一种基于新型VSC潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法与流程

本发明属于电力系统分析
技术领域：
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背景技术：
：直流技术在地下城市输电、海底电缆输电、分布式电源并网、系统多方式运行切换等方面具有突出的优势，同时其在电压变换方面的劣势也由于电力电子技术的不断发展和日臻完善得到了明显改善，尤其是电压源换流器的出现，因此基于vsc的直流电网将是未来电网的一个发展趋势，而包含vsc的交直流混合系统(包括交流侧系统、直流侧系统和电压源换流器三部分，其中交流侧系统和直流侧系统通过电压源换流器连接)潮流计算将成为一项重要的研究内容。由于单纯的交流系统潮流计算和直流系统潮流计算方法已经较为成熟，因此建立一个高效的vsc潮流计算模型将是解决混合系统潮流计算的关键。现有交直流混合系统包括混合输电网、混合配电网以及近年来迅速发展起来的混合微电网三大典型系统，求解这些交直流混合系统的潮流计算的方法可分为两大类：交替迭代法和统一求解法。交替迭代法由于处理vsc控制策略的灵活性以及对单侧潮流计算方法的良好继承性而被广泛采纳。但该方法在现有vsc潮流计算模型下用于求解交直流混合系统潮流计算时有一个共同缺点：交直流混合系统潮流计算需要多次交替迭代才能完成，而每一次的单侧交流或直流潮流计算都需多次迭代才能完成，降低了潮流计算的效率。有学者通过调整vsc的有功控制参量，成功地避开了交流潮流和直流潮流的多次交替迭代，但这种调整方法需对换流器采用定无功控制策略的交流出口节点无功方程另做额外处理，在混合系统换流器数目较多的场合，系统的方程和变量会大大增加；此外，要精确地调整换流器的有功控制参量，也显得十分困难。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有vsc潮流计算模型用于求解混合系统潮流计算的不足，对vsc潮流计算模型进行重塑，公布了一种基于新型vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法。本发明能够避免交直流系统间多次交替迭代问题，同时大大减少混合系统的潮流计算量。一种基于新型vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法只需首先建立新型vsc潮流计算模型，然后根据待求解交直流混合系统单侧子系统的网络特性选择相应的求解方法，然后按顺序分别进行一次直流侧潮流计算和交流侧潮流计算即可，具体的步骤包括：步骤1：输入系统原始数据和对变量的初始化步骤2：建立新型vsc潮流计算模型本发明所述新型vsc潮流计算模型是将电压源换流器等效为一个理想换流器和一条直流侧的换流器支路的串联组合。其中，理想换流器可无损耗的传递交直流系统间的能量；换流器支路用于模拟能量流过换流器的损耗。所述新型vsc潮流计算模型具体为：(1)在交流节点f和直流节点h引入一个直流节点t。(2)理想换流器的两端分别为交流节点f和直流节点t，换流器支路的两端分别为直流节点t和直流节点h，理想换流器和换流器支路通过直流节点t连接。模型中，ud-t为直流节点的电压，pd-t为由直流节点t注入理想换流器的功率；交流节点f为电压源换流器与交流侧系统的公共连接点，ua-f为交流节点f的基波电压向量，pa-f+jqa-f为由交流节点f注入电压源换流器的复功率；直流节点h为电压源换流器与直流侧系统的公共连接点，ud-h为直流节点h的电压，pd-h为由节点h注入换流器；换流器支路的支路电阻为r′。基于新型vsc潮流计算模型，在交直流混合系统潮流计算时可做如下处理：(1)将理想换流器作为交、直流侧系统的划分界限，即理想换流器的两侧分别为交流侧系统和直流侧系统。(2)将换流器支路计入原有的直流侧系统，交流侧系统与原系统相同。(3)将pa-f处理为交、直流两侧系统的线路传输有功功率，对单侧系统均可视为相应节点的负荷或电源。(4)将qa-f处理为交流节点f的无功负荷，模拟电压源换流器吸收的无功功率。步骤3：直流侧系统潮流计算根据选用的直流潮流算法步骤进行直流侧潮流计算即可，但需注意：换流器采用定pa-f控制策略时，可根据式(1)确定换流器直流节点t的负荷功率；换流器采用定ud-h控制策略时，直流节点h作为直流侧系统的平衡节点，连同与它连接的换流器直流出口节点t都不必参与直流侧潮流计算，直流节点t注入理想换流器的功率pd-t和电压ud-t可在直流侧潮流计算完成后，分别采用式(2)和式(3)计算得到。pd-t＝-pa-f(1)式中，δpvsck为vsck有功损耗，δud-t为节点t和节点h之间的电压损耗。步骤4：交流侧系统潮流计算根据选用的交流潮流算法步骤进行交流侧潮流计算即可，但需注意：换流器采用定pa-f控制策略时，pa-f作为交流节点f的有功负荷；换流器采用定ud-h控制策略的换流器，pa-f需根据式(4)确定，pa-f仍作为交流节点f的有功负荷；换流器定qa-f控制策略时，qa-f作为交流节点f的无功负荷；换流器采用定ua-f控制策略时，交流节点f视为pv节点处理。pa-f＝-pd-t(4)步骤5：混合系统潮流计算结束，输出数据所得结果直接为交直流混合系统各节点的电压量，各换流器的有功损耗和电压调制比可分别采用式(5)和式(6)计算得到，同时可进一步求出混合系统的功率分布和网损。式中，μk为直流电压吸收比，tk为vsck的电压调制比，ua-f为ua-f的电压幅值。本发明的有益效果是：(1)本发明对于采用定ud-h控制策略的换流器，直流节点h在直流侧系统中充当平衡节点的角色，连同与它连接的换流器直流出口节点t都不必参与直流侧潮流计算，可减少潮流方程数目。(2)现有vsc潮流计算模型中，一个换流器将在交流侧增加一个交流节点；而本发明所述的新型vsc潮流计算模型中，一个换流器将在直流侧增加一个直流节点。在不考虑vsc控制策略的影响下，对含l个vsc的混合系统，现有vsc潮流计算模型中系统功率方程和变量增加2l个，而本发明所述的新型vsc潮流计算模型中系统功率方程和变量增加l个，仅为现有vsc潮流计算模型的1/2。因此本发明所述的新型vsc潮流计算模型的计算量要小得多。(3)本发明所述的新型vsc潮流计算模型中，节点f变成了换流器的交流出口节点，使得换流器的有功控制参量pa-f直接成为交直流两侧系统的有功传输功率，从而避免了交直流两侧系统间的多次交替迭代，直流侧潮流和交流侧潮流只需依次进行一次即可得到准确的潮流计算结果，大大提高了潮流计算的效率。附图说明图1为现有vsc潮流计算模型的示意图。图2为本发明vsc潮流计算模型的示意图。图3为本发明的具体实施例中的基于ieee9节点改造的混合系统。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。在输电网典型测试系统ieee9节点系统基础上增加一个5节点的环形直流环节，同时对ieee9节点系统的节点注入功率进行了调整，形成一个含3个vsc的基于ieee9节点改造的混合系统，如附图3所示，以此作为本发明的具体实施例。为了验证本发明的有效性，同时选用传统方法(vsc潮流计算模型选用现有vsc潮流计算模型，交直流侧模型与本发明相同)和本发明对具体实施例进行了潮流计算。其中，交流侧潮流计算采用pq分解法，直流侧潮流计算采用牛顿法。各vsc的控制策略及参数如表1所示，取所有vsc的直流电压吸收比为1。改造的混合系统节点和支路数据分别见表2、表3所示。其中，节点1为交流侧系统的平衡节点，节点2、3为pv节点，其电压幅值给定值分别为ua-1＝1.0400，ua-2＝1.0250，ua-3＝1.0250。同时，由于vsc的控制作用使得直流节点1d作为直流侧系统的平衡节点，电压给定值为ud-1＝1.0451，交流节点7作为交流侧系统的pv节点，电压幅值给定值为ua-7＝1.0150。表1vsc的控制策略及参数表2基于ieee9节点改造的混合系统节点数据节点注入有功功率/p.u.注入无功功率/p.u.1\\21.0000\30.8500\4-1.3000-0.400050.00000.00006-0.9000-0.300070.0000\8-0.6000-0.200090.00000.00001d\\2d0.6000\3d0.5000\4d1.0000\5d0.8000\表3基于ieee9节点改造的混合系统支路数据首段节点末端节点r/p.u.x/p.u.b/p.u.140.00000.05760.0000450.01700.09200.0790560.03900.17000.1790360.00000.05860.0000670.01190.10080.1045780.00850.07200.0745820.00000.06250.0000890.03200.16100.1530940.01000.08500.08801d2d0.0310\\1d3d0.0290\\2d3d0.0190\\2d4d0.0150\\3d4d0.0100\\1d5d0.0200\\表4中给出了采用传统方法和本发明对具体实施例的电压潮流计算结果，各vsc的电压调制比分别为t1＝0.9571，t2＝0.9571，t3＝0.9745，交流节点1注入的复功率为3.9398+j1.0381，功率因素为0.9670，交流节点2、3、7注入的无功功率分别为0.1587、0.2000、-0.0875，由直流节点1d注入vsc1的功率pd-1＝-1.0266，由交流节点9注入vsc1的功率pa-9＝1.0314，3个换流器的有功功率损耗分别为δpvsc1＝0.0048，δpvsc2＝0.0046，δpvsc3＝0.0037。表4中数据显示，传统方法和本发明的潮流计算结果完全吻合，证明了本发明的正确性和合理性。采用传统方法求解混合系统潮流计算，交、直流侧间经过4次的交替迭代，其中直流侧系统各次迭代次数分别为5、5、5、5，交流侧系统各次迭代次数分别为8、8、8、8，收敛总时间为1.399ms；而采用本发明求解混合系统潮流计算，交、直流侧间无需交替迭代，直流侧系统经过5次迭代收敛，交流侧系统经过8次迭代收敛，收敛总时间为0.965ms。表4基于ieee9节点改造的混合系统潮流计算结果在本算例中，采用本发明的迭代总次数为传统方法的25％，而收敛时间仅为传统方法的68.97％，可大大提高计算效率和收敛性能。传统方法和本发明在求解同一混合系统潮流计算时所呈现的迭代特性说明了本发明在解决混合系统潮流计算时显得更加高效和简捷。本发明公布了一种基于新型vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法，本发明中将vsc的有功损耗等效为直流的一条支路，并重新对交直流系统设定区分界限，在避免了交流潮流和直流潮流间多次交替迭代问题的同时也相应减少了混合系统潮流计算的计算量。本发明用于求解混合系统的潮流计算可大大减少计算量，提高计算效率，特别适合用于交直流混合系统的潮流计算。当前第1页12