[發明專利]一種交直流互聯電網的經濟調度方法

有效

• 申請號: 201810140164.2
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108233383B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 楊知方;鐘海旺;夏清;陸春凌;賴曉文;汪洋
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網北京市電力公司
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06;H02J3/36;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種交直流互聯電網的經濟調度方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)構建交直流互聯電網的經濟調度的最優潮流模型，該模型由目標函數和約束條件構成；具體步驟如下：

1-1)確定模型的目標函數，表達式如下：

其中，P_g為機組g的有功出力，Q_g為機組g的無功出力，為機組集合；和分別為P_g和Q_g的成本函數；

1-2)確定模型的約束條件；具體如下：

首先假設模型第k次迭代的初值為：

其中，表示交流輸電網及換流站交流側所有節點的集合，表示直流輸電網及換流站直流側所有節點的集合，k為迭代次數，k＝1，2，3...；其中，當k＞1時，v_i，k-1和θ_i，k-1分別為第k-1次迭代得到的交流輸電網及換流站交流側中節點i的電壓幅值和相角，為第k-1次迭代得到的直流輸電網及換流站直流側中節點i的電壓幅值；當k＝1時，初值通過冷啟動得到；

冷啟動時，

1-2-1)線路潮流約束；

1-2-1-1)交流輸電網線路潮流約束；

其中，P_ij和Q_ij分別為交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)的有功潮流和無功潮流，為交流輸電網及換流站交流側所有線路的集合；v_i表示交流輸電網及換流站交流側節點i的電壓幅值，θ_i表示交流輸電網及換流站交流側節點i的相角；v_ij為交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)首末節點的電壓幅值差，滿足v_ij＝v_i-v_j；θ_ij為交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)首末節點的相角差，滿足θ_ij＝θ_i-θ_j；和為第k次迭代有功平衡系數，計算表達式分別如(10)和(11)所示；和為第k次迭代無功平衡系數，計算表達式分別如(12)和(13)所示；

表示電壓幅值對網損影響，滿足如下約束：

其中，v_ij，k-1為第k-1次迭代得到的交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)的電壓幅值差；

式(4)和(5)中涉及到的系數計算表達式如下：

1-2-1-2)直流輸電網線路潮流約束；

其中，為直流輸電網及換流站直流側線路(i，j)的有功潮流，為直流輸電網及換流站直流側線路的集合，為直流輸電網及換流站直流側線路(i，j)的電阻；

1-2-2)節點功率平衡約束；

交流輸電網節點功率平衡約束：

其中，P_i表示交流輸電網及換流站交流側節點i處的有功功率，Q_i表示交流輸電網及換流站交流側節點i處的無功功率；表示交流輸電網及換流站交流側與節點i相連的機組集合；P_d，i表示交流輸電網及換流站交流側節點i的有功負荷，Q_d，i表示交流輸電網及換流站交流側節點i的無功負荷；表示交流輸電網及換流站交流側與節點i通過線路相連的所有線路的集合；g_ii表示交流輸電網及換流站交流側節點i的接地電導，b_ii表示交流輸電網及換流站交流側節點i的接地電納；

直流輸電網絡節點功率平衡約束：

其中，表示直流輸電網及換流站直流側節點i處的有功功率；

1-2-3)電網運行約束；

1-2-3-1)線路潮流約束：

交流輸電網線路潮流約束：

直流輸電網線路潮流約束：

其中，為交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)對應的潮流復功率上限；為直流輸電網及換流站直流側線路(i，j)對應的有功潮流上限；

1-2-3-2)機組有功出力和無功出力的上下限約束；

其中，P_g，max和P_g，min分別表示機組g有功出力上限和下限；Q_g，max和Q_g，min分別表示機組g無功出力上限和下限；

1-2-3-3)節點電壓幅值約束：

其中，v_i，max表示交流輸電網及換流站交流側節點i電壓幅值上限，v_i，mim表示交流輸電網及換流站交流側節點i電壓幅值下限；表示直流輸電網及換流站直流側節點i電壓幅值上限，表示直流輸電網及換流站直流側節點i電壓幅值下限；

1-2-4)柔性直流輸電換流站約束；

交直流側電壓耦合約束：

其中，v_f為換流站交流側節點f的電壓幅值，為換流站直流側節點r的電壓幅值；

在換流站交流側原有節點f靠近直流側的一端增加一個虛擬節點記為節點h，產生一條虛擬支路記為(f，h)；

換流站有功損耗通過下式計算：

其中，I_c為換流站閥電流，c_c、b_c、a_c分別為基于閥電流的二次、一次系數及常數項；

加入虛擬支路后，換流站有功損耗轉移到虛擬支路(f，h)上的電阻，設其值為c_c，k，電阻c_c，k通過如下公式計算得到：

其中，I_c，k-1表示第k-1次迭代得到的換流站的閥電流；

交直流互聯電網有功耦合約束：

P_AC，k+P_DC＝-a_c，k (29)

其中，P_AC，k為換流站交流側虛擬支路(f，h)的第k次迭代有功潮流，P_DC為換流站直流側節點r第k次迭代流出的直流有功潮流；第k次迭代常數項a_c，k通過如下公式計算得到：

其中，I_c，k-1基于上次迭代結果k＞1時或冷啟動k＝1時，通過下式計算得到：

換流站容量約束：

其中，表示換流站復功率的標幺值，m_c表示一個大于0小于1的比率數；表示換流站閥電流最大值；Q_AC和P_AC分別為注入換流站交流側節點f的無功潮流和有功潮流；

換流變一次、二次側電壓耦合約束：

z_m≥z_m+1，m＝1，2，...，nt-1 (38)

其中，v_d為換流站交流側節點d的電壓幅值，即換流變一次側電壓幅值；換流變二次側電壓幅值用輔助變量v_LTC表示；換流變有載調壓變壓器分接頭待選值為{t₀，t₁，t₂，...，t_nt}，整數變量{z₁，z₂，...，z_nt}表示換流變有載調壓變壓器的運行狀態；表示的取值；

k＝1時，換流變分接頭檔位固定，即有載調壓變壓器對應運行狀態給定，取將模型轉化為換流變分接頭檔位固定的交直流互聯電網的最優潮流連續模型；

2)對換流變分接頭檔位固定的交直流互聯電網的最優潮流連續模型進行求解；具體步驟如下：

2-1)令當前迭代次數為k，迭代求解最優潮流連續模型后，得到第k次迭代后的當前模型最優解，包括：交流輸電網及換流站交流側節點的電壓幅值和相角直流輸電網及換流站直流側節點的電壓幅值以及機組有功和無功出力

2-2)在每次迭代中，分別檢驗如下所示的交流輸電網和直流輸電網潮流方程誤差：

其中，P_ij，k和Q_ij，k分為交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)基于降階交流網絡近似的有功潮流和無功潮流；將當前模型最優解中代入非線性的交流潮流方程：

得到交流輸電網及換流站交流側線路(i，j)的有功潮流P_ij和無功潮流Q_ij；

為第k次迭代后直流輸電網及換流站直流側線路(i，j)基于降階直流網絡近似的有功潮流，將當前模型最優解中代入非線性的直流潮流方程：

得到直流輸電網及換流站直流側線路(i，j)的有功潮流

查看交流輸電網及換流站交流側每條線路的交流電網潮流方程誤差和直流輸電網及換流站直流側每條線路的直流電網潮流方程誤差是否均小于預設誤差閾值Δ_max并判定：

若所有線路潮流方程誤差均小于Δ_max，則在換流變分接頭檔位固定的情況下，交直流互聯電網的最優潮流連續模型收斂，步驟2-1)得到的模型當前最優解即為換流變分接頭檔位固定的交直流互聯電網的最優潮流連續模型的最優解，該最優解同時也是步驟1)建立的原模型的當前最優解；查看求解過程中之前是否進入過步驟3)：若沒有，則轉入步驟3)，否則轉入4)；

若存在線路潮流方程誤差不小于Δ_max，則在換流變分接頭檔位固定的情況下，交直流互聯電網的最優潮流連續模型不收斂，令k＝k+1，將第k次迭代的模型當前最優解中作為初值更新潮流方程約束，保持表征有載調壓變壓器運行狀態的整數{z₁，z₂，...，z_nt}取值不變，重新返回步驟1)，進行下一次迭代；

3)建立換流變分接頭檔位待優化的交直流互聯電網的最優潮流混合整數模型并求解；具體步驟如下：

3-1)將步驟2)中得到的步驟1)建立的原模型的當前模型最優解中交流輸電網及換流站交流側電壓幅值和相角以及直流輸電網及換流站直流側電壓幅值作為模型初值更新潮流方程約束；將表征換流變分接頭檔位的整數{z₁，z₂，...，z_nt}恢復為變量，將步驟1)建立的模型轉化為換流變分接頭檔位待優化的交直流互聯電網的最優潮流混合整數模型；

3-2)求解步驟3-1)得到的混合整數模型，得到混合整數模型的最優解，包括：交流輸電網及換流站交流側節點的電壓幅值和相角直流輸電網及換流站直流側節點的電壓幅值以及機組有功和無功出力以及表征有載調壓變壓器運行狀態的整數{z₁，z₂，...，z_nt}；

3-3)重復步驟2-2)，檢驗交流電網和直流電網潮流方程誤差和是否均小于預設誤差閾值Δ_max并判定：若是，則步驟3-1)建立的混合整數模型收斂，步驟3-2)得到的模型當前最優解即為換流變分接頭檔位待優化的交直流互聯電網的最優潮流混合整數模型的最優解，同時更新該最優解為步驟1)建立的原模型的當前最優解，進入步驟4)；否則將步驟3-2)得到模型當前最優解中作為初值更新潮流方程約束，用整數解{z₁，z₂，...，z_nt}固定模型中換流變有載調壓變壓器運行狀態的整數變量，重新返回步驟1)；

4)恢復交流可行性，得到交直流互聯電網的經濟調度方案；具體步驟如下：

4-1)固定直流輸電網端電壓，根據式(43)計算直流輸電網中線路上的潮流；根據式(19)計算直流輸電網注入交流輸電網的有功功率P_DC；

4-2)根據式(31)計算換流站閥電流；根據式(27)計算換流站有功損耗

4-3)根據下式計算交流輸電 網接收到的有功功率P_AC；

將換流站交流側節點設置為PQ節點，執行交流系統的潮流計算：

執行潮流計算前需要固定的特定變量包括：參考節點的v和θ；PQ節點的P和Q；PV節點的P和v；基于上述輸入條件，執行交流潮流計算；在得到的解中，如果存在機組無功越限，則固定該機組的無功出力，將節點類型轉化為PQ節點，并重新執行交流潮流計算；最終，得到交流可行的最優潮流解；

4-4)根據步驟4-3)的潮流計算結果更新閥電流取值并進行判定，得到交直流互聯電網的經濟調度方案；

若閥電流取值與未恢復可行性前計算得到的閥電流取值誤差大于設定的電流誤差閾值ΔI_max，則統計約束越限情況，包括：式(24)、(25)對應的電壓幅值約束，式(20)對應的交流網絡潮流復功率約束，以及(21)對應的直流網絡有功潮流約束，通過收緊運行約束處理潛在的約束越限，收緊比率＝α×越限比率，α為給定系數，對越限的約束進行校正，并將步驟1)建立模型的當前最優解中作為初值更新潮流方程約束，保持表征有載調壓變壓器運行狀態的整數{z₁，z₂，...，z_nt}取值不變，重新返回步驟1)；

若閥電流取值與未恢復可行性前計算得到的閥電流取值誤差小于等于設定的電流誤差閾值Δl_max，則輸出模型當前最優解為步驟1)建立模型的最優解，得到包含所有節點電壓幅值、交流輸電網和換流站交流側電壓相角、機組有功出力、無功出力、換流變有載調壓變壓器運行狀態在內的一整套交直流互聯電網的經濟調度方案。