一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法及装置与流程

本发明涉及交直流混联电网运行与稳定控制技术领域，尤其涉及一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法及装置。

背景技术：

随着我国特高压交直流工程相继投产，已形成具有一定规模的交直流混联电网，在因交流系统故障而引发的直流闭锁时，对送端系统将存在电压和频率升高，急需将剩余功率疏散转移；对受端系统则存在因电源缺额而导致的电压和频率降低，急需功率支援的现象。但，交直流混联电网的系统转动惯量相比传统电网却逐步减小，使系统存在稳定风险。分布式潮流控制器(distributedpowerflowcontroller,dpfc)是一种以低投入成本快速对电网参数进行调控的柔性交流输电设备，可以快速对电网潮流进行控制，提高交直流混联电网的稳定性。

dpfc的串联侧由多组变流器组成，但对分布式潮流控制器的潮流计算稳态模型，国内外目前均将分布式潮流控制器串联侧的多组变流器等效成一组，只看其整体效应。如果能知晓串联侧各组变流器的工作状态，知晓被控线路各段被补偿的状况，就可根据电网功率需求而对串联侧各组变流器分别进行出力控制，提升dpfc的整体工作效率，提高dpfc的使用效率，加强电网的快速潮流调控能力，保障电网的稳定运行。因此，研发能表征各组变流器功率调节特性的dpfc潮流计算稳态模型很有必要。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法及装置，可以对各组串联侧变流器分别控制，提高提高交直流混联电网的潮流快速调控能力。

根据本发明的一个方面，提供一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法，包括：

获取目标线路，在所述目标线路的首端和末端之间加入三组母线，并在所述目标线路的首端接入并联侧变流器，在所述目标线路和三组所述母线之间接入两组串联侧变流器，得到自定义模型；

将所述自定义模型的各个变流器等效为对应的电流源，得到等效模型；

构建两个串联侧变流器的注入电压与所述目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系，并转换得到两个串联侧变流器的注入电流；

构建并联侧变流器从所述目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向所述目标线路发出的有功功率之间的计算关系，并转换得到并联侧变流器的注入电流；

根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流在所述等效模型中的所述目标母线和三组所述母线处对应注入电流，得到潮流计算模型。

优选地，所述获取目标线路，在所述目标线路的首端和末端之间加入三组母线，并在所述目标线路的首端接入并联侧变流器，在所述目标线路和三组所述母线之间接入两组串联侧变流器，得到自定义模型具体为：

获取目标线路，在所述目标线路的首端和末端之间依次加入第一母线、第二母线和第三母线，并在所述目标线路的首端接入并联侧变流器，在所述目标线路的首端和所述第一母线之间接入一组串联侧变流器，在所述第二母线和所述第三母线之间接入一组串联侧变流器，得到自定义模型。

优选地，两个串联侧变流器的注入电压和阻抗均相同。

优选地，所述两个串联侧变流器的注入电压与所述目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系为：

式中，vse1q、vse2q分别为两个串联侧变流器的注入电压的横分量，vse1d、vse2d分别为两个串联侧变流器的注入电压的纵分量，kpp、kpq为比例系数，kip、kiq为积分系数，plref、qlref分别是目标线路的有功功率目标值和无功功率目标值，pl、ql为目标线路的有功功率和无功功率。

优选地，两个串联侧变流器的注入电流为：

式中，vse1x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1，vse2x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1，vse1y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1，vse2y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1，θ1为目标线路的首端的电压相角，xse1为两个串联侧变流器的阻抗。

优选地，并联侧变流器从所述目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向所述目标线路发出的有功功率之间的计算关系为：

psh＝pse1+pse2

式中，psh＝v1ishd，psh为联侧变流器从所述目标线路吸收的有功功率，pse1、pse2为两个串联侧变流器向所述目标线路发出的有功功率，v1为目标线路的首端的电压幅值，为两个串联侧变流器的注入电压，为目标线路的末端的电流的共轭值。

优选地，并联侧变流器的注入电流为：

ishx＝ishdcosθ1-ishqsinθ1

ishy＝ishdsinθ1+ishqcosθ1

式中，kpv为比例系数，kiv为积分系数，v1ref为目标线路的首端的电压目标值。

优选地，所述根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流在所述等效模型中的所述目标母线和三组所述母线处对应注入电流，得到潮流计算模型具体为：

根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流，依次向所述等效模型中的所述目标线路的首端、所述第一母线、述第二母线、所述第三母线对应注入电流，得到潮流计算模型。

优选地，向所述目标线路首端注入的电流为-(ishx+ise1x)-j(ishy+ise1y)，向所述第一母线注入的电流为ise1x+jise1y，向所述第二母线注入的电流为-(ise2x+jise2y)，向所述第三母线注入的电流为ise2x+jise2y。

根据本发明的另一方面，提供一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建装置，包括：

建模模块，用于获取目标线路，在所述目标线路的首端和末端之间加入三组母线，并在所述目标线路的首端接入并联侧变流器，在所述目标线路和三组所述母线之间接入两组串联侧变流器，得到自定义模型；

等效模块，用于将所述自定义模型的各个变流器等效为对应的电流源，得到等效模型；

第一构建模块，用于构建两个串联侧变流器的注入电压与所述目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系，并转换得到两个串联侧变流器的注入电流；

第二构建模块，用于构建并联侧变流器从所述目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向所述目标线路发出的有功功率之间的计算关系，并转换得到并联侧变流器的注入电流；

注入模块，用于根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流在所述等效模型中的所述目标母线和三组所述母线处对应注入电流，得到潮流计算模型。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法及装置，该方法包括：在目标线路的首端和末端之间加入三组母线，并在目标线路的首端接入并联侧变流器，在目标线路和三组母线之间接入两组串联侧变流器，得到自定义模型；将自定义模型的各个变流器等效为对应的电流源，得到等效模型；构建两个串联侧变流器的注入电压与目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系，并转换得到两个串联侧变流器的注入电流；构建并联侧变流器从目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率之间的计算关系，并转换得到并联侧变流器的注入电流；根据注入电流在等效模型中的目标母线和三组母线处对应注入电流，得到潮流计算模型。本发明通过提供一种分布式潮流控制器潮流计算模型，可以知晓被控线路的全线各段电压和潮流值，可以知晓每组变流器分别向线路注入的电压幅值和相角，可以知晓每组变流器向被控线路提供的能量支撑度和每组变流器的工作状态，故可以提高交直流混联电网的潮流快速调控能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建装置的一个实施例的结构示意图；

图3为自定义模型的示意图；

图4为自定义模型等效为电压源模型的示意图；

图5为等效模型的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法及装置，可以对各组串联侧变流器分别控制，提高提高交直流混联电网的潮流快速调控能力。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法的一个实施例，包括：

101、获取目标线路，在目标线路的首端和末端之间加入三组母线，并在目标线路的首端接入并联侧变流器，在目标线路和三组母线之间接入两组串联侧变流器，得到自定义模型；

如图3所示，获取目标线路bus1—bus2，在目标线路的首端bus1和末端bus2之间依次加入第一母线m1、第二母线m2和第三母线m3，并在目标线路的首端bus1接入并联侧变流器，在目标线路的首端bus1和第一母线m1之间接入一组串联侧变流器，在第二母线m2和第三母线m3之间接入一组串联侧变流器，得到自定义模型。

在图3中，v1为目标线路的首端的电压幅值，θ1为目标线路的首端的电压相角，xse1和xse2为两个串联侧变流器的阻抗，输电线路m1—m2与输电线路m3—bus2的阻抗相等，均为zl，pl+jql为目标线路的末端的潮流，为目标线路的末端的电流相量。

102、将自定义模型的各个变流器等效为对应的电流源，得到等效模型；

根据dpfc的工作原理，本发明实施例将上述自定义模型首先以等效电压源进行表示，如图4所示，其中，为并联侧等效电压源，接入至首端bus1上，xsh为并联侧变压器的阻抗，为两组串联侧等效电压源的电压相量。

然后，结合psasp中暂稳模型输出量的特点，采用电流注入法建立dpfc的潮流计算模型。因此，本发明实施例提出用如图5所示模型对图4所示dpfc电压源等效模型进行进一步等效，即得到本发明实施例的等效模型。

在图5中，psh为联侧变流器从目标线路吸收的有功功率，pse1、pse2为两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率，为并联侧的变流器的等效注入电流相量，分别为两组串联侧变流器的等效注入电流相量(为方便说明，以下均称为注入电流)。

103、构建两个串联侧变流器的注入电压与目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系，并转换得到两个串联侧变流器的注入电流；

在本发明实施例中，将两个串联侧变流器的注入电压和阻抗设置为相同参数，即：

xse1＝xse2(2)

故由图5可知，本发明中的两组串联侧变流器的注入电流分别为：

综合(1)～(4)可知：

dpfc串联侧是通过向系统注入电压来控制线路潮流的。可以分解为与同相位的纵分量vse1q、vse2q和与正交的横分量vse1d、vse2d，改变vse1q、vse2q就可以控制线路上有功功率，改变vse1d、vse2d就可以改变线路上的无功功率。而两组串联侧所控制的目标线路相同，故本发明将vse1q、vse2q、vse1d、vse2d用式(6)～(9)进行描述。

其中，vse1q、vse2q分别为两个串联侧变流器的注入电压的横分量，vse1d、vse2d分别为两个串联侧变流器的注入电压的纵分量，kpp、kpq为比例系数，kip、kiq为积分系数，plref、qlref分别是目标线路的有功功率目标值和无功功率目标值，pl、ql为目标线路的有功功率和无功功率。

取dpfc并联接入点母线电压与同步坐标轴d轴重合，经过xy坐标变换后，串联注入的电压相量的实部vse1x、vse2x和虚部vse1y、vse2y可表示为：

vse1x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1(10)

vse2x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1(11)

vse1y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1(12)

vse2y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1(13)

对公式(3)—(13)进行综合。则，两个串联侧变流器的注入电流的实部ise1x、ise2x和虚部ise1y、ise2y为：

式中，vse1x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1，vse2x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1，vse1y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1，vse2y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1，θ1为目标线路的首端的电压相角，xse1为两个串联侧变流器的阻抗。

104、构建并联侧变流器从目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率之间的计算关系，并转换得到并联侧变流器的注入电流；

根据瞬时功率理论，本发明实施例将psh、pse1和pse2分别表示如下：

psh＝v1dishd+v1qishq(18)

式中，v1d、v1q分别为的d轴分量和q轴分量，ishd、ishq分别为的d轴和q轴分量。psh为联侧变流器从目标线路吸收的有功功率，pse1、pse2为两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率，v1为目标线路的首端的电压幅值，为两个串联侧变流器的注入电压，为目标线路的末端的电流的共轭值，

取与同步坐标系中的d轴重合，则此时的d、q轴分量分别v1d＝v1、v1q＝0。

因此，公式(18)可以简化为：

psh＝v1ishd(21)

稳态时，dpfc并联侧换流器由系统吸收的有功功率等于串联侧换流器向系统发出的有功功率，即：

psh＝pse1+pse2(22)

因此，综合(1)、(19)、(20)，则有如下关系式：

pse1＝pse2(23)

由式(22)、(23)，本发明得到：

psh＝2pse1(24)

综合(19)、(21)、(24)，则可得到：

因为通过控制ishq可以控制无功功率，进而控制dpfc接入点的交流母线电压保持其恒定。故ishq可表示为：

式中，kpv为比例系数，kiv为积分系数，v1ref为目标线路的首端的电压目标值。

经过xy坐标变换，可得并联侧变流器的注入电流的实部分量ishx和虚部分量ishy为：

ishx＝ishdcosθ1-ishqsinθ1(27)

ishy＝ishdsinθ1+ishqcosθ1(28)

105、根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流在等效模型中的目标母线和三组母线处对应注入电流，得到潮流计算模型。

在本实施例中，根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流，依次向等效模型中的目标线路的首端bus1、第一母线m1、述第二母线m2、第三母线m3对应注入电流，得到潮流计算模型。

更进一步地，向目标线路首端bus1注入的电流为-(ishx+ise1x)-j(ishy+ise1y)，向第一母线m1注入的电流为ise1x+jise1y，向第二母线m2注入的电流为-(ise2x+jise2y)，向第三母线m3注入的电流为ise2x+jise2y。

本发明通过提供一种分布式潮流控制器潮流计算模型，可以知晓被控线路的全线各段电压和潮流值，可以知晓每组变流器分别向线路注入的电压幅值和相角，可以知晓每组变流器向被控线路提供的能量支撑度和每组变流器的工作状态，故可以提高交直流混联电网的潮流快速调控能力。

以上是对本发明提供的一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建方法进行的详细说明，以下将对本发明提供的一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建装置的结构和连接关系进行说明，请参阅图2，本发明提供的一种分布式潮流控制器潮流计算模型构建装置的一个实施例，包括：

建模模块201，用于获取目标线路，在目标线路的首端和末端之间加入三组母线，并在目标线路的首端接入并联侧变流器，在目标线路和三组母线之间接入两组串联侧变流器，得到自定义模型；

等效模块202，用于将自定义模型的各个变流器等效为对应的电流源，得到等效模型；

第一构建模块203，用于构建两个串联侧变流器的注入电压与目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系，并转换得到两个串联侧变流器的注入电流；

第二构建模块204，用于构建并联侧变流器从目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率之间的计算关系，并转换得到并联侧变流器的注入电流；

注入模块205，用于根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流在等效模型中的目标母线和三组母线处对应注入电流，得到潮流计算模型。

更进一步地，建模模块201还用于获取目标线路，在目标线路的首端和末端之间依次加入第一母线、第二母线和第三母线，并在目标线路的首端接入并联侧变流器，在目标线路的首端和第一母线之间接入一组串联侧变流器，在第二母线和第三母线之间接入一组串联侧变流器，得到自定义模型。

更进一步地，两个串联侧变流器的注入电压和阻抗均相同。

更进一步地，两个串联侧变流器的注入电压与目标线路的有功功率和无功功率之间的计算关系为：

式中，vse1q、vse2q分别为两个串联侧变流器的注入电压的横分量，vse1d、vse2d分别为两个串联侧变流器的注入电压的纵分量，kpp、kpq为比例系数，kip、kiq为积分系数，plref、qlref分别是目标线路的有功功率目标值和无功功率目标值，pl、ql为目标线路的有功功率和无功功率。

更进一步地，两个串联侧变流器的注入电流为：

式中，vse1x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1，vse2x＝vse1dcosθ1-vse1qsinθ1，vse1y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1，vse2y＝vse1dsinθ1+vse1qcosθ1，θ1为目标线路的首端的电压相角，xse1为两个串联侧变流器的阻抗。

更进一步地，并联侧变流器从目标线路吸收的有功功率与两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率之间的计算关系为：

psh＝pse1+pse2

式中，psh＝v1ishd，psh为联侧变流器从目标线路吸收的有功功率，pse1、pse2为两个串联侧变流器向目标线路发出的有功功率，v1为目标线路的首端的电压幅值，为两个串联侧变流器的注入电压，为目标线路的末端的电流的共轭值。

更进一步地，并联侧变流器的注入电流为：

ishx＝ishdcosθ1-ishqsinθ1

ishy＝ishdsinθ1+ishqcosθ1

式中，kpv为比例系数，kiv为积分系数，v1ref为目标线路的首端的电压目标值。

更进一步地，注入模块205还用于根据两个串联侧变流器的注入电流、并联侧变流器的注入电流，依次向等效模型中的目标线路的首端、第一母线、述第二母线、第三母线对应注入电流，得到潮流计算模型。

更进一步地，向目标线路首端注入的电流为-(ishx+ise1x)-j(ishy+ise1y)，向第一母线注入的电流为ise1x+jise1y，向第二母线注入的电流为-(ise2x+jise2y)，向第三母线注入的电流为ise2x+jise2y。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。