一种考虑静态安全约束的含mmc-hvdc交直流混合电网优化潮流计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统优化技术领域，特别是一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC 交直流混合电网优化潮流计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着IGBT等全控型电力电子器件的不断发展和日趋成熟，基于模块化多电平换流 器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性高压直流输电巧igh Voltage Direct Current,HVDC)已成为下一代直流输电的发展方向。模块化多电平换流器由于采用了多个 子模块串联构成换流阀，加上最近电平逼近调制策略的应用，使得阀组可W在较低的单元 件开关频率下获得很高的等效开关频率，显著改善了输出电压的波形，无需另外装设滤波 器。
[0003] 随着柔性直流输电技术在电力系统的逐步推广应用，含柔性直流的交直流混合系 统运行控制技术已得到研究人员的广泛关注。相比传统的相控换流器（Phase Control Converter，PCC)直流输电，柔性直流输电系统每个换流站可W独立调整有功功率和无功功 率，提高了电网控制运行灵活度，在实际运行中，如何在保障系统静态安全的前提下调整电 网中发电机组和柔性直流系统的有功及无功设定值，实现交直流混合电网的安全、优化运 行，是摆在电网运行和方式人员面前的一道亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合 电网优化潮流计算方法，该方法W系统网损最小和N-I故障后线路功率、节点电压不越限为 目标，设计一个交直流电网最优潮流与静态安全校核迭代修正的计算模型，通过求解电网 中发电机组W及柔性直流系统的有功功率及无功功率设定值，在满足N-I故障后线路功率、 节点电压不越限的前提下获得交直流混合电网的最优运行状态。
[000引本发明采用W下方案实现:一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网 优化潮流计算方法，具体包括W下步骤：
[0006] 步骤SI:获取含柔性直流的交直流混合电网相关参数，所述电网相关参数包括交 流侧电网各设备参数W及柔性直流换流站的参数；
[0007] 步骤S2:根据所述电网相关参数，初始化含MMC-HVDC交直流电网最优潮流模型的 各项参数:模型中自变量X、约束下限松弛变量1、约束上限松弛变量U赋初值，拉格朗日乘子 z、w、y赋初值，设定优化迭代收敛精度1(T6;静态安全校核的故障集SC包含交流电网各线路、 变压器、发电机、负荷单一开断故障W及柔性直流系统闭锁故障，初始化修正次数k = 0;
[0008] 步骤S3:应用原-对偶内点法求解步骤S2中的含匪C-HVDC交直流电网最优潮流模 型，获得电网中发电机组及柔性直流系统有功功率及无功功率最优设定值；
[0009] 步骤S4:基于所述故障集SC,对步骤S3的计算结果进行静态安全校核，判断最优潮 流计算结果是否存在N-I越限；
[0010] 步骤S5:若步骤S4中静态安全校核的结果不存在N-I越限，则优化计算结果满足静 态安全要求，获得满足电网安全要求的最优解，结束计算;若存在N-I越限，则进入步骤S6;
[0011] 步骤S6:结合静态安全校核结果，得到优化模型约束条件的修正策略，同时修正次 数 k=k+l;
[0012] 步骤S7:若k已达到最大次数限制kmax，则无法获得满足静态安全约束的最优解;否 则根据步骤S6得到的修正策略，对优化模型的相应约束条件进行修正，并返回步骤S3进行 下一次优化计算。
[0013] 进一步地，在步骤Sl中，获取的交流侧电网相关参数还包括:母线节点名称编号、 母线电压上下限约束、负荷有功及无功、各节点无功补偿容量、发电机组有功出力W及经济 参数、发电机有功无功上下限约束、线路W及主变首末端节点编号、线路及主变等值参数、 线路及主变传输功率约束;柔性直流换流站的参数包括:换流变电阻、换流变电抗、MMC换流 阀的有功损耗特性系数、MMC换流阀的有功及无功上下限约束、MMC换流阀的电压调制比和 直流电压上下限约束、换流站间直流线路电阻。
[0014] 进一步地，在步骤S2中，最优潮流模型为：
[0015] obj.minf(x)
[0016] s.t.h(x)=0 (I)
[0017] 卵
[0018] 其中X为最优潮流数学模型的优化变量，维度为n，f (X)为最优潮流模型的目标函 数，h(X)为等式约束合集，维度为m，g(X)为不等式约束合集，维度为S，gm、gM分别为不等式约 束的上下限值；
[0019] 其中，（1)式中目标函数f(x)的表达式为： A玄
[0020] IVo = Ya, (2) 仁1
[0021] 其中化1为交直流电网中第i台发电机组的有功出力，为交直流电网中发电机组 的数目；
[0022] 其中（1)式中优化变量X具体内容为：
[0023] x=[V,0,Pg,Qg,Pc,Qc,Vdc]^ (3)
[0024] 其中V、0分别为所有交流节点的电压幅值及相角，包括MMC换流阀交流侧节点;Pg、 Qg分别为电网中发电机有功及无功出力;Pc、Qc W及Vdc分别代表MMC换流阀的交流侧注入有 功、无功与直流侧节点电压;对一个含P个交流节点、q台发电机组、r个MMC换流站的系统，优 化变量X的维度是n =化+2q+化；
[0025] 其中（1)式中等式约束主要包括节点功率平衡方程，由于引入MMC换流阀注入功率 作为优化变量，节点功率方程可W针对交流节点和柔性直流节点分别列写，其中交流节点 功率平衡方程如下：
[0027] 终,'-化-a -!省K,[G"sin(6-0,:)-公"cos(6-r"] = 0 巧)
[0028] 其中P、Q、V分别代表交流节点的注入有功功率、注入无功功率及电压，下标gi、di W及Ci分别代表交流节点i连接的发电机、负荷W及匪C换流阀;Gij、Bu为交流节点i，j之间 线路导纳的实部、虚部，0i、0功交流节点i、j的相角；
[0029] MMC换流阀直流侧节点的有功平衡方程如下：
[0031 ]其中Ndc为MMC换流阀个数，Vdu、VDCk为换流阀j、k直流侧节点电压，YDUk为换流阀j、 k之间直流线路电导，Pcj、Qcj、Vcj分别为换流阀j的交流侧注入有功功率、无功功率及交流侧 节点电压，Ko、Ki、K2为换流阀有功损耗系数；
[0032] 为系统指定一个相角参考点，设定参考点相角为0,即：
[0033] 目 Siack = O (7)
[0034] (1)式中不等式约束包含交流侧电网及直流侧电网相关约束，其中交流侧电网约 束条件包括:节点电压幅值及相角约束，线路/变压器输送功率约束，发电机有功及无功出 力约束;直流侧电网约束条件包括:直流母线电压约束，换流阀容量约束，换流阀电压调制 比约束，直流线路输送功率约束。
[003引进一步地，所述步骤S3中所述应用原-对偶内点法求解步骤S2中的含MMC-HVDC交 直流电网最优潮流模型，步骤如下：
[0036] 步骤S31:构造式（1)的拉格朗日函数为： 厂 r
[0037] 正雌=/'树- / 新均-'.Z'除对一 f-名", ]-V [系脚:+化--."[X 111化)+ 艺虹(",)J (8) 钟 片
[003引其中，1 =山，…，ls]T、u=山，…，Usf为（1巧优化模型不等式约束的松弛变量，y = [yi，...，ym]T和Z = [Z1，...，Zs]T、W=[Wl，...，Ws]T是拉格朗日乘子；
[0039] 根据Karush-Kuhn-l'ucker定理，可得到最优解的KKT条件为： 尤峨=▽.>/0) - - ▽成对知 + W) = 0 王"客,' =及(X) = O
[0040] r 。 、9) L墙=Z-阵、I = A 苗 LZi - IJl = A Lag;:二-W -^U、I 二 Q => t/W7 1 八 / 二 0
[0041 ]其中L = diag(li,...,ls)，U = diag(ui,...,us)，Z = diag(zi,...,Zs)，W = diag (wi，'。，Ws)，1为单位矩阵，Lagx、Lagy、Lagz、Lagw、五傅f、.无铅f分别为式（8)拉格朗日函数 关于x、y、l、u、z