CN106329511A - 一种直流电网潮流控制器的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流电网潮流控制器的配置方法，对系统潮流的运行空间进行了细致分析，考虑了支路载流量对其范围的影响，并提出了用于判断潮流运行空间是否变化和是否满足支路载流量要求的数学模型，该模型可用于直流电网潮流控制器接入位置的选择，当电网潮流本身能够满足系统安全运行的要求时，本发明提供的技术方案可使系统潮流的分布更加合理，从而提升系统经济性；当电网由于断线或故障等因素，无法满足系统安全运行的要求时，该方法不但可以通过系统潮流运行点的调节使系统满足安全运行的要求，还可在此基础上对系统潮流的分布进一步优化。

Description

一种直流电网潮流控制器的配置方法

技术领域

本发明涉及一种柔性直流输电技术的配置方法，具体讲涉及一种直流电网潮流控制器的配置方法。

背景技术

基于柔性直流输电的直流电网技术，在大规模分布式可再生能源接入、海洋群岛供电、海上风电场群集中送出、新型城市电网构建等方面，被认为是最有效的技术方案，已成为国际电力领域研究的热点。直流电网是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统，国际大电网会议(CIGRE)工作组B4.52的技术报告对直流电网所做的定义是：直流电网是由多个网状和辐射状联接的变换器组成的直流网络。由此可见，直流电网的特点是含有网孔和冗余，这大大提高了系统可靠性，但也为整个网络的电压控制提出了新的挑战。

在含有n个换流站的直流输电系统中，功率可调换流站的个数为n-1，则系统控制自由度为n-1，若系统的支路数b大于n-1，则系统潮流无法通过换流站的控制实现有效调节，即会出现系统自由度不够的情况。这种情况下，系统某些支路会因为得不到有效控制而出现过载跳闸，从而导致同一结点的其它线路因为电流突然增大而相继被切除，进而危及整个网络的安全。因此，需要引入额外的直流电网潮流控制设备，即直流潮流控制器，增加系统控制自由度，提高系统对潮流的有效控制能力。

由于直流电网中存在b条支路，潮流控制器的安装位置有b种可能，如何选择合适的安装位置，从而最大限度发挥潮流控制器的效用已成为需要迫切解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种直流电网潮流控制器的配置方法，当电网潮流本身能够满足系统安全运行的要求时，该方法可使系统潮流的分布更加合理，从而提升系统经济性；当电网由于断线或故障等因素，无法满足系统安全运行的要求时，该方法不但可以通过系统潮流运行点的调节使系统满足安全运行的要求，还可在此基础上对系统潮流的分布进一步优化。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种直流电网潮流控制器的配置方法，其改进之处在于，所述配置方法包括下述步骤：

1)判定潮流运行空间的变化；

2)判定支路载流量的约束。

进一步地，所述步骤1)中，直流电网潮流控制器接入后，支路k的电流i_k大小为q，则直流电网潮流计算的数学模型如下式①所示：

$\left\{\begin{array}{c}{I}^{\′}=Y^{\′}{A}^{\′}{\left(A^{\′T}{Y}^{\′}{A}^{\′}\right)}^{-1}{I^{\′}}_n\\ i_k=q\end{array}\right.$ ①；

其中：I'＝[i₁ … i_k i_k+1 … i_b]^T；

${I_n}^{\′}=\left[\begin{array}{c}{I}_{n1}-\underset{j=k+1}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j1}{i}_j\\ .\\ .\\ .\\ I_{n(n-1)}-\underset{j=k+1}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j(n-1)}{i}_j\end{array}\right];$

其中：I'为系统除直流电网潮流控制器控制支路以外的其余支路电流大小；Y'为除直流电网潮流控制器控制支路以外的其余支路导纳矩阵、A'为除直流电网潮流控制器控制支路以外的系统关系矩阵、I'_n表示计及直流电网潮流控制器影响的注入电流矩阵；r₁、...r_k、...r_b分别表示各支路的电阻大小；a_k(n-1)表示关系矩阵A’中的第k行，第n-1列上元素的大小；

直流电网潮流控制器能够使直流系统潮流运行空间由点变为集合意味着式①有意义，即矩阵A^'TY'A'可逆，当矩阵A'满秩时，即rank(A')＝n-1＝rank(A)；

当直流电网潮流控制器的接入位置有效时，满足如下式②：

||A^'TA'||≠0②；

否则，判定直流电网潮流控制器的接入位置无效，修改关系矩阵A。

进一步地，所述步骤2)中，根据直流电网中支路电流的限值约束得到，直流系统安全运行范围是b维向量空间中的紧集，设b维向量空间中的紧集为集合D1，则集合D1中的第j维向量d_j满足式③所述的约束条件：

i_jmin＜d_j＜i_jmax③；

其中：i_jmin和i_jmax分别为系统第j条支路的电流最小值和电流最大值；

根据直流电网中网络结构及参数对系统潮流的约束I＝YAU，直流电网潮流控制器接入后，设直流系统潮流的分布为满足式①所示条件的b维向量空间D2；

直流系统能够安全运行则D1和D2必须存在交集，即D1与D2的范数为0，即D1和D2满足下述约束条件：

||D1-D2||＝0④；

否则，判定直流电网潮流控制器的接入位置无效，修改潮流控制器接入位置。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1、本发明在深刻理解直流电网潮流控制器工作原理的基础上，对系统潮流的运行空间进行了细致分析，考虑了支路载流量对其范围的影响，并提出了用于判断潮流运行空间是否变化和是否满足支路载流量要求的数学模型，该模型可用于直流电网潮流控制器接入位置的选择。

2、当系统潮流能够满足支路载流量的要求时，该方法可使潮流的分布更加合理；当系统潮流无法满足支路载流量的要求时，该方法可使其在满足支路载流量要求的基础上合理分布。

附图说明

图1是本发明提供的直流电网潮流控制器的配置方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

根据直流电网潮流控制器的工作原理可知，直流电网潮流控制器的配置应首先保证系统潮流的分布能够从维向量空间的一个点变为含多个点的一个集合，即保证系统潮流运行具有优化空间；其次，当系统潮流不能满足线路载流量的要求时，应保证直流电网潮流控制器接入后支路电流能够满足载流量限值的要求，即支路电流限值构成的安全空间与网络约束构成的运行空间存在交集。

根据上述直流电网潮流控制器的作用目的进行函数构造，本发明提供一种直流电网潮流控制器的配置方法，其流程图如图1所示，其具体步骤包含以下两点：

1)潮流运行空间的变化判断：

此步骤利用网络中树图连通性的概念对能够影响潮流运行空间变化的支路特点进行说明，并通过矩阵的秩构造函数对其特点及作用进行判断。

在直流电网中，某些支路的电流仅与功率控制换流站的状态有关(如辐射状结构)，而与支路参数无关(支路开路情况除外)，改变这些支路的参数大小不能够改变系统潮流的分布，因此直流电网潮流控制器不能接在此位置。

假设直流电网潮流控制器接入后，支路k的电流大小为q，则直流电网潮流计算的数学模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}^{\′}=Y^{\′}{A}^{\′}{\left(A^{\′T}{Y}^{\′}{A}^{\′}\right)}^{-1}{I^{\′}}_n\\ i_k=q\end{array}\right.$ ①；

其中：I'＝[i₁ … i_k i_k+1 … i_b]^T；

${I_n}^{\′}=\left[\begin{array}{c}{I}_{n1}-\underset{j=k+1}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j1}{i}_j\\ .\\ .\\ .\\ I_{n(n-1)}-\underset{j=k+1}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j(n-1)}{i}_j\end{array}\right];$

其中：I'为系统除直流电网潮流控制器控制支路以外的其余支路电流大小；Y'为除直流电网潮流控制器控制支路以外的其余支路导纳矩阵、A'为除直流电网潮流控制器控制支路以外的系统关系矩阵、I'_n表示计及直流电网潮流控制器影响的注入电流矩阵；r₁、...r_k、...r_b分别表示各支路的电阻大小；a_k(n-1)表示关系矩阵A’中的第k行，第n-1列上元素的大小；

直流电网潮流控制器能够使系统潮流的运行空间由点变为集合意味着式①有意义，即矩阵A^'TY'A'可逆，也就是说，矩阵A'满秩，即rank(A')＝n-1＝rank(A)。从网络树图的角度来说，这意味着去掉含有直流电网潮流控制器的支路后，系统树图依然连通，即系统不会被分割为两个孤立的部分(若孤立部分为两个独立的电网，则系统换流站的控制方式改变，即系统的控制自由度会发生变化，因此本发明不做考虑)。

因此，若要使直流电网潮流控制器的接入位置有效，其应满足式②所示关系。

||A^'TA'||≠0②。

2)支路载流量的要求判断：

由于直流电网中各支路电流存在载流量的限制，潮流控制器还需要保证系统潮流的运行空间与支路载流量的限值空间存在交集，此步骤利用范数的概念对两个空间交集存在的情况下，系统潮流的特点进行了说明。

根据直流电网中各支路电流的限值约束可知，系统安全运行范围是b维向量空间中的一个紧集，不妨设此集合为D1，则D1中的第j维向量d_j应满足式③所述约束条件：

i_jmin＜d_j＜i_jmax③；

其中：i_jmin和i_jmax分别为系统第j条支路的电流最小值和电流最大值。

根据直流电网中网络结构及参数对系统潮流的约束I＝YAU可知，直流电网潮流控制器接入后，设系统潮流的分布应为满足式①所示条件的b维向量空间D2。

因此，系统能够安全运行意味着D1和D2必须存在交集，即D1与D2的范数为0，即D1和D2须满足条件：

||D1-D2||＝0④。

本发明提供的直流电网潮流控制器的配置方法，当电网潮流本身能够满足系统安全运行的要求时，该方法可使系统潮流的分布更加合理，从而提升系统经济性；当电网由于断线或故障等因素，无法满足系统安全运行的要求时，该方法不但可以通过系统潮流运行点的调节使系统满足安全运行的要求，还可在此基础上对系统潮流的分布进一步优化。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种直流电网潮流控制器的配置方法，其特征在于，所述配置方法包括下述步骤：

1)判定潮流运行空间的变化；

2)判定支路载流量的约束。

2.如权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述步骤1)中，直流电网潮流控制器接入后，支路k的电流i_k大小为q，则直流电网潮流计算的数学模型如下式①所示：

$\left\{\begin{array}{c}{I}^{\′}=Y^{\′}{A}^{\′}{\left(A^{\′T}{Y}^{\′}{A}^{\′}\right)}^{-1}{I^{\′}}_n\\ i_k=q\end{array}\right.$ ①；

其中：I'＝[i₁ … i_k i_k+1 … i_b]^T；

${I_n}^{\′}=\left[\begin{array}{c}{I}_{n1}-\underset{j=k+1}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j1}{i}_j\\ .\\ .\\ .\\ I_{n(n-1)}-\underset{j=k+1}{\overset{k+m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j(n-1)}{i}_j\end{array}\right];$

其中：I'为系统除直流电网潮流控制器控制支路以外的其余支路电流大小；Y'为除直流电网潮流控制器控制支路以外的其余支路导纳矩阵、A'为除直流电网潮流控制器控制支路以外的系统关系矩阵、I'_n表示计及直流电网潮流控制器影响的注入电流矩阵；r₁、...r_k、...r_b分别表示各支路的电阻大小；a_k(n-1)表示关系矩阵A’中的第k行，第n-1列上元素的大小；

直流电网潮流控制器能够使直流系统潮流运行空间由点变为集合意味着式①有意义，即矩阵A'^TY'A'可逆，当矩阵A'满秩时，即rank(A')＝n-1＝rank(A)；

当直流电网潮流控制器的接入位置有效时，满足如下式②：

‖A'^T A'‖≠0②；

否则，判定直流电网潮流控制器的接入位置无效，修改关系矩阵A。

3.如权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述步骤2)中，根据直流电网中支路电流的限值约束得到，直流系统安全运行范围是b维向量空间中的紧集，设b维向量空间中的紧集为集合D1，则集合D1中的第j维向量d_j满足式③所述的约束条件：

i_jmin＜d_j＜i_jmax ③；

其中：i_jmin和i_jmax分别为系统第j条支路的电流最小值和电流最大值；

根据直流电网中网络结构及参数对系统潮流的约束I＝YAU，直流电网潮流控制器接入后，设直流系统潮流的分布为满足式①所示条件的b维向量空间D2；

直流系统能够安全运行则D1和D2必须存在交集，即D1与D2的范数为0，即D1和D2满足下述约束条件：

‖D1-D2‖＝0 ④；

否则，判定直流电网潮流控制器的接入位置无效，修改潮流控制器接入位置。