一种基于下垂控制的交直流配电网系统潮流计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配电网系统潮流计算方法，具体地说是一种基于下垂控制的交直 流配电网系统潮流计算方法，属于配电系统潮流计算技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济快速发展，日益增长的高密度负荷使得传统的交流配电网遇到了诸 多发展瓶颈。交流配电网将面临线路损耗大、供电走廊紧张，以及电压瞬时跌落、电压波动、 电网谐波、三相不平衡现象加剧等一系列电能质量问题。相关研究表明，直流配电网在输送 容量、可控性以及提高供电质量等方面具有比交流配电网更好的性能。采用直流配电技术 不仅可以在相同绝缘等级、相同电流密度情况下，提高供电容量，还可以快速独立地控制有 功、无功，保持供电电压稳定，并且能够有效隔离交流电网故障，能够满足用户越来越高的 电能质量要求。同时，直流配电网也为清洁能源、储能电站提供了良好的接入条件。直流配 电网系统的研究具有重要的社会意义和广泛的应用前景。目前，国内外柔性交直流配电网 及其工程化应用的研究均处于起步阶段，还存在大量的理论与技术问题有待解决。
[0003] 随着分布式发电技术的日益发展，越来越多的分布式电源接入导致配电网中存在 多个供电电源点，为达到多电源参与功率调节的目的，下垂控制被应用到换流器的控制系 统中，而在交直流配电系统中下垂控制的应用还存在诸多需要解决的问题。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于下垂控制的交直流配电网系统潮流 计算方法，通过避免潮流解偏离下垂曲线较大导致潮流不收敛的问题，能够有效提高潮流 计算在目前实际电网以及未来大电网的实用化水平。
[0005] 本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种基于下垂控制的交直流配电网系 统潮流计算方法，其特征是，包括以下步骤：
[0006] (1)进行下垂曲线的初始化计算；
[0007] (2)直流配电系统采用牛顿算法更新直流功率；
[0008] (3)根据更新后的直流功率求解交流配电系统中节点电压方程，将下垂特性引入 到交流配电系统中；
[0009] (4)判断交流潮流和直流潮流是否收敛，如果不收敛则转入步骤（2)继续进行迭 代计算，直至交流潮流和直流潮流同时收敛为止，同时输出结果。
[0010] 进一步地，在步骤（1)中，将换流器视作直流电压-无功功率控制模式，进行下垂 曲线的初始化计算。
[0011] 进一步地，在步骤（2)中，直流配电系统采用下垂控制的换流器纳入雅可比矩阵 进行统一迭代计算来修正电压，并根据下垂曲线更新直流功率。
[0012] 进一步地，在步骤（3)中，在交流配电系统中换流器取更新后的直流功率，采用高 斯算法将换流器视作有功功率-无功功率节点纳入节点电压方程统一迭代计算，将下垂特 性引入到交流配电系统中。
[0013] 更进一步地，所述进行下垂曲线的初始化计算的过程包括以下步骤：
[0014] 11)将换流器视作Udc-Q节点进行一次潮流计算，即将直流电压Udc和无功功率Q 作为已知量，求解有功功率、交流电压，其中Udc取给定的直流电压参考值Udcref ;
[0015] 12)所有节点电压满足
则直流潮流收敛后，其中，t^+1>为第i个 节点第k+Ι次迭代直流电压的计算结果，[/以为第i个节点第k次迭代直流电压的计算结 果，ε d。为给定的允许误差；
[0016] 直流潮流收敛后，计算采用下垂控制的换流器节点直流功率
取直流功率参考值Pref = Pdcm，其中，Pdail为第m个换流器的功率， Udail为第m个换流器的直流电压，j e m表示该节点与第m个换流器相连，U j为与换流器相 连的其他节点电压，Gnu为与换流器相连的节点电导，η表示共有η个直流节点；
[0017] 13)结合换流器给定下垂曲线的K、Udcref以及Pref确定下垂曲线，下垂曲线的 表达式为
式中K为下垂系数，Udcref为直流电压参考值，Pref为 直流功率参考值，Pdc为换流器直流功率。
[0018] 考虑到牛顿法对初值的敏感性，本发明采用了基于Udc-Q节点的下垂曲线初始化 处理方法，即考虑到直流系统没有无功功率的传输，先将换流器当作Udc-Q节点进行一次 计算，将直流潮流收敛后的有功功率作为参考值，由此确定下垂曲线，避免了潮流解偏离下 垂曲线较大导致潮流不收敛的问题。
[0019] 更进一步地，所述直流配电系统采用牛顿算法更新直流功率的过程包括以下步 骤：
[0020] 21)计算雅可比矩阵及节点功率差，形成如式（1)所示的修正方程：
[0022] 式中，APf ΔΡη为各节点的功率差，由各节点的电源注入功率减去负荷吸收功 率计算得出；Ui~U "为各节点电压，Δ U Δ U η为各节点电压残差，为待求变量；N η~N ηιη 为雅可比矩阵元素，
[0023] 对于考虑下垂控制的换流器节点采用式（2)进行计算，对于其他一般性节点采用 式⑶进行计算：
[0026] 式中，G11为i节点的自电导，G u为i节点与j节点之间的互电导；
[0027] 22)求解式（1)修正方程，求出各节点电压残差AU1- AUn，修正各节点直流电压
为第i个节点第k+Ι次迭代直流电压的计算结果，
为第i个节 点第k次迭代直流电压的计算结果；
[0028] 23)根据下垂曲线
更新换流器直流功率
[0029] 本发明采用牛顿法对直流系统进行求解，将采用下垂控制的换流器纳入到系统修 正方程中统一迭代，提高了算法的收敛性。
[0030] 更进一步地，所述求解交流配电系统中节点电压方程的过程包括以下步骤：
[0031] 31)忽略损耗的情况下更新交流功率，取换流器交流功率
[0032] 32)计算换流器节点注入电流
为换流器第 k+Ι次迭代电流计算结果，?/，为换流器第k次迭代电压计算结果；
[0033] 33)将换流器节点统一到交流配电系统节点电压方程
求解，其中， Ya"为交流配电系统第i节点的导纳，不随迭代过程改变，
为交流配电系统第i节点的 第k+Ι次电压迭代计算结果，为代求量，以广为交流配电系统第i节点的第k+Ι次电流计算 结果。
[0034] 本发明采用高斯算法对交流系统进行求解，在换流器功率更新时，通过取换流器 直流功率，将换流器的下垂特性引入到交流系统中。
[0035] 更进一步地，所述判断交流潮流和直流潮流是否收敛的过程包括以下步骤：
[0036] 41)判断方程各节点电压
是否成立，如果
成立则 直流配电系统潮流收敛，（乃),+11为第i个节点第k+Ι次迭代直流电压的计算结果，以为第 i个节点第k次迭代直流电压的计算结果，ε d。为给定的允许误差；
[0037] 42)判断方程
是否成立，如果成立则交流配电系统潮流收敛，其 中，为交流配电系统第i节点的第k+Ι次电压迭代计算结果/为交流配电系统第 i节点的第k次电压迭代计算结果，ε a。是给定的交流潮流迭代误差；
[0038] 43)如果直流配电系统潮流或交流配电系统潮流不收敛则返回直流潮流求解继续 进行迭代计算，直至交流潮流和直流潮流同时收敛为止，同时输出结果。
[0039] 通过对交流潮流和直流潮流的收敛判据进行判定，只有交直流同时收敛才停止计