专利名称：一种Flexible HVDC潮流计算模型及其计算方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种柔性高压直流输电(Flexible HighVoltage Direct Current, Flexible HVDC)潮流计算模型及其计算方法。
背景技术：
Flexible HVDC是基于电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)的一种高压直流输电技术。自1997年赫尔斯扬工程投运以来，该项输电技术以其显著的技术优势，得到了电力工程界和学术界广泛关注。作为一种具备运行参数快速可控能力的直流输电系统，Flexible HVDC能够在以下诸多方面提高交流系统的性能 快速有功功率控制，提高系统暂态稳定性；有功或无功功率调制控制，提高系统动态稳定；动态电压支撑，提高系统电压稳定性并改善电能质量及限制短路电流。Flexible HVDC主要一次设备有换流变压器、交流滤波器和换相电抗器、全控型电压源换流器、直流电容器、直流输电线路或电缆等，各元件主要功能分别如下换流变压器换流变压器是Flexible HVDC输电系统与交流系统的互连部件，为Flexible HVDC提供适当的交流电压。此外，换流变压器的分接头调节能够改善Flexible HVDC的稳态运行点，优化运行特性。换相电抗器换相电抗器是VSC与交流系统间进行功率交换的纽带，同时可以抑制VSC脉宽调制控制所产生的高频谐波电流分量的幅值。交流滤波器交流滤波器作用是滤除高次谐波电流，减少注入到交流电网谐波电流的大小。全控型电压源换流器由绝缘栅双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)构成的全控型电压源换流器是Flexible HVDC输电系统中交直流转换的核心部件。VSC采用脉宽调制控制(Pulse Width Modulation，PWM)，通过调制比M和移相角度8调节，即可控制VSC与交流系统交换的有功功率和无功功率。直流电容器直流侧电容器为全控型换流器提供电压支撑、缓冲桥臂关断时的冲击电流、减小直流侧谐波。直流输电线路或电缆直流输电线路或电缆连接两端换流器，输送直流功率。VSC控制系统可根据系统要求快速调节其运行参量，主要包括VSC与交流系统间交换的有功功率、无功功率、直流侧电压以及交流母线电压。VSC可以独立控制其与交流系统间交换的有功功率和无功功率，在Flexible HVDC输电系统中需要一端VSC采用定直流电压控制，由其维持直流系统的有功功率平衡。
目前，具备该项输电技术的公司为ABB和西门子，分别将其命名为HVDCLight和HVDC Plus0随着上海南汇风电场并网工程的顺利投运，我国已成为世界上第三个拥有该项输电技术的国家，并命名为柔性直流输电技术，即Flexible HVDC。全控型电力电子器件容量的快速提升以及成本的降低，加之大力发展风电、光伏等新能源发电所带来的并网输电技术升级的契机，Flexible HVDC在我国已快速呈现出应用需求增加、应用容量提升的新趋势。在此背景下，在大型电力系统仿真软件中开发Flexible HVDC潮流计算模型，为深入研究交直流混联电网运行特性和控制策略提供必要的仿真工具，尤显迫切。现代电力系统大型商业分析计算软件中，潮流计算均采用基于稀疏矩阵存储和求解的技术，系统关联耦合性强。计及新元件的潮流计算，需要对原程序存储结构和求解流程进行较大幅度的修改调整，程序开发难度与工作量较大。此外，原程序计算收敛特性也将会受到影响。因此，潮流计算程序中新元件模型添加，应遵循以下两点原则 I :尽可能地维持原程序的数据结构与算法流程，避免新元件模型的添加引起算法流程大幅调整以及大量代码修改；2 :新元件的模型与算法不应显著影响原潮流计算程序的收敛特性。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种Flexible HVDC潮流计算模型及其计算方法，高效实用，能够求解柔性直流输电与交流电网混联系统的潮流，并为混联电网动态仿真提供计算初值。为实现上述目的，本发明提供一种Flexible HVDC潮流计算模型，其包括控制系统、换相电抗器I、换相电抗器2、VSC换流器I (VSC1)、VSC换流器2 (VSC2)、直流电容器和直流输电线路；其改进之处在于，所述计算模型包括交流电网元件I和交流电网元件2 ;所述交流电网元件I、所述换相电抗器I、所述VSC换流器I、所述直流电容器、所述VSC换流器2、所述电抗器2和所述交流电网元件2依次连接；所述控制系统分别接收所述交流电网I、所述交流电网2和所述直流电容器的运行数据信息，并分别向所述VSC换流器I和VSC换流器2传输控制信息。本发明提供的优选技术方案中，所述交流电网元件I和所述交流电网元件2分别包括换流变压器(1、2)和滤波器(1、2);所述换流变压器的一次侧母线连接到交流系统；所述滤波器的一侧连接到所述换流变压器的二次侧母线，另一侧接地。本发明提供的第二优选技术方案中，所述滤波器由电容器组成。本发明提供的第三优选技术方案中，提供一种Flexible HVDC潮流计算方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤(I).在交流电网数据中增加输入换流变压器和滤波器参数；(2).输入Flexible HVDC系统参数，对系统参数进行标么化处理； (3).计算定直流电压控制的VSC等值发电有功；(4).设置VSC等值发电机类型与运行参数；(5).启动潮流计算。
本发明提供的第四优选技术方案中，在所述步骤I中，换流变压器和滤波器参数包括换相电抗器和VSC换流器有功损耗，换相电抗器和VSC换流器有功损耗由换流变压器附加增量电阻模拟。本发明提供的第五优选技术方案中，在所述步骤2中，所述系统参数标么化的基
权利要求
1.一种Flexible HVDC潮流计算模型，设置在交直流混联电网中，其包括控制系统、换相电抗器I、换相电抗器2、VSC换流器I (VSC1)、VSC换流器2 (VSC2)、直流电容器和直流输电线路；其特征在于，所述计算模型包括交流电网元件I和交流电网元件2 ;所述交流电网元件I、所述换相电抗器I、所述VSC换流器I、所述直流电容器、所述VSC换流器2、所述电抗器2和所述交流电网元件2依次连接；所述控制系统分别接收所述交流电网I、所述交流电网2和所述直流电容器的运行数据信息，并分别向所述VSC换流器I和VSC换流器.2传输控制信息。
2.根据权利要求I所述的计算模型，其特征在于，所述交流电网元件I和所述交流电网元件2分别包括换流变压器(1、2)和滤波器(1、2);所述换流变压器的一次侧母线连接到交流系统；所述滤波器的一侧连接到所述换流变压器的二次侧母线，另一侧接地。
3.根据权利要求2所述的计算模型，其特征在于，所述滤波器由电容器组成。
4.根据1-3项权利要求任一项所述的计算模型的FlexibleHVDC潮流计算方法,其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1).在交流电网数据中增加输入换流变压器和滤波器参数； (2).输入FlexibleHVDC系统参数，对系统参数进行标么化处理； (3).计算定直流电压控制的VSC等值发电有功； (4).设置VSC等值发电机类型与运行参数； (5).启动潮流计算。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤I中，换流变压器和滤波器参数包括换相电抗器和VSC换流器有功损耗，换相电抗器和VSC换流器有功损耗由换流变压器的增量电阻模拟。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述系统参数标么化的基准值具体设置如下 PdB = Sb UdB=UmN = Zb 式中SB、U_、IB、Zb分别为交流系统基准功率、换流变压器二次侧额定电压以及基准电流和阻抗；PdB、UdB、IdB^Rde分别为直流输电系统的基准功率、基准电压、基准电流和电阻。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，VSC换流器I采用定有功功率控制、VSC换流器2采用定直流电压控制；则在直流侧，电压、电流和功率满足关系式(I)和式⑵； UdI = ud2ref+2rdid(2) 式中，Pmlref^udl分别为VSC换流器I有功功率控制设定值和直流侧电压；ud2Mf为VSC换流器2直流侧电压控制设定值；id、rd分别为直流电流和直流电阻； 将式(2)带入式(I)，并进一步求解可得
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，根据VSC控制方式和控制量设定值，确定VSC等值发电机类型与运行参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述VSC控制方式为定交流有功Pm和定交流无功Qm，则设置换流变压器二次侧母线类型为PQ，VSC等值发电机的运行参数设置为控制设定值Pmref和Qmf;所述VSC控制方式为定交流有功Pm和定换流变一次侧交流电压Us，则设置换流变压器二次侧母线类型为PG，VSC等值发电机的运行参数设置为控制设定值Pimf和Usref;所述VSC控制方式为定直流电压Ud和定交流无功Qm，则设置换流变压器二次侧母线类型为PQ，VSC等值发电机的运行参数设置为扣除直流输电系统损耗后有功功率Pm和控制设定值Qmref;所述VSC控制方式为定直流电压Ud和定换流变一次侧交流电压Us，则设定换流变压器二次侧母线类型为PG，VSC等值发电机的运行参数设置为扣除直流输电系统损耗后有功功率Pm和换流变一次侧母线电压控制设定值Usref0
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，换流变压器二次侧母线类型PG是利用本母线注入无功功率控制其他母线电压的节点；换流变压器二次侧母线类型PQ是指定本母线注入有功功率和无功功率的节点。
11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，在交直流混联电网潮流计算收敛后，求取Flexible HVDC潮流计算模型的状态变量，供交直流混联电网动态仿真使用。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，求解直流输电系统状态变量初值；VSC换流器I为定有功功率控制、VSC换流器2为定直流电压控制，直流电流id以及VSC1侧直流电压初值Udl，如式(5)所示
全文摘要
本发明提供了一种Flexible HVDC潮流计算模型及其计算方法，所述模型设置在交直流混联电网中，包括控制系统、换流变压器1、换流变压器2、滤波器1、滤波器2、换相电抗器1、换相电抗器2、VSC换流器1、VSC换流器2、直流电容器和直流输电线路，以及直流系统所接入的两端交流电网1和交流电网2；所述方法包括(1)在交流电网数据中增加换流变压器和滤波器参数输入；(2)输入Flexible HVDC系统参数，对系统参数进行标幺化处理；(3)计算定直流电压控制的VSC等值发电有功；(4)设置VSC等值发电机类型与运行参数；(5)启动交直流混联潮流计算。能够实现Flexible HVDC交直流混联电网潮流计算，无需大量代码开发与维护，可高效的求解混联电网潮流状态，并为混联电网动态特性仿真提供初值。
文档编号H02J3/00GK102751720SQ201210105440
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者付红军, 孟远景, 宋云亭, 尚慧玉, 胡扬宇, 郑超, 马世英 申请人:中国电力科学研究院, 河南省电力公司