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配电网物理

配电层假设辐射状拓扑（无环），使用前推回代（BFS）而不是输电网常用的稀疏 Newton-Raphson。PowerZoo 提供两个 env：

  • DistGridEnv（powerzoo/envs/grid/dist.py）——单相平衡 BFS。
  • DistGrid3PhaseEnv（powerzoo/envs/grid/dist_3phase.py）——基于 BIBC / BCBV 矩阵的三相不平衡 BFS。

两者都继承自 GridEnv；env 栈合约（resource 注册、info schema、reset → step 流程）与 TransGridEnv 一致。

术语速查。Radial（辐射状）——网络是一棵树；每个负荷只有唯一一条路径回变电站。Feeder（馈线）——树上的一支，从变电站到叶子节点。BFS（Backward-Forward Sweep，前推回代）——迭代 PF：沿树向后求和电流，再向前更新电压。DistFlow——本 env 用的线性化 BFS 递推。VUF（Voltage Unbalance Factor，电压不平衡因子）——三相线路上各相幅值差异。

DistGridEnv — 单相 BFS

单相 env 求解平衡的 DistFlow 风格模型。资源被建模为 PQ 注入：每个挂载的资源暴露 current_p_mw（可选 current_q_mvar），env 在每次 PF 迭代前把它们聚合到对应 bus 上。

关键约定：

  • 净负荷采用负荷为正 / 注入为负的符号约定（因此放电中的电池作为负的负荷进入 BFS）。
  • 馈线首端的交换功率通过 info['p_slack_MW'] 与 info['q_slack_MVAr'] 给出。
  • 非辐射输入默认会自动剪成 BFS 首访生成树。传 allow_mesh_pruning=False 则立即报错。
  • 可选的 load.reactive_mvar 时序会覆盖推断出的 Q 缩放；否则 env 保留 case 基线中各节点的功率因数。
  • 默认的标量 reward 为仅网损：-loss_penalty_weight * p_loss_MW（loss_penalty_weight=0.1）。电压与热稳违反量保留在 info['cost_voltage_violation'] 与 info['cost_thermal_overload']，除非显式启用 soft-penalty 权重（基准实验不建议启用）。

收敛与电压崩溃

DistGridEnv 区分两种 PF 失败：

info 键 含义
pf_converged BFS 达到迭代容差。
is_diverged BFS 在满足容差前先到达 max_iter。
voltage_collapse 未做钳位的电压更新进入严重低电压区（即便 BFS 仍在迭代）。

数值电压钳位让状态机不至崩溃，但严重低电压会通过 voltage_collapse=True 报告，并在 env 层面视为 PF 失败（resource step() 仍会被调用，但 agent 应将结果视为不可行）。

可用 case

Case Bus 数 说明
Case33bw 33 IEEE 33-bus 辐射（Baran & Wu）。默认。
Case118zh 118 118-bus 配电（Zhang）。marl_ders_benchmark 的默认 case。
Case141 141 141-bus Caracas 配电。
Case533mt_lo、Case533mt_hi 533 瑞典 533-bus（低 / 高负荷变体）。

DistGrid3PhaseEnv — 三相不平衡

DistGrid3PhaseEnv 在 DistGridEnv 之上扩展为分相形式。内部对 Kron 展开的 A/B/C 状态向量求解 BIBC / BCBV 矩阵递推；分相电压、电流和潮流通过 obs() 返回给 agent。

约定：

  • 核心 solver 向量采用 node-major ABC 顺序（[node1_A, node1_B, node1_C, node2_A, ...]）。
  • env.topo3ph 提供物理节点到矩阵的映射，便于检查。
  • 串联 3x3 阻抗块内的互耦合完全支持。
  • 非额定变压器抽头、支路并联 B、相移（ratio / angle）目前被忽略——阻抗必须已经编码所需的变压器行为。
  • 真正缺相的支线必须在上游 3x3 块中编为零阻抗；env 不会自动合成。
  • 当 BFS 不收敛时，返回的电压和潮流仅为末次迭代的诊断量。信任这些数值前务必先检查 info['pf_converged']。
  • safety_check 在单相基础上增加分相电压限制、VUF 与分相热稳限制。

可用三相 case

Case Bus 数 说明
Case123 123 IEEE 123-bus 三相配电。默认。

挂载到三相电网的 resource 可附带可选的 phase 参数（A / B / C / ABC）。ABC 表示把 resource 功率均分到三相。

DistFlow 物理：一段话概览

对一条从 bus i 到 bus j 的辐射支路，承载有功 P 与无功 Q，线路电阻 R、电抗 X，BFS 更新公式为：

\[ V_j^2 \;\approx\; V_i^2 \;-\; 2\,(R \cdot P + X \cdot Q) \;+\; (R^2 + X^2) \cdot \frac{P^2 + Q^2}{V_i^2} \]

完整非线性项在配电电压接近 1 pu 时数值很小，但 DistGridEnv 仍保留它，以避免系统性低估馈线末端的压降。由于配电网的 R / X ≈ 1.0（输电网约为 0.1），有功注入在配电网中对电压有可观影响。这就是为什么配电的 DER 协调本质上是电压问题，而输电则主要是热稳极限问题。

info 中有什么

除标准键（见 Python contract §4）外，还有：

  • voltages — 各 bus 电压幅值（pu）。
  • branch_loading — 每条线的视在功率 / 额定值之比。
  • p_loss_MW、q_loss_MVAr — 总网损。
  • voltage_collapse、is_diverged — 前述的两个 BFS 失败标志。
  • 对 DistGrid3PhaseEnv：上述各项的分相版本，再加上 vuf_pct。

另见