交直流混联潮流计算的方法及其装置、存储介质及终端与流程

本发明实施例涉及电力系统潮流计算技术领域，尤其涉及一种交直流混联潮流计算的方法及其装置、存储介质及终端。

背景技术：

潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本计算。从电的产生到被负荷消耗的过程中流经输配电线中各节点的电压和/或功率等，可通过潮流计算的方式获得。当前，交直流混联电力系统潮流的计算方法主要有交替迭代法和联立求解法两大类。

交替迭代法的主要优点是主迭代中未改变原节点导纳矩阵和雅可比矩阵，只需要稍微修改节点功率平衡方程，易于与原有的潮流算法相结合而编程实现；而交替迭代法的缺点是新增元件装置的控制变量只在子迭代中被修正，而在主迭代过程中控制变量值保持子迭代中修正后的给定值不变，两部分迭代过程相交互所造成的差异使得全算法收敛特性变差，甚至发生数值振荡或者发散，导致算法不收敛，不再具有传统牛顿—拉夫逊法的二阶收敛特性。

联立求解法的优点是保留了传统潮流算法的收敛特性。联立求解法能够将求解系统运行状态变量的方程组与求解新增元件控制变量的方程组进行统一的联立迭代求解，具有传统牛顿—拉夫逊法的收敛特性；并且，联立求解法与原电网潮流计算相比，增加了新的状态变量和控制目标方程或内部约束方程，需要对原雅可比矩阵进行修改扩充。新增的控制变量要考虑初始值的选取，而牛顿—拉夫逊法的求解又对变量的初始值依赖较强，因此联立求解法也存在收敛速度减慢，收敛可靠性变差的问题。同时，新增控制目标方程与经典潮流方程的表达式差异较大，可能出现修正方程病态的情况。

技术实现要素：

针对上述存在问题，本发明实施例提供一种交直流混联潮流计算的方法及其装置、存储介质及终端，能够解决现有技术中潮流计算的收敛可靠性差、易出现修正方程病态的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种交直流混联潮流计算的方法，包括：

对交直流混联电力系统的直流网络求解电导矩阵，获取所述直流网络中任意两个换流器之间的电阻，或者获取各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻；

根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率；

获取各所述换流器的控制方式；

根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算所述换流器对交流电网的无功注入量；

根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量和所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

可选的，所述根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率，包括：

根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点参数；

根据所述节点参数，构建方程组，如下：

其中，vdk为与所述换流器对应的节点的直流电压，pdk为与所述换流器对应的节点的有功功率，idk为流入换流站k的直流电流，gkj为对应节点k和j之间的导纳矩阵元素，vdj为与换流器j连接的直流母线的电压，nc为所述直流网络中换流器的个数；

根据所述方程组，求解与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率。

可选的，在所述交直流混联电力系统的直流网络包括分层结构时，所述直流网络串联侧单个换流器输出的有功功率与所述换流器承受的电压占比成正比。

可选的，在所述交直流混联电力系统的直流网络包括分层结构时，满足如下关系：

其中，idi1和idi2分别为流经分层结构下换流站的高电压换流器的电流和低电压换流器的电流；id表示流经换流站整体的电流；vdr为直流网络送端电压；vdi1和vdi2分别表示分层结构下高、低电压换流器的直流电压；rd为直流线路的电阻；

所述根据所述方程组，求解与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率，具体为：

其中，kidk为换流器k在分层结构中的电压占比，pd为直流注入换流站的有功功率，vd为换流站所连接节点的直流电压，pidk为分层结构下换流器k所输出的有功功率，vidk为分层结构下换流器k所承受的直流电压。

可选的，所述换流器的控制方式包括第一类控制方式和第二类控制方式；

所述第一类控制方式包括恒定有功功率、恒定直流电压和恒定直流电流；

所述第二类控制方式包括恒定变压器变比和恒定换相角。

可选的，所述换流器的控制方式为所述第一类控制方式时，所述根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算所述换流器对交流电网的无功注入量，具体为：

其中，idk为流入换流器k的直流电流，pdk为所述有功功率，vdk为所述直流电压，为换流器功率因素，qdk为所述无功注入量。

可选的，所述换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定换相角的控制方式时，所述根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算与所述换流器对交流电网的无功注入量，具体为：

其中，vdk为直流输电电压，pdk为流入换流器k的有功功率，pidk为直流注入交流节点i的有功功率，θd为换流器的控制角，xc为换相电阻，ky为换流器常数，qdk为所述无功注入量。

可选的，所述换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，所述根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算与所述换流器对交流电网的无功注入量，具体为：

其中，vdk为直流输电电压，pdk为流入换流器k的有功功率，va为与换流器相连节点的电压幅值，kt为变压器变比，ky为换流器常数。

可选的，所述根据任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量以及所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，包括：

根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量以及所述换流器的控制方式，获取所述潮流计算过程中的所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量；

根据所述换流器的控制方式以及所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量，建立所述潮流计算的雅可比矩阵；其中，在所述换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定换相角的控制方式时，与所述换流器对应的节点的雅可比矩阵参数仅由交流网络参数求出；所述换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，与所述换流器对应的节点的雅可比矩阵参数由交流网络参数求出后进行修正；

根据所述雅可比矩阵，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

可选的，在所述换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，所述根据所述雅可比矩阵，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，还包括：

对所述雅可比矩阵元素lii进行修正，如下：

其中，i为与所述换流器连接的交流网路的节点；vi为对应节点i的电压幅值，gij和bij为导纳矩阵的实部与虚部，va为与所述换流器相连节点的电压幅值，vdk为直流输电电压，pdk为流入换流器k的有功功率，kt为变压器变比，ky为换流器常数，θij为节点i的控制角，h、n、l为所述雅可比矩阵的分块矩阵，δp为所述有功功率不平衡量，δq为所述无功注入量的不平衡量，δθ和δv为迭代过程中的变量的修正量。

可选的，所述通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，还包括：

判断所述潮流计算量是否满足收敛条件；

若是则完成潮流计算；

若否，则重新获取所述潮流计算过程中的所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种交直流混联潮流计算的装置，包括：

电阻获取模块，用于对交直流混联电力系统的直流网络求解电导矩阵，获取所述直流网络中任意两个换流器之间的电阻，或者获取各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻；

直流电压和有功功率获取模块，用于根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率；

控制方式获取模块，用于获取各所述换流器的控制方式；

无功注入量计算模块，用于根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算与所述换流器对交流电网的无功注入量；

潮流计算模块，用于根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流母线的电压、所述有功功率、所述无功注入量以及所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

第三方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述交直流混联潮流计算的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种终端，显示屏、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述交直流混联潮流计算的方法。

本发明实施例提供的一种交直流混联潮流计算的方法及其装置、存储介质和终端，通过分析交直流混联电力系统中各换流器的控制方式，获得相应的参数，以通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，能够避免因初值选取规模大、雅可比矩阵规模大，不利于计算的问题，从而使得交直流混联潮流计算的具有较好的收敛性，降低计算的复杂性，进一步提高计算速率、降低成本。

另外，本发明为了解决上述问题，还提出了一种计及直流分层结构交直流混联潮流计算的方法及系统，本发明通过将直流网络与交流网络的连接点等效为交流网络中的功率节点，使得潮流计算具有更好的收敛速度、收敛可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种计及直流分层结构交直流混联潮流计算的方法，根据换流站的控制方式完成直流网络的状态计算，将直流网络与交流网络的连接点等效为功率节点；使用牛顿—拉夫逊法计算潮流。

具体的，包括以下步骤：

对直流网络求解电导矩阵，得到每两个换流器间的电阻，或者与分层结构的直流电网连接点间的电阻值；

分析各换流器的控制方式，得到每个节点的电压和有功功率；

根据所得到的控制方式和各节点的电压和有功功率，计算对交流电网的无功注入量；

使用牛顿-拉夫逊法完成潮流计算，得到计算结果。

进一步的，依据换流器控制方式确定节点部分参数，继而构造方程组，以求解节点电压和有功功率为目标完成计算，具体方程组为：

其中：idi1，idi2分别表示流经分层结构下换流站的高、低电压换流器的电流；id表示流经换流站整体的电流；vdr表示直流网络送端电压；vdi1、vdi2分别表示分层结构下高、低电压换流器的直流电压；rd表示直流线路的电阻。

进一步的，串联侧单个换流器输出的有功功率与所述换流器承受的电压占比成正比。

进一步的，依据节点换流器的控制方式，即恒定换相角控制控制方式下使用式(2)，恒定变压器变比控制方式下使用式(3)完成对交流电网无功注入量的计算，有功注入量的计算通过直流网络状态计算得到；

其中：vdc为换流站所连接的直流网络节点电压；θd为换流器的控制角，即整流器的触发延迟角、逆变器的熄弧超前角；kt为变压器变比；xc为换相电阻；考虑到换相角的影响，引入了变量ky；为换流器从交流系统吸收有功功率(整流器为吸收，逆变器为发出)和无功功率对应的功率因素角；va为换流器连接的交流网络的电压幅值。

进一步的，涉及到分层结构时，根据分层的换流器电压占比完成功率节点的等效。

进一步的，计算对交流电网的无功注入量的具体过程包括：

(1)如果一个节点对应的换流器控制方式为恒定换相角，则使用公式(2)

计算无功注入量，接着转至步骤(3)；否则转至步骤(2)；

(2)如果一个节点对应的换流器控制方式为恒定变压器变比，则使用公式(3)计算无功注入量，并计算无功注入量对所对应交流电压的导数；

(3)如果存在分层结构，依据

计算各层对交流电网连接点的功率影响；

kidk为换流器k在分层结构中的电压占比，pd为直流注入换流站的有功功率，vd为换流站所连接节点的直流电压，pidk为分层结构下换流器k所输出的有功功率，vidk为分层结构下换流器k所承受的直流电压。

使用牛顿-拉夫逊法完成潮流计算的具体过程包括：

(a)设定交流网络初始值，求解潮流功率方程不平衡量；

(b)构造雅可比矩阵，流器控制方式为恒定换相角对应的节点所对应的雅可比矩阵参数仅由交流网络参数求出；换流器控制方式为恒定变压器变比对应的节点所对应的雅可比矩阵参数由交流网络参数求出后进行修正；

(c)完成交流网络参数修正，检查收敛条件，达到条件结束迭代，否则转步骤(a)。

更进一步的，修正的方式为：

其中：-vi∑j∈i，j≠ivj(gijsinθij-bijcosθij)+2vi²bii为传统纯交流潮流计算中雅可比矩阵元素l的计算式，vi为对应节点i的电压幅值，gij和bij为导纳矩阵的实部与虚部，va换流器相连节点的电压幅值，数值上与vi一致。

一种计及直流分层结构交直流混联潮流计算的系统，运行于处理器上，被配置为执行以下指令：

对直流网络求解电导矩阵，得到每两个换流器间的电阻，或者与分层结构的直流电网连接点间的电阻值；

分析各换流器的控制方式，得到每个节点的电压和有功功率；

根据所得到的控制方式和各节点的电压和有功功率，计算对交流电网的无功注入量；

使用牛顿-拉夫逊法完成潮流计算，得到计算结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明既克服了交替迭代法的交替迭代引起的收敛性变差问题，又避免了联立求解法所引起的初值选取、雅可比矩阵规模扩大问题；具有好的收敛性和迭代过程内存占用少双重优点。

2.本发明对于既有的纯交流潮流计算程序改动量小，节约软件更新成本。

3.本发明的技术思路完全适用于当前电网新型器件带来的新的网络组成的潮流计算，易于相关软件形成标准化处理。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种交直流混联潮流计算的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种分层结构的直流网络的电路结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种获取直流电压和有功功率的方法的流程图；

图4是本发明实施例体用的一种通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的又一种通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种交直流混联潮流计算的装置的结构框图；

图7为本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种交直流混联潮流计算的方法，该方法可适用于对交直流混联电力系统进行潮流计算的情况。本发明实施例提供的交直流混联潮流计算的方法可以由交直流混联潮流计算的装置来执行，该装置可由软件和/或硬件来实现。图1是本发明实施例提供的一种交直流混联潮流计算的方法的流程图。如图1，一种交直流混联潮流计算的方法包括：

s110、对交直流混联电力系统的直流网络求解电导矩阵，获取所述直流网络中任意两个换流器之间的电阻，或者获取各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻。

具体的，交直流混联电力系统包括直流网络和交流电网，直流网络与交流网络通过换流器相互连接，换流器能够将交流电网中的交流电信号转换为直流电信号后输入直流网络，换流器还能够使直流网络中的直流电信号转换为交流电信号后输入交流网络，因此交直流混联电力系统的换流器对交直流混联电力系统的稳定运行具有重要贡献。对于多端的直流网络，可通过求解该直流网络的电导矩阵，即可获得该直流网络中任意两个换流器之间的电阻。或者在交直流混联电力系统的直流网络存在分层结构时，还可通过求解该直流网络的电导矩阵，获得各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻。

s120、根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率。

具体的，直流网络参数通常包括电容、电感等参数值，但是在对交直流混联电力系统的稳定运行进行研究和分析时，通常只考虑直流网络的电阻特性，由直流网络的节点的导纳矩阵gd表示直流网络：

直流网络的节点的注入电流id可表示为：

id＝gdvd

式中id为直流网络的节点注入的直流电流，vd为直流网络的节点注入的直流电压。相应的，与换流器对应的节点的直流电压idk和有功功率pdk可通过下述方程组进行计算：

其中，vdk为与所述换流器对应的节点的直流电压，pdk为与所述换流器对应的节点的有功功率，idk为流入换流站k的直流电流，gkj为对应节点k和j之间的导纳矩阵元素，vdj为与换流器j连接的直流母线的电压，nc为所述直流网络中换流器的个数。

此外，在交直流混联电力系统的直流网络包括分层结构时，直流网络串联侧单个换流器输出的有功功率与所述换流器承受的电压占比成正比。图2是本发明实施例提供的一种分层结构的直流网络的电路结构示意图。如图2，在交直流混联电力系统的直流网络包括分层结构时，直流网络的节点的注入电流id还应满足如下关系：

其中，idi1和idi2分别为流经分层结构下换流站的高电压换流器的电流和低电压换流器的电流；id表示流经换流站整体的电流；vdr为直流网络送端电压；vdi1和vdi2分别表示分层结构下高、低电压换流器的直流电压；rd为直流线路的电阻。相应的，与换流器i对应的节点的直流电压vidk和有功功率pidk，具体为：

其中，kidk为换流器k在分层结构中的电压占比，pd为直流注入换流站的有功功率，vd为换流站所连接节点的直流电压，pidk为分层结构下换流器k所输出的有功功率，vidk为分层结构下换流器k所承受的直流电压。

s130、获取各所述换流器的控制方式。

具体的，对于传统的换相换流器，每个换流器有两个独立的控制变量。假定与换流器i相关的变压器抽头可以无缝调节，那么变压器的匝数比kti可以被线性控制。因此，与换流器i连接的直流母线的有功功率pdci、直流电压vdci和直流电流idci可被认为是第一类控制方式中的控制变量，该第一类控制方式可定义为d轴控制方式；而与换流器i相关的变压器的变压器变比(匝数比)kti和换流器i的控制角θi可被认为是第二类控制方式中的控制变量，该第二类控制方式可定义为e轴控制方式。相应的，换流器的控制方式可以分为第一类控制方式和第二类控制方式。

s140、根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算所述换流器对交流电网的无功注入量。

具体的，交直流混联电力系统的各换流器的控制方式不同，其对交流电网的无功注入量计算方式不同。换流器的控制方式可以分为第一类控制方式和第二类控制方式。其中，第一类控制方式包括恒定有功功率、恒定直流电压和恒定直流电流等，第二类控制方式包括恒定变压器变比和恒定换相角等，这里的换相角为换流器的控制角的一个确定值。

当换流器的控制方式为所述第一类控制方式时，根据直流电压、有功功率以及换流器的控制方式，计算换流器对交流电网的无功注入量，具体为：

其中，idk为流入换流器k的直流电流，pdk为有功功率，vdk为直流电压，为换流器功率因素，qdk为无功注入量。

当换流器的控制方式为第二类控制方式时，需将上述计算无功注入量的方程组与换流器的基本方程结合计算对应的无功注入量。换流器的基本方程如下：

其中，其中，vd*为直流输电电压的标幺值，id*为直流输电电流的标幺值，vs*为交流母线的线电压的标幺值，is*是注入换流器的基频交流电流，kt为变压器变比，θd为换流器的控制角，即整流器的触发延迟角、逆变器的熄弧超前角，为为换流器从交流系统吸收有功功率(整流器为吸收，逆变器为发出)和无功功率对应的功率因素角，xc*为换相电阻的标幺值，ky为换流器常数，考虑到换相角的影响，简化分析，近似取常数0.995。

当换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定换相角的控制方式时，根据直流电压、有功功率以及换流器的控制方式，计算与换流器对交流电网的无功注入量，依据上式可以得出：

其中，vdk为直流输电电压，pdk为流入换流器k的有功功率，pidk为直流注入交流节点i的有功功率，θd为换流器的控制角，xc为换相电阻，ky为换流器常数，qdk为所述无功注入量。

当换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，根据直流电压、有功功率以及换流器的控制方式，计算与换流器对交流电网的无功注入量，依据上式可以得出：

其中，vdk为直流输电电压，pdk为流入换流器k的有功功率，va为与换流器相连节点的电压幅值，kt为变压器变比，ky为换流器常数。

s150、根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量和所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

具体的，现有的牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，通常选取相应的初始值进行迭代计算，此时潮流计算的结果与初始值的选取有关，会因初始值选取规模大，而增加迭代次数，此时雅可比矩阵规模大，不利于计算。通过获取任意两个换流器之间的电阻或连接点间的电阻，再由换流器的控制方式计算直流电压、有功功率、所述无功注入量，通过牛顿-拉夫逊法完成交直流混联电力系统的潮流计算。

本发明实施例通过分析交直流混联电力系统中各换流器的控制方式，获得相应的参数，以通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，能够避免因初值选取规模大、雅可比矩阵规模大，不利于计算的问题，从而使得交直流混联潮流计算的具有较好的收敛性，降低计算的复杂性，进一步提高计算速率、降低成本。

可选的，在上述实施例的基础上，对获取直流电压和有功功率的具体方法进行了优化。图3是本发明实施例提供的一种获取直流电压和有功功率的方法的流程图。如图3，根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率，具体包括：

s131、根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点参数；

s132、根据所述节点参数，构建方程组，如下：

其中，vdk为与所述换流器对应的节点的直流电压，pdk为与所述换流器对应的节点的有功功率，idk为流入换流站k的直流电流，gkj为对应节点k和j之间的导纳矩阵元素，vdj为与换流器j连接的直流母线的电压，nc为所述直流网络中换流器的个数；

s133、根据所述方程组，求解与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率。

具体的，交直流混联电力系统的直流网络的结构不同，其换流器的对应的节点的直流电压和有功功率计算方式不同。对于一般的直流网络的换流器计算对应节点的直流电压和有功功率可由节点参数构建方程组：

从而根据上述方程组进行直流电压和有功功率的计算。

而对于分层结构的直流网络，其串联侧单个换流器输出的有功功率与所述换流器承受的电压占比成正比。可由下式：

进行直流电压和有功功率的计算。

可选的，在上述实施例的基础上，对通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算的方法进行了优化。图4是本发明实施例体用的一种通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算方法的流程图。如图4，根据任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量以及所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，具体包括：

s1511、根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量以及所述换流器的控制方式，获取所述潮流计算过程中的所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量；

s1512、根据所述换流器的控制方式以及所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量，建立所述潮流计算的雅可比矩阵；其中，在所述换流器的流器的控制方式为第二类控制控制方式，且为恒定换相角的控制方式时，与所述换流器对应的节点的雅可比矩阵参数仅由交流网络参数求出；所述换流器的控制方式为第二类控制变量的变压器变比的控制方式时，与所述换流器对应的节点的雅可比矩阵参数由交流网络参数求出后进行修正；

s1513、根据所述雅可比矩阵，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

具体的，在交直流混联电力系统中不同换流器具有不同的控制方式，且换流器对应节点的有功功率和无功注入量与该换流器的控制方式相关。例如，通常潮流计算迭代过程中，不平衡方程为：

其中，pidk和qidk均是标量，为正值，其±号的选择原则为整流侧选择正，逆变侧选择负；pis和qis为系统发电机与负荷节点总的注入功率；δij为节点i与j之间的相角差；gij和bij为导纳矩阵对应元素的实部与虚部。

构建雅可比矩阵如下：

其中，h、n、l为所述雅可比矩阵的分块矩阵，δp为所述有功功率不平衡量，δq为所述无功注入量的不平衡量，δθ和δv为迭代过程中的变量的修正量。

当节点对应的换流器控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，无功注入量计算公式如下：

此时，无功注入量的不平衡量应通过下式计算得出：

将所计算的无功注入量代入至雅可比矩阵中，通过牛顿-拉夫逊法完成交直流混联电力系统的潮流计算量。

可选的，在上述实施例的基础上，对通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算的方法可进行进一步的优化。图5是本发明实施例提供的又一种通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算方法的流程图。如图5，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，包括：

s1521、根据所述电阻、所述直流母线的电压、所述有功功率和所述无功注入量，获取所述潮流计算过程中的所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量；

s1522、根据所述换流器的控制方式以及所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量，建立所述潮流计算的雅可比矩阵；

s1523、在所述换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，对雅可比矩阵元素lii进行修正；

s1524、判断所述潮流计算量是否满足收敛条件；若是则转至s1525；若否则转至s1521，重新获取所述潮流计算过程中的所述有功功率的不平衡量和所述无功注入量的不平衡量。

s1525、完成潮流计算。

具体的，雅可比矩阵元素lii的计算公式如下：

而在换流器的控制方式为第二类控制方式，且为恒定变压器变比的控制方式时，还需对雅可比矩阵元素lii进行修正，如下：

其中，i为与换流器连接的交流网路的节点；vi为对应节点i的电压幅值，gij和bij为导纳矩阵的实部与虚部，va为与换流器相连节点的电压幅值，vdk为直流输电电压，pdk为流入换流器k的有功功率，kt为变压器变比，ky为换流器常数，θij为节点i的控制角，h、n、l为雅可比矩阵的分块矩阵，δp为有功功率不平衡量，δq为无功注入量的不平衡量，δθ和δv为迭代过程中的变量的修正量。

修正后需对潮流计算量的收敛性进行验证，在潮流计算量满足收敛条件时，结束潮流计算的迭代过程，输出相应的结果；而在潮流计算量不满足收敛条件时，需要重新计算潮流计算过程中的有功功率的不平衡量和无功注入量的不平衡量，直至潮流计算量满足收敛条件。

本发明实施例通过分析交直流混联电力系统中各换流器的控制方式，获得相应的参数，以通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，能够避免因初值选取规模大、雅可比矩阵规模大，不利于计算的问题，从而使得交直流混联潮流计算的具有较好的收敛性，降低计算的复杂性，进一步提高计算速率、降低成本。

本发明实施例还提供了一种交直流混联潮流计算的装置，该装置可适用于对交直流混联电力系统进行潮流计算的情况。本实施的交直流混联潮流计算的装置可由软件和/或硬件来实现。图6是本发明实施例提供的一种交直流混联潮流计算的装置的结构框图。如图6，交直流混联潮流计算的装置包括电阻获取模块61、控制方式获取模块62、直流电压和有功功率获取模块63、无功注入量计算模块64和潮流计算模块65。

所述电阻获取模块61，用于对交直流混联电力系统的直流网络求解电导矩阵，获取所述直流网络中任意两个换流器之间的电阻，或者获取各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻；

所述控制方式获取模块62，用于获取各所述换流器的控制方式；

所述直流电压和有功功率获取模块63，用于根据所述换流器的控制方式，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率；

所述无功注入量计算模块64，用于根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算与所述换流器对交流电网的无功注入量；

所述潮流计算模块65，用于根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流母线的电压、所述有功功率、所述无功注入量以及所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

本发明实施例通过分析交直流混联电力系统中各换流器的控制方式，获得相应的参数，以通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，能够避免因初值选取规模大、雅可比矩阵规模大，不利于计算的问题，从而使得交直流混联潮流计算的具有较好的收敛性，降低计算的复杂性，进一步提高计算速率、降低成本。

本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例体用的交直流混联潮流计算的方法，该方法包括：

对交直流混联电力系统的直流网络求解电导矩阵，获取所述直流网络中任意两个换流器之间的电阻，或者获取各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻；

根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率；

获取各所述换流器的控制方式；

根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算所述换流器对交流电网的无功注入量；

根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量和所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

存储介质——任何的各种类型的存储器设备或存储设备。术语“存储介质”旨在包括：安装介质，例如cd-rom、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如dram、ddrram、sram、edoram，兰巴斯(rambus)ram等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等。存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统。第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。术语“存储介质”可以包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的交直流混联潮流计算的方法的操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的交直流混联潮流计算的方法中的相关操作。

本发明实施例还提供了一种终端，该终端中可集成本发明实施例提供的交直流混联潮流计算的。图7为本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。如图7所示，该终端可以包括：显示器(图中未示出)、存储器101、中央处理器(centralprocessingunit，cpu)102(又称处理器，以下简称cpu)、电路板(图中未示出)和电源电路(图中未示出)。所述cpu102和所述存储器101设置在所述电路板上；所述电源电路，用于为所述终端的各个电路或器件供电；所述存储器101，用于存储计算机程序；所述cpu102读取并执行所述存储器101中存储的计算机程序。所述cpu102在执行所述计算机程序时实现以下步骤：对交直流混联电力系统的直流网络求解电导矩阵，获取所述直流网络中任意两个换流器之间的电阻，或者获取各分层结构的所述直流网络的连接点间的电阻；根据所述直流网络的结构，获取与所述换流器对应的节点的直流电压和有功功率；获取各所述换流器的控制方式；根据所述直流电压、所述有功功率以及所述换流器的控制方式，计算所述换流器对交流电网的无功注入量；根据所述任意两个换流器之间的电阻或所述连接点间的电阻以及所述直流电压、所述有功功率、所述无功注入量和所述换流器的控制方式，通过牛顿-拉夫逊法进行潮流计算。

应该理解的是，图示终端100仅仅是终端的一个范例，并且终端100可以具有比图中所示出的更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置。图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。终端800例如可以为计算机。

本发明实施例提供的终端，实现并行执行本发明任意实施例提供的交直流混联潮流计算的方法的操作，可以有效地对交直流混联电力系统进行潮流计算。

上述实施例中提供的交直流混联潮流计算的装置、存储介质及终端可执行本发明任意实施例所提供的交直流混联潮流计算的方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果。未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的交直流混联潮流计算的方法。

本发明实施例还提供了一种计及直流分层结构交直流混联潮流计算的方法，具体包括：

步骤1：对直流网络求解电导矩阵，得到每两个换流器间的电阻，或者与分层结构的直流电网连接点间的电阻值。

步骤2：分析各换流器的控制方式，通过下式

得到每个节点的电压和有功功率。

其中：idk为流入换流站k的直流电流，gkj为对应节点k，j之间的导纳矩阵元素。

步骤3：根据步骤2所得到的控制方式和各节点的电压和有功功率，计算对交流电网的无功注入量。

所述步骤3包括：

步骤3.1：如果一个节点对应的换流器控制方式为恒定换相角，则依据式(2)

计算无功注入量，接着转至步骤3.3；否则转至步骤3.2。

步骤3.2：如果一个节点对应的换流器控制方式为恒定变压器变比，则依据式(3)计算无功注入量，并计算依据下式

完成无功注入量对所对应交流电压的导数。

步骤3.3：如果存在分层结构，依据式(4)计算各层对交流电网连接点的功率影响。

步骤4：使用牛顿-拉夫逊法完成潮流计算。

所述步骤4包括：

步骤4.1：设定交流网络初始值，求解潮流功率方程不平衡量。

步骤4.2：构造雅可比矩阵如式

其中：j为雅可比矩阵；当换流器控制方式为恒定换相角时，对应的节点所对应的lii仅由交流网络参数求出；当换流器控制方式为恒定变压器变比时，对应的节点所对应的lii除了由交流网络参数求出，需要进一步根据(5)修正；δp，δq为功率方程不平衡量，δθ，δv为迭代过程中的变量的修正量。

步骤4.3：求得修正量，完成交流网络参数修正，检查收敛条件，达到条件结束迭代，否则转步骤4.1。

步骤5：输出结果。

具体的，直流网络建模

1)传统直流网络模型

在直流线路参数中，包含电容、电感等参数值。但潮流计算考虑的是稳态情况，故直流线路整体表现为电阻特性。使用节点导纳矩阵表示直流网络：

节点注入电流可以表示为：

id＝gdvd

式中id为直流节点注入电流，vd为直流电压。

换流器基本方程：

式中，小标*表示标幺值，vdci和idci分别是直流输电电压和电流；vi∠δsi是交流母线的线电压向量；ici是注入换流器的基频交流电流；nti是换流器所含桥的个数；kti为变压器变比；θi为换流器的控制角，即整流器的触发延迟角、逆变器的熄弧超前角；xci为换相电阻；考虑到换相角的影响，简化分析，近似取常数kγ＝0.995；为换流器从交流系统吸收有功功率(整流器为吸收，逆变器为发出)和无功功率对应的功率因素角。

2)直流分层结构的参与

简单的分层接入直流输电结构如图2所示；

分层接入方式直流输电的节点存在串联耦合，如图2中的直流节点1和直流节点2满足如下关系：

其中，各变量含义与式(1)一致。

串联侧单个换流器输出的有功功率与该换流器承受的电压占比成正比，即：

式中：kidk为换流器k在分层结构中的电压占比，pd为直流注入换流站的有功功率，vd为换流站所连接节点的直流电压，pidk为分层结构下换流器k所输出的有功功率，vidk为分层结构下换流器k所承受的直流电压。

3)换流站控制策略

对于传统的换相换流器，每个换流器有两个独立的控制变量。假定变压器抽头可以无缝调节，那么匝数比kt可以被线性控制。因此，直流母线有功功率pdc、直流电压vdc和直流电流idc被定义为d轴控制变量；变压器变比kt和换流器的控制角θ被称为e轴控制变量。

表1换流器控制策略

d轴控制：对于一个直流网络而言，必有一端换流器d轴控制为电压控制模式，而对于其他端换流器d轴控制无论是恒pdc还是恒idc，在已知直流网络电阻的情况下得到gkj，继而依据式(6)计算得到各端换流器的电压值和有功功率。

2)e轴控制：e轴控制存在两类：

①换流器选择恒定换相角：

抽出功率可以表示为：

其中：为换流器功率因素，vdk和idk为换流器所连接直流节点的电压和电流。

与式(9)联立可得:

②换流器选择恒定变压器变比：

将式(10)式(9)联立可得:

3.潮流计算

在潮流计算迭代过程中，不平衡方程为：

其中pidc，qidc均是标量，为正值，±号的选择：整流侧选择正，逆变侧选择负；pis和qis为系统发电机与负荷节点总的注入功率；δij为节点i与j之间的相角差；gij和bij为导纳矩阵对应元素的实部与虚部。

1)换流器e轴控制选择恒定换相角时，原潮流计算所用的雅可比矩阵无需变化。

2)换流器e轴控制选择恒定变压器变比时

在潮流计算迭代过程中，不平衡量与(11)一致。

雅可比矩阵做如下修改：

式中i对应的是换流器连接的交流节点；为传统纯交流潮流计算中雅可比矩阵元素l的计算式，vi为对应节点i的电压幅值，gij和bij为导纳矩阵的实部与虚部，va换流器相连节点的电压幅值，数值上与vi一致。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。