[發(fā)明專利]一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)潮流計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910055455.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN109638839B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李周;何炎;李亞州
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/06
• 分類號(hào): H02J3/06;H02J3/36
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種雙極柔性直流輸電系統(tǒng)潮流計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟：

賦予正極有功功率初值為初始總功率設(shè)定值的一半；

先針對(duì)正極網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果將負(fù)極節(jié)點(diǎn)有功功率初值更新為節(jié)點(diǎn)總功率設(shè)定值與正極各節(jié)點(diǎn)功率之差，再對(duì)負(fù)極網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，若正負(fù)極節(jié)點(diǎn)電壓修正量有其一未達(dá)到收斂條件則更新正極各節(jié)點(diǎn)有功功率值為節(jié)點(diǎn)總功率設(shè)定值與負(fù)極各節(jié)點(diǎn)功率之差后再循環(huán)計(jì)算本步驟至收斂；

檢驗(yàn)各受控電壓源型換流器VSC傳輸功率是否超過有功傳輸容量上下限，若滿足功率約束條件則完成真雙極潮流計(jì)算，若不滿足則對(duì)于發(fā)生功率越限的受控電壓源型換流器VSC，其控制方式轉(zhuǎn)換為定有功功率控制，并重新設(shè)定有功功率參考值；

本方法具體包括如下步驟：

(1)輸入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)信息和支路信息，所述輸電系統(tǒng)的信息包括正負(fù)極直流網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)n_p，n_n，節(jié)點(diǎn)i-j之間支路的正負(fù)極支路導(dǎo)納y_{dc_p,ij}，y_{dc_n,ij}，正常對(duì)稱運(yùn)行工況下n_p＝n_n＝n,y_{dc_p,ij}＝y(tǒng)_{dc_n,ij}＝y(tǒng)_dc,ij，i＝1,2,...n,j＝1,2,...,n,i≠j；節(jié)點(diǎn)i的總功率初始值P_dc0,i，節(jié)點(diǎn)i的正負(fù)極電壓U_{dc_p,i}，U_{dc_n,i}，節(jié)點(diǎn)i的正負(fù)極換流器容量上限P_{max_p,i}，P_{max_n,i}，i＝1,2,...n；采用電壓下垂控制的換流器信息還包括正負(fù)極下垂系數(shù)K_{dc_p},K_{dc_n}；

(2)根據(jù)輸電網(wǎng)絡(luò)信息，對(duì)各電氣量進(jìn)行標(biāo)幺化處理，形成總功率初始值矩陣P_dc0，正負(fù)極電壓初始值U_{dc_p}，U_{dc_n}；結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)式(1)形成正極導(dǎo)納矩陣Y_{dc_p}：

同樣方法形成負(fù)極導(dǎo)納矩陣Y_{dc_n}；

(3)初始化正極有功功率設(shè)定值P_{dc_p}為初始總功率設(shè)定值P_dc0的一半：

(4)基于節(jié)點(diǎn)電流關(guān)系對(duì)正極網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，潮流計(jì)算方程式為：

其中，P_{dc_p,i}為節(jié)點(diǎn)i的正極換流器有功功率；

對(duì)于主從控制，單個(gè)主站采用定直流電壓控制，n-1個(gè)從站采用定有功功率控制；主站的電壓量已知，不參與潮流計(jì)算方程組迭代，n-1個(gè)從站參與迭代，用牛頓-拉夫遜算法求解式(3)，其中雅可比矩陣如式(4)所示：

對(duì)于下垂控制，n個(gè)換流站中有m個(gè)采用下垂控制，其余n-m個(gè)換流站采用定有功功率控制；根據(jù)下垂控制站U-P曲線，得電壓和有功功率的關(guān)系：

其中為節(jié)點(diǎn)i的正極換流器電壓參考值，為節(jié)點(diǎn)i的正極換流器功率參考值，K_{dc_p,i}為節(jié)點(diǎn)i的正極換流器下垂系數(shù)，n-m個(gè)定有功功率換流站的下垂系數(shù)為0；

n個(gè)換流站均參加潮流計(jì)算方程組迭代，則方程組共有n個(gè)方程，潮流計(jì)算方程為

用牛頓-拉夫遜算法求解式(6)，雅各比矩陣的形成方法如式(7)：

(5)根據(jù)牛頓-拉夫遜算法求解潮流計(jì)算方程式：

令

由牛頓-拉夫遜算法基本公式：

f(U_dc)+J_dc(U_dc)·ΔU_dc＝0 (8)

求得：

針對(duì)主從控制，從站的有功功率計(jì)算方法如式(10)：

主從控制中第n個(gè)主站的有功功率計(jì)算方法如式(11)：

針對(duì)電壓下垂控制策略，m個(gè)下垂控制站的有功功率根據(jù)式(5)求出；n-m個(gè)定有功功率控制站的有功功率根據(jù)式(10)求出；

對(duì)于含幅相控制的混合控制系統(tǒng)中，由于幅相控制的換流器和新能源相接，該節(jié)點(diǎn)功率由新能源出力決定，因此在潮流計(jì)算中幅相控制換流器的有功功率設(shè)定值視為已知，雅各比矩陣的形成方法如下式：

(6)判斷直流網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)潮流量是否收斂，正極節(jié)點(diǎn)電壓修正量max|ΔU_{dc_p}|≤ε且負(fù)極節(jié)點(diǎn)電壓修正量max|ΔU_{dc_n}|≤ε為收斂條件；若滿足收斂條件轉(zhuǎn)入步驟(11)，若不滿足則進(jìn)入步驟(7)；

(7)根據(jù)正極潮流計(jì)算結(jié)果對(duì)負(fù)極節(jié)點(diǎn)有功功率初值進(jìn)行更新，令負(fù)極各節(jié)點(diǎn)有功功率設(shè)定值為總功率設(shè)定值與正極各節(jié)點(diǎn)功率之差：

P_{dc_n}＝P_dc0-P_{dc_p} (13)

(8)基于節(jié)點(diǎn)電流關(guān)系對(duì)負(fù)極網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，計(jì)算方法、過程與正極潮流計(jì)算一致，根據(jù)控制方法不同采用不同的計(jì)算公式；并采用牛頓-拉夫遜算法求解潮流計(jì)算方程式，求得負(fù)極節(jié)點(diǎn)電壓修正量ΔU_{dc_n}，負(fù)極節(jié)點(diǎn)電壓U_{dc_n}，負(fù)極節(jié)點(diǎn)有功功率P_{dc_n}；

(9)判斷直流網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)潮流量是否收斂，正極節(jié)點(diǎn)電壓修正量max|ΔU_{dc_p}|≤ε且負(fù)極節(jié)點(diǎn)電壓修正量max|ΔU_{dc_n}|≤ε為收斂條件；若滿足收斂條件轉(zhuǎn)入步驟(11)，若不滿足則進(jìn)入步驟(10)；

(10)根據(jù)步驟(8)中得到的負(fù)極有功功率值，更新正極各節(jié)點(diǎn)有功功率值為總功率設(shè)定值與負(fù)極各節(jié)點(diǎn)功率之差：

P_{dc_p}＝P_dc0-P_{dc_n} (14)

同時(shí)迭代次數(shù)加一，并轉(zhuǎn)入步驟(4)重新開始迭代計(jì)算；

(11)檢驗(yàn)各VSC傳輸功率是否越限，各VSC傳輸功率都應(yīng)該滿足

P_dc,min≤P_dc,i≤P_dc,max (15)

式中P_dc,min為有功傳輸容量下限，P_dc,max為有功傳輸容量上限，P_dc,i為節(jié)點(diǎn)i的總有功功率，若滿足功率約束條件則完成真雙極潮流計(jì)算，若不滿足則進(jìn)入步驟(12)；

(12)對(duì)于發(fā)生功率越限的VSC，其控制方式轉(zhuǎn)換為定有功功率控制，且有功功率參考值取其上限或下限值。