算

Abstract:

With the promotion of the “dual carbon” goal, distribution networks are facing challenges posed by high penetration of distributed renewable energy. Efficient power flow analysis is thus essential for addressing these issues. However, existing back/forward power flow calculation methods are inefficient for large-scale networks, as determining the calculation sequence and constructing reactance matrix are extremely time-consuming. To solve this problem, a back/forward sweep power flow calculation method integrated with leaf nodes recursive pruning is proposed. By leveraging the topological characteristics of the distribution network, the method performs recursive pruning on leaf nodes to rapidly determine the calculation order for large-scale distribution networks with massive nodes. It also enables the efficient construction of the corresponding reactance matrix simultaneously, thereby effectively enhancing the efficiency of power flow calculations. Simulation results indicate that the proposed method outperforms existing layered and search-sorted back/forward power flow methods in terms of solution efficiency. The improvement is particularly pronounced for large-scale distribution networks, where the advantages are more evident.

Key words: renewable energy, leaf node, distribution network, back/forward sweep, power flow calculation

中图分类号:

TM744

陈锋升, 王梓耀, 于仲安, 吴毓峰, 潘振宁, 孙立明. 融合叶节点递归剪枝的前推回代潮流计算方法[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(4): 695-703.

CHEN Fengsheng, WANG Ziyao, YU Zhongan, WU Yufeng, PAN Zhenning, SUN Liming. Back/Forward Sweep Power Flow Calculation Method with Leaf Nodes Recursive Pruning[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2026, 60(4): 695-703.

图/表 9

表1

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表3

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图5

参考文献 27

[1]	陈维江, 靳晓凌, 吴鸣, 等. 双碳目标下我国配电网形态快速演进的思考[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(17): 6811-6818.
	CHEN Weijiang, JIN Xiaoling, WU Ming, et al. Thinking on the rapid evolution of distribution network form under the carbon peaking and carbon neutrality goals[J]. Proceedings of the CSEE, 2024, 44(17): 6811-6818.
[2]	李宏仲, 罗福新, 丁豪杰. 基于全纯嵌入的多时间断面潮流快速计算方法[J]. 电力自动化设备, 2024, 44(8): 193-200.
	LI Hongzhong, LUO Fuxin, DING Haojie. Fast power flow calculation method of multi-time section based on holomorphic embedding[J]. Electric Power Automation Equipment, 2024, 44(8): 193-200.
[3]	冉晴月, 林伟, 杨知方, 等. 基于可信深度神经网络的最优潮流计算方法[J]. 电工技术学报, 2024, 39(21): 6687-6699.
	RAN Qingyue, LIN Wei, YANG Zhifang, et al. Optimal power flow calculation based on a trustworthy deep neural network[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(21): 6687-6699.
[4]	徐永海, 薛超凡, 陶顺, 等. 电力系统谐波潮流计算方法综述[J]. 电测与仪表, 2023, 60(12): 1-10.
	XU Yonghai, XUE Chaofan, TAO Shun, et al. Review on harmonic power flow calculation method for power system[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2023, 60(12): 1-10.
[5]	徐震, 张大波, 杨贺钧, 等. 基于HHL算法的量子牛顿-拉夫逊法潮流计算[J]. 中国电机工程学报, 2025, 45(14): 5564-5577.
	XU Zhen, ZHANG Dabo, YANG Hejun, et al. Quantum Newton-raphson power flow computation based on HHL algorithm[J]. Proceedings of the CSEE, 2025, 45(14): 5564-5577.
[6]	冯卓诚, 姜彤, 万凯遥, 等. 基于节点电压方程拆解的交替迭代潮流算法[J]. 电网技术, 2023, 47(4): 1675-1681.
	FENG Zhuocheng, JIANG Tong, WAN Kaiyao, et al. An alternating iterative power flow algorithm based on bus voltage equation decomposition[J]. Power System Technology, 2023, 47(4): 1675-1681.
[7]	李卫东, 马俊, 胡幸集, 等. 城市综合能源网统一前推回代能流计算方法[J]. 电力自动化设备, 2022, 42(9): 1-8.
	LI Weidong, MA Jun, HU Xingji, et al. Unified energy flow calculation of back/forward sweep method in urban integrated energy system[J]. Electric Power Automation Equipment, 2022, 42(9): 1-8.
[8]	刘迪, 张强, 吕干云. 量子粒子群算法在配电网重构中的改进和应用[J]. 电测与仪表, 2022, 59(3): 58-65.
	LIU Di, ZHANG Qiang, LV Ganyun. Improvement and application of quantum-behaved particle swarm optimization in distribution network reconfiguration[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2022, 59(3): 58-65.
[9]	颜伟, 刘方, 王官洁, 等. 辐射型网络潮流的分层前推回代算法[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(8): 76-80.
	YAN Wei, LIU Fang, WANG Guanjie, et al. Layer-by-layer back/forward sweep method for radial distribution load flow[J]. Proceedings of the CSEE, 2003, 23(8): 76-80.
[10]	阳晓明, 吕红芳, 朱辉. 基于深度优先的前推回代算法配电网潮流分析[J]. 上海电机学院学报, 2019, 22(3): 166-172.
	YANG Xiaoming, LÜ Hongfang, ZHU Hui. Power flow analysis of distribution network based on depth-first back/forward sweep algorithm[J]. Journal of Shanghai Dianji University, 2019, 22(3): 166-172.
[11]	何武略, 韩静, 林震宇, 等. 基于RINSIM平台的电力系统潮流计算软件开发[J]. 电工技术, 2022(24): 246-248.
	HE Wulue, HAN Jing, LIN Zhenyu, et al. Power system flow calculation software development based on RINSIM platform[J]. Electric Engineering, 2022(24): 246-248.
[12]	武晓朦, 李晨晨, 党博. 基于改进二进制PSO配电网动态重构[J]. 西安石油大学学报(自然科学版), 2024, 39(4): 124-131.
	WU Xiaomeng, LI Chenchen, DANG Bo. Dynamic reconfiguration of distribution network based on improved binary particle swarm optimization algorithm[J]. Journal of Xi’an Shiyou University (Natural Science Edition), 2024, 39(4): 124-131.
[13]	张捷, 徐焰, 张学飞. 一种改进前推回代法的配电网潮流计算[J]. 四川电力技术, 2020, 43(3): 85-90.
	ZHANG Jie, XU Yan, ZHANG Xuefei. Power flow calculation of distribution network based on an improved forward/backward substitution method[J]. Sichuan Electric Power Technology, 2020, 43(3): 85-90.
[14]	张立梅, 唐巍. 计及分布式电源的配电网前推回代潮流计算[J]. 电工技术学报, 2010, 25(8): 123-130.
	ZHANG Limei, TANG Wei. Back/forward sweep power flow calculation method of distribution networks with DGs[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2010, 25(8): 123-130.
[15]	王斌, 黄彦全, 杨曦, 等. 含PV型分布式电源配电网的前推回代潮流计算[J]. 电气自动化, 2019, 41(2): 49-52.
	WANG Bin, HUANG Yanquan, YANG Xi, et al. Forward-backward sweep load flow calculation for distribution networks with PV distributed generation[J]. Electrical Automation, 2019, 41(2): 49-52.
[16]	孙浩, 李梅. 基于改进前推回代法的主动配电网潮流计算研究[J]. 绥化学院学报, 2022, 42(9): 156-160.
	SUN Hao, LI Mei. Research on power flow calculation of active distribution network based on improved forward-backward method[J]. Journal of Suihua University, 2022, 42(9): 156-160.
[17]	矫贺. 电力系统分裂法潮流及其应用研究[D]. 锦州: 辽宁工业大学, 2021.
	JIAO He. Research on diakoptics of power flow and its application in power system[D]. Jinzhou: Liao-ning University of Technology, 2021.
[18]	董张卓, 张倍倍, 刘魁, 等. 有源配电网新前推回代潮流计算方法[J]. 电力系统及其自动化学报, 2019, 31(12): 101-107.
	DONG Zhangzhuo, ZHANG Beibei, LIU Kui, et al. Novel backward/forward sweep power flow calculation method for active distribution network[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(12): 101-107.
[19]	牟晨东, 陈艳宁, 顾秀芳, 等. 基于PSS/E的风电场优化运行仿真及分析[J]. 分布式能源, 2019, 4(4): 35-40. doi: 10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2019.04.006
	MU Chendong, CHEN Yanning, GU Xiufang, et al. Simulation and analysis of wind farm optimization operation based on PSS/E[J]. Distributed Energy, 2019, 4(4): 35-40. doi: 10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2019.04.006
[20]	王皓月. 配电网合环稳定性分析及辅助决策研究[D]. 天津: 天津理工大学, 2020.
	WANG Haoyue. Study on stability analysis and aided decision-making of distribution network loop closing[D]. Tianjin: Tianjin University of Technology, 2020.
[21]	赵昱森. 基于前推回代法的含分布式电源配电网潮流计算[J]. 光源与照明, 2020(8): 62-64.
	ZHAO Yusen. Power flow calculation of distribution network with distributed generation based on forward and backward substitution method[J]. Lamps & Lighting, 2020(8): 62-64.
[22]	朱涛, 顾全, 赵川, 等. 含分布式电源的弱环配电网状态估计[J]. 应用科技, 2015, 42(4): 25-29.
	ZHU Tao, GU Quan, ZHAO Chuan, et al. State estimation for the weakly meshed distribution network with the distributed power[J]. Applied Science & Technology, 2015, 42(4): 25-29.
[23]	刘强, 张恩涛, 贺江龙, 等. 太阳能-地热能混合式发电系统的性能评价[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(6): 2109-2119.
	LIU Qiang, ZHANG Entao, HE Jianglong, et al. Performance evaluation of a hybrid solar-geothermal power generation system[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43(6): 2109-2119.
[24]	孙科, 陈天宇. 海洋潮流能发电技术研究现状与趋势[J]. 船舶工程, 2024, 46(1): 16-27.
	SUN Ke, CHEN Tianyu. Current status and trends of research on ocean tidal energy generation technology[J]. Ship Engineering, 2024, 46(1): 16-27.
[25]	李雪, 李博, 姜涛, 等. 主动配电网潮流的全纯嵌入计算方法[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(11): 4210-4227.
	LI Xue, LI Bo, JIANG Tao, et al. A holomorphic embedding power flow algorithm for active distribution network[J]. Proceedings of the CSEE, 2024, 44(11): 4210-4227.
[26]	颜玉林, 张籍, 刘洋, 等. 基于一体式再生燃料电池的并网型微电网系统建模及分析[J]. 广东电力, 2023, 36(9): 43-50.
	YAN Yulin, ZHANG Ji, LIU Yang, et al. Modeling and analysis of grid-connected microgrid system based on unitized regenerative fuel cells[J]. Guangdong Electric Power, 2023, 36(9): 43-50.
[27]	TENG J H. A direct approach for distribution system load flow solutions[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2003, 18(3): 882-887. doi: 10.1109/TPWRD.2003.813818 URL

类型	特点	可再生能源(并网方式)
PQ	有功和无功恒定	太阳能热发电(汽轮机)^[22]、地热能(汽轮机)^[22-23]、海洋能(水轮机)^[22,24]、风能(双馈风力发电机)^[19]
PQ(V)	有功恒定,无功随有功和电压改变	风能(同步发电机/异步发电机)^[20,25]
PI	有功恒定,输出无功维持电流	光伏(电流控制逆变器)^[25]、燃料电池(电流控制逆变器)^[26]
PV	有功恒定,输出无功维持电压	小水电(水轮机)^[22]、光伏(电压控制逆变器)^[18]、燃料电池(电压控制逆变器)^[26]

接入节点	场景	类型	参数
18	Case 1、2	PV	P_s=200 kW, ${U}_{s}^{p.u.}$=1,Q_s,min=10 kvar,Q_s,max=100 kvar
22	Case 1、2	PV	P_s=300 kW, ${U}_{s}^{p.u.}$=1,Q_s,min=10 kvar,Q_s,max=100 kvar
25	Case 1、2	PQ	P_s=200 kW,cos ϕ=0.95
3	Case 2	PV	P_s=200 kW, ${U}_{s}^{p.u.}$=1,Q_s,min=-10 kW,Q_s,max=100 kW
6	Case 2	PQ(V)	异步发电机^[21],P_s=300 kW,X_m=250 Ω,X_σ=10 Ω
30	Case 2	PQ	P_s=400 kW,cos ϕ=0.95
33	Case 2	PI	P_s=100 kW,I_s=10A

方法	求解时间
方法	Case 1	Case 2
所提方法	0.00105	0.00178
牛顿-拉夫逊法	0.02335	0.04817
高斯-赛德尔法	3.48094	4.01988
快速PQ分解法	0.01961	0.03216
直接求解法	0.01947	0.02963

编号	方法	求解时间/ms
		低比例新能源接入			高比例新能源接入
		IEEE 33	IEEE 69	303节点	IEEE 33	IEEE 69	303节点
1	所提方法	1.02	1.67	11.88	1.40	5.42	51.46
2	节点注入+节点分层	2.51	5.52	59.32	3.87	18.17	319.32
3	节点注入+支路分层	2.14	3.97	52.98	3.34	13.29	299.98
4	节点注入+深度优先搜索	2.39	4.29	50.34	3.54	14.61	290.73
5	节点注入+宽度优先搜索	2.62	4.35	51.54	3.94	15.14	289.21

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[1]	方子闻, 周永智, 但扬清, 韦巍. 考虑微电网协同的线路冰灾下配电网韧性提升策略[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(4): 584-594.
[2]	邓美玲, 陈永进, 白振毅. 基于静态电压稳定裕度的配电网分布式光伏承载能力量化方法[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(4): 550-562.
[3]	王萧博, 贾勇勇, 李铮, 李文博, 贾宇乔, 李华瑞, 朱鑫要. 计及全周期时序特性的微电网源储优化设计方法[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(4): 642-651.
[4]	石子川, 邰能灵, 樊飞龙, 陈新仪, 刘仲, 张希鹏. 含高比例可再生能源园区混合储能系统能量-功率跨季节协调调度方法[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(4): 682-694.
[5]	曾举鹏, 曾祥君, 白浩, 喻锟, 杨炜晨, 龙璇林, 壮婕. 基于时-频行波全息映射的有源配电网故障定位方法[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(2): 256-269.
[6]	王若琪, 胡炎, 杨增力, 王晶, 吴迪, 张振. 大量分布式电源接入的配电网自适应重合闸及故障恢复策略[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(1): 42-50.
[7]	赵耀, 于文强, 李东东, 高少炜, 王岩. 计及产消者的激励型需求侧响应对配电网可靠性影响[J]. 上海交通大学学报, 2026, 60(1): 74-86.
[8]	陈实, 杨林森, 刘艺洪, 罗欢, 臧天磊, 周步祥. 小样本数据驱动模式下的新建微电网优化调度策略[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(6): 732-745.
[9]	全少理, 于昊正, 马杰, 王炜宇, 郭勇, 陈春. 交/直流混合配网多逆变器分布式协同抗扰控制[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(5): 605-616.
[10]	邬东格, 常馨月, 薛屹洵, 黄昱熙, 苏珈, 李泽宁, 孙宏斌. 基于动态碳熵的主动配电网低碳能量管理策略[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(12): 1795-1804.
[11]	胡凯强, 蔡泽祥, 蔡煜, 屈径, 刘媛媛. 考虑虚拟化时延的配电网保护控制微服务调度模型与优化[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(11): 1684-1693.
[12]	高崇, 段瑶, 程苒, 陈沛东, 周姝灿, 张沈习, 陈玮林, 刘志文. 考虑5G基站可调度备用储能和智能软开关的主动配电网协同优化调度方法[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(11): 1603-1617.
[13]	陈锦铭, 蒋玮, 王志伟, 朱振汉, 陈烨, 赵彦超. 基于生成对抗网络的中压配网供电单元自动成图方法[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(10): 1431-1441.
[14]	米阳, 陈宇阳, 陈博洋, 韩云昊, 袁明瀚. 考虑微能网接入主动配电网的共享储能多目标配置[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(9): 1309-1322.
[15]	薛贵挺, 刘哲, 韩兆儒, 石访, 王倜, 王晓. 开关投切过程建模及其在配网故障诊断算法测试中的应用[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(9): 1381-1389.