CN105140915A - 一种交直流并联系统线损优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交直流并联系统线损优化方法，其包括以下步骤：步骤1、计算直流线路输送功率的损耗率ξ_i；步骤2、计算直流系统损耗率η_i；步骤3、建立直流损耗值最小优化模型fmincon(x)；步骤4、建立交直流并联系统的总率损耗值最小优化模型fmincon(y)。本发明应用于交直流并联的跨区域输电系统中，在交、直流输电系统之间建立交直流总率损耗值最小寻优模型，能够准确计算交、直流系统最优功率分配，实现跨区域输电系统功率总损耗和总损耗率最小。

Description

一种交直流并联系统线损优化方法

技术领域

本发明涉及高压输电系统，具体涉及一种交直流并联线路损耗优化的方法。

背景技术

跨区域电能输送系统中交直流并联电网十分普遍，随着直流输电系统的快速发展，直流输电在跨区域送电中无论在规模上还是容量上都已超越交流系统。交直流并联系统不仅输电量巨大，同时产生的电能损耗也是巨大的，目前还没有行之有效的交直流并联输电系统线损优化方法。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种交直流并联系统线损优化方法，该方法在交、直流(输电)系统之间建立交直流总率损耗值最小寻优模型，能够准确计算交、直流系统最优功率分配，实现跨区域输电系统功率总损耗和总损耗率最小。

为了实现上述目的，本发明通过下列技术方案来实现：

一种交直流并联系统线损优化方法，适用于强直弱交的交直流并联系统，其包括以下步骤：

步骤1、计算直流线路输送功率的损耗率ξ_i：

${\mathrm{\ξ}}_i=\frac{{I_i}^2{R}_i}{U_i{I}_i}=\frac{I_i{R}_i}{U_i}=\frac{\frac{P_i}{2U_i}{R}_i}{U_i}=P_i\frac{R_i}{2{U_i}^2}---\left(1\right)$

其中：P_i为第i回直流线路的双极功率；R_i为第i回直流线路的单极线路电阻；U_i为第i回直流线路的单极电压；I_i为第i回直流线路的电流；1≤i≤n；n为直流线路的总回数；

步骤2、计算直流系统损耗率η_i：

${\mathrm{\η}}_i={\mathrm{\ξ}}_i/(1-{\mathrm{\λ}}_i)=P_i\frac{R_i}{2{U_i}^2}/(1-{\mathrm{\λ}}_i)---\left(2\right)$

λ_i为第i回直流线路的换流站损耗功率占该直流线路中直流系统总损耗百分比，通过结合工程经验和运行统计数据得出；

步骤3、建立直流损耗值最小优化模型fmincon(x)：

fmincon(x)＝min(x₁η₁+…+x_iη_i+…+x_nη_n)(3)

其中，x_i为第i回直流线路的直流输送功率，且满足x₁+…+x_i+…+x_n＝P_DC以及0≤x_i≤P(i)，P(i)为第i回直流线路的直流最大输送功率；P_DC为跨区域恒定直流输送总功率常量；

采用单纯型最优求解法对式(3)进行求解，计算出在跨区域恒定直流输送总功率一定情况下直流损耗最小的各回直流线路输送功率，寻求每回直流线路的最佳输送功率配置点；

步骤4、建立交直流并联系统的总率损耗值最小优化模型fmincon(y)：

fmincon(y)＝min[y(1)ρ(1)+y(2)ρ(2)](4)

y(1)、y(2)分别为直流系统和交流系统输送功率，y(1)＝P_DC，y(1)+y(2)＝P_total；ρ(1)、ρ(2)分别为直流系统损耗率和交流系统损耗率，其中，强直弱交流系统中交流系统的交流系统损耗率ρ(2)等于相同功率下直流系统中单回直流最小损耗率；P_total为整个交直流并联系统输送总功率，为恒定常量；

在强直弱交的交直流并联系统，交流系统的交流损耗值远小于直流系统的直流损耗值，因此，式(4)可以改写为：

fmincon(y)＝fmincon(x)+y(2)ρ(2)

(5)

＝fmincon(x)+(P_total-P_DC)×ρ(2)

通过式(5)获得整个交直流并联系统输送总功率恒定的情况下，该交直流并联系统的总率损耗最小值，以此确定交直流并联系统输送功率的最优配比。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、建立跨区域输电系统的直流损耗值最小寻优模型，能够准确计算直流系统最优功率分配，实现直流系统功率总损耗和总损耗率最小；

2、在交、直流输电系统之间的跨区域输电系统建立交直流总率损耗值最小寻优模型，能够准确计算交、直流系统最优功率分配，实现跨区域输电系统功率总损耗和总损耗率最小。

附图说明

图1是跨区域交直流并联系统的结构示意图；

图2是多回直流线路构成的直流系统的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

本发明通过协调交直流并联线路的有功传输功率，即通过调节交直流系统之间和直流系统内部的输送功率来降低整个跨区域电网电能有功损耗。

一种交直流并联系统线损优化方法，包括以下步骤：

1、直流内部输送功率优化协调。直流系统损耗主要集中在换流站和输电线路，如图2所示。

2、计算直流线路输送功率的损耗率ξ_i：

${\mathrm{\ξ}}_i=\frac{{I_i}^2{R}_i}{U_i{I}_i}=\frac{I_i{R}_i}{U_i}=\frac{\frac{P_i}{2U_i}{R}_i}{U_i}=P_i\frac{R_i}{2{U_i}^2}---\left(6\right)$

其中：P_i为第i回直流线路的双极功率；R_i为第i回直流线路的单极线路电阻；U_i为第i回直流线路的单极电压；I_i为第i回直流线路的电流；1≤i≤n；n为直流线路的总回数。

3、计算直流系统损耗率η_i，结合工程经验和运行统计数据得出换流站损耗功率占直流系统总损耗百分比λ，由此可得直流系统损耗率η_i

${\mathrm{\η}}_i={\mathrm{\ξ}}_i/(1-{\mathrm{\λ}}_i)=P_i\frac{R_i}{2{U_i}^2}/(1-{\mathrm{\λ}}_i)---\left(7\right)$

4、交直流并联系统之间输送功率优化协调，采用单纯型最优求解法(Simplex)，在保证交直流系统输送功率总量恒定的情况下，确定交直流功率最优配比来降低系统总损耗，降低系统损耗率。交直流并联系统的结构图如图1所示，基于总率损耗量最小Simplex寻优的数学模型如下。

$f\min con\left(y\right)=\left\{\begin{array}{c}\min \[y\left(1\right)\mathrm{\ρ}\left(1\right)+y\left(2\right)\mathrm{\ρ}\left(2\right)\]\\ y\left(1\right)+y\left(2\right)=P_{total}\\ 0\≤y\left(1\right)\≤y{\left(1\right)}_{\max },0\≤y\left(2\right)\≤y{\left(2\right)}_{max}\end{array}\right.---\left(8\right)$

上式(8)中：y(1)、y(2)分别为单个时段直流系统和交流系统输送功率，ρ(1)、ρ(2)分别为其直流和交流系统损耗率，其中，强直弱交流系统中交流系统的交流系统损耗率ρ(2)近似等于相同功率下直流系统中单回直流最小损耗率，y(1)_max、y(2)_max分别为直流、交流系统最大输送功率容量，P_total为交直流并联系统输送功率的总和，在该单个时段下为恒定常量。

5、建立直流损耗值最小寻优模型，并采用单纯型最优求解法(Simplex)，计算出在在直流系统输送功率一定情况下损耗最小的各回直流输送功率，寻求最佳功率配置点，基于直流功率损耗量最小寻优的数学模型如下。

$f\min con\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}\min \[\left(x_1{\mathrm{\η}}_1+...+x_i{\mathrm{\η}}_i+...+x_n{\mathrm{\η}}_n\right)\]\\ x_1+...+x_i+...+x_n=P_{DC}\\ 0\≤x\left(1\right)\≤P\left(1\right),0\≤x\left(i\right)\≤P\left(i\right),0\≤x\left(n\right)\≤P\left(n\right),i=1,2...n\end{array}\right.---\left(9\right)$

上式中：x_i为第i回直流线路的直流输送功率，η_i为第i回直流线路所在的直流系统损耗率，P(i)为第i回直流线路所在直流系统的最大输送功率，P_DC为特定时段下跨区域恒定直流总功率常量。

6、在强直弱交的交直流并联系统，交流系统的交流损耗值远小于直流系统的直流损耗值，通过公式(6)—(9)可明确跨区域输电系统交直流功率分配和直流系统内部功率最优分配，实现系统损耗率最小。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种交直流并联系统线损优化方法，适用于强直弱交的交直流并联系统，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、计算直流线路输送功率的损耗率ξ_i：

${\mathrm{\ξ}}_i=\frac{{I_i}^2{R}_i}{U_i{I}_i}=\frac{I_i{R}_i}{U_i}=\frac{\frac{P_i}{2U_i}{R}_i}{U_i}=P_i\frac{R_i}{2{U_i}^2}---\left(1\right)$

其中：P_i为第i回直流线路的双极功率；R_i为第i回直流线路的单极线路电阻；U_i为第i回直流线路的单极电压；I_i为第i回直流线路的电流；1≤i≤n；n为直流线路的总回数；

步骤2、计算直流系统损耗率η_i：

${\mathrm{\η}}_i={\mathrm{\ξ}}_i/(1-{\mathrm{\λ}}_i)=P_i\frac{R_i}{2{U_i}^2}/(1-{\mathrm{\λ}}_i)---\left(2\right)$

λ_i为第i回直流线路的换流站损耗功率占该直流线路中直流系统总损耗百分比，通过结合工程经验和运行统计数据得出；

步骤3、建立直流损耗值最小优化模型fmincon(x)：

fmincon(x)＝min(x₁η₁+…+x_iη_i+…+x_nη_n)(3)

其中，x_i为第i回直流线路的直流输送功率，且满足x₁+…+x_i+…+x_n＝P_DC以及0≤x_i≤P(i)，P(i)为第i回直流线路的直流最大输送功率；P_DC为跨区域恒定直流输送总功率常量；

采用单纯型最优求解法对式(3)进行求解，计算出在跨区域恒定直流输送总功率一定情况下直流损耗最小的各回直流线路输送功率，寻求每回直流线路的最佳输送功率配置点；

步骤4、建立交直流并联系统的总率损耗值最小优化模型fmincon(y)：

fmincon(y)＝min[y(1)ρ(1)+y(2)ρ(2)](4)

y(1)、y(2)分别为直流系统和交流系统输送功率，y(1)＝P_DC，y(1)+y(2)＝P_total；ρ(1)、ρ(2)分别为直流系统损耗率和交流系统损耗率，其中，强直弱交流系统中交流系统的交流系统损耗率ρ(2)等于相同功率下直流系统中单回直流最小损耗率；P_total为整个交直流并联系统输送总功率，为恒定常量；

在强直弱交的交直流并联系统，交流系统的交流损耗值远小于直流系统的直流损耗值，因此，式(4)可以改写为：

fmincon(y)＝fmincon(x)+y(2)ρ(2)

(5)

＝fmincon(x)+(P_total-P_DC)×ρ(2)

通过式(5)获得整个交直流并联系统输送总功率恒定的情况下，该交直流并联系统的总率损耗最小值，以此确定交直流并联系统输送功率的最优配比。