[發明專利]一種基于擴展支路模型的交直流混聯網絡穩態建模方法

在審

• 申請號: 201710261196.3
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107154649A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 孫英云;胡麗萍;陳乃仕;李燁;李玉容
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J5/00
• 分類號: H02J5/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于電力系統的穩態建模技術領域，具體涉及交直流網絡統一求解的擴展支路建模方法，特別是涉及一種基于擴展支路模型的交直流混聯網絡穩態建模方法。

背景技術

隨著直流網絡的不斷發展，大功率電力電子器件在電力系統中應用越來越廣泛，交直流互聯的趨勢越來越緊迫，電壓源型換流器(VSC)由于能靈活控制所在點的電壓幅值、相位，進而控制系統有功和無功，已經成為新一代的柔性直流輸電技術，是近年來眾多學者研究的熱點。隨著電壓源型換流器(VSC)及基于VSC的并聯型直流電網的不斷發展,未來電網會形成含VSC的多直流母線、多直流聯絡線和多直流負荷的交直流網絡，系統的結構也將變得越來越復雜。與此同時，交直流網絡的求解問題也成為了一個新的難點，在分析交直流網絡的穩態及暫態運行、設計相應控制方式和研究配備相關保護裝置時，就得同時考慮到交流系統和直流系統，并且要考慮到二者之間的耦合關系。當前，純交流系統的求解方法和理論已經較為成熟，相比之下,交直流混聯電力系統特別是含電壓源換流器的交直流混聯系統的求解算法卻沒有發展到相同的高度。當系統中含有直流網絡時，在描述全系統的非線性代數方程中就包含了與直流有關的變量，這樣，傳統的交流網絡求解方法就不能直接應用于交直流混聯網絡。現在大多數文獻中在求解含VSC的交直流混聯系統時多采用交流網絡和直流網絡交替求解的方法，將直流系統方程和交流系統方程分別進行求解，該算法一般根據VSC換流站的不同控制方式在交流側和直流側解耦等效,先進行直流電網潮流迭代,后進行交流電網潮流迭代,二者交替計算直至直流電網、換流站和交流電網全部收斂。這種交直流網絡交替迭代的方法，整個求解過程會比較繁瑣，也很容易出錯。

綜上所述，對于交直流混聯網絡，目前還缺少一種統一計及電壓源換流器(VSC)的交直流建模和求解的方法。

發明內容

針對當前含電壓源換流器(VSC)的交直流混合電網不能統一求解問題，本發明提出以下技術方案。

一種基于擴展支路模型的交直流混聯網絡穩態建模方法，包括以下步驟：

1)建立所述交直流混聯網絡的等值數學模型，所述模型包括交流網絡等值電路、直流網絡等值電路和電壓源換流器VSC等值電路；

要根據實際運行電網，建立交流網絡、直流網絡和電壓源換流器(VSC)的等值電路模型，并收集電網的運行數據，所述電網的運行數據包括系統元件參數、網絡拓撲結構信息和負荷信息；

2)根據所得到的交流網絡等值電路圖，用支路數據(支路功率、支路電流等)建立交流支路模型。

圖2所示是網絡中一個基本交流網絡支路的模型，交流支路ij流過的電流和該交流支路兩端電壓需滿足歐姆定律，即存在如下關系：

交流支路中流過的功率定義為：

交流網絡功率平衡方程為：

式(3)中，S_i表示節點i的注入功率(負荷功率減去發電機功率)。

3)根據所得到直流網絡等值電路圖，用支路數據建立直流支路模型，

圖3所示是網絡中一個基本的直流支路模型，同交流支路模型，網絡中直流支路ij流過的電流I_ij,I_ji和該直流支路兩端電壓V_i,V_j也需滿足歐姆定律：

直流支路中流過的功率定義為：

直流網絡功率平衡方程為：

4)在所得到的VSC換流器等值電路圖中，用支路數據(支路功率、支路電流等)建立VSC支路模型如下：

圖4為本發明電壓源換流器的等值電路圖，其中包括接入交流側網絡的換流電壓器、相電抗器、交流濾波器等，直流側網絡等值電壓源和連接交直流網絡的換流器的等值電路，交流系統接入換流器的端口電壓為U_s∠δ_s；換流變壓器后節點的電壓為U_f∠δ_f，VSC換流站的等值交流側電壓為U_c∠δ_c；換流變壓器等效阻抗為Z_t；換流器內部等效阻抗為Z_c，交流系統注入換流變壓器的功率為P_s+jQ_s，換流橋交流側輸出的功率為P_c+jQ_c，換流器注入直流系統的功率為P_dc。直流系統中的電流電壓分別為U_dc、I_dc。