CN107959292B - 基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法 - Google Patents

基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107959292B
CN107959292B CN201711304461.8A CN201711304461A CN107959292B CN 107959292 B CN107959292 B CN 107959292B CN 201711304461 A CN201711304461 A CN 201711304461A CN 107959292 B CN107959292 B CN 107959292B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
direct current
flow calculation
converter
load flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711304461.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107959292A (zh
Inventor
王淳
陈宇杰
伍惠铖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN201711304461.8A priority Critical patent/CN107959292B/zh
Publication of CN107959292A publication Critical patent/CN107959292A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107959292B publication Critical patent/CN107959292B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

一种基于电压源换流器的交直流混合系统潮流计算方法，包括：输入系统原始数据和对变量的初始化；建立VSC潮流计算模型；直流侧系统潮流计算；交流侧系统潮流计算；混合系统潮流计算结束，输出数据。本发明大大减少了混合系统的变量和方程个数，同时还能有效避免采用交替迭代法求解混合系统潮流计算时交直流系统间多次交替迭代问题。与现有VSC潮流计算模型相比，本发明用于求解混合系统潮流计算时，可大大减少计算量，从而提高潮流计算的效率。适合用于交直流混合系统的潮流计算。

Description

基于VSC潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法
技术领域
本发明属于电力系统分析技术领域。
背景技术
直流技术在地下城市输电、海底电缆输电、分布式电源并网、系统多方式运行切换等方面具有突出的优势，同时其在电压变换方面的劣势也由于电力电子技术的不断发展和日臻完善得到了明显改善，尤其是电压源换流器的出现，因此基于VSC的直流电网将是未来电网的一个发展趋势，而包含VSC的交直流混合系统(包括交流侧系统、直流侧系统和电压源换流器三部分，其中交流侧系统和直流侧系统通过电压源换流器连接)潮流计算将成为一项重要的研究内容。由于单纯的交流系统潮流计算和直流系统潮流计算方法已经较为成熟，因此建立一个高效的VSC潮流计算模型将是解决混合系统潮流计算的关键。
现有交直流混合系统包括混合输电网、混合配电网以及近年来迅速发展起来的混合微电网三大典型系统，求解这些交直流混合系统的潮流计算的方法可分为两大类：交替迭代法和统一求解法。交替迭代法由于处理VSC控制策略的灵活性以及对单侧潮流计算方法的良好继承性而被广泛采纳。但该方法在现有VSC潮流计算模型下用于求解交直流混合系统潮流计算时有一个共同缺点：交直流混合系统潮流计算需要多次交替迭代才能完成，而每一次的单侧交流或直流潮流计算都需多次迭代才能完成，降低了潮流计算的效率。有学者通过调整VSC的有功控制参量，成功地避开了交流潮流和直流潮流的多次交替迭代，但这种调整方法需对换流器采用定无功控制策略的交流出口节点无功方程另做额外处理，在混合系统换流器数目较多的场合，系统的方程和变量会大大增加；此外，要精确地调整换流器的有功控制参量，也显得十分困难。
发明内容
本发明的目的在于针对现有VSC潮流计算模型用于求解混合系统潮流计算的不足，对VSC潮流计算模型进行重塑，公布了一种基于VSC潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法。本发明能够避免交直流系统间多次交替迭代问题，同时大大减少混合系统的潮流计算量。
一种基于VSC潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法，只需首先建立VSC潮流计算模型，然后根据待求解交直流混合系统单侧子系统的网络特性选择相应的求解方法，然后按顺序分别进行一次直流侧潮流计算和交流侧潮流计算即可，具体的步骤包括：
步骤1：输入系统原始数据和对变量的初始化；
步骤2：建立VSC潮流计算模型；
本发明所述VSC潮流计算模型是将电压源换流器等效为一个理想换流器和一条直流侧的换流器支路的串联组合。其中，理想换流器可无损耗的传递交直流系统间的能量；换流器支路用于模拟能量流过换流器的损耗。所述VSC潮流计算模型具体为：
(1)在直流侧系统增加一个直流节点t，该节点位于理想换流器和换流器支路之间。
(2)理想换流器的两端分别为交流节点f和直流节点t，换流器支路的两端分别为直流节点t和直流节点h，理想换流器和换流器支路通过直流节点t连接。
模型中，Ud-t为直流节点t的电压，Pd-t为由直流节点t注入理想换流器的功率；交流节点f为电压源换流器与交流侧系统的公共连接点，Ua-f为交流节点f的基波电压向量，Pa-f+jQa-f为由交流节点f注入电压源换流器的复功率；直流节点h为电压源换流器与直流侧系统的公共连接点，Ud-h为直流节点h的电压，Pd-h为由节点h注入换流器的功率；换流器支路的支路电阻为R′。
基于本发明VSC潮流计算模型，在交直流混合系统潮流计算时可做如下处理：
(1)将理想换流器作为交、直流侧系统的划分界限，即理想换流器的两侧分别为交流侧系统和直流侧系统。
(2)将换流器支路计入原有的直流侧系统，交流侧系统与原系统相同。
(3)将Pa-f处理为交、直流两侧系统的线路传输有功功率，对单侧系统均可视为相应节点的负荷或电源。
(4)将Qa-f处理为交流节点f的无功负荷，模拟电压源换流器吸收的无功功率。
步骤3：直流侧系统潮流计算；
根据选用的直流潮流算法步骤进行直流侧潮流计算即可，但需注意：换流器采用定Pa-f控制策略时，可根据式(1)确定换流器直流节点t的负荷功率；换流器采用定Ud-h控制策略时，直流节点h作为直流侧系统的平衡节点，连同直流节点t都不必参与直流侧潮流计算，直流节点t注入理想换流器的功率Pd-t和电压Ud-t在直流侧潮流计算完成后，分别采用式(2)和式(3)计算得到。
Pd-t＝-Pa-f (1)
Figure GDA0002809348710000021
Figure GDA0002809348710000022
式中，ΔPVSC k为VSC k有功损耗，ΔUd-t为节点t和节点h之间的电压损耗。
步骤4：交流侧系统潮流计算；
根据选用的交流潮流算法步骤进行交流侧潮流计算即可，但需注意：换流器采用定Pa-f控制策略时，Pa-f作为交流节点f的有功负荷；换流器采用定Ud-h控制策略的换流器，Pa-f需根据式(4)确定，Pa-f仍作为交流节点f的有功负荷；换流器定Qa-f控制策略时，Qa-f作为交流节点f的无功负荷；换流器采用定Ua-f控制策略时，交流节点f视为PV节点处理。
Pa-f＝-Pd-t (4)
步骤5：混合系统潮流计算结束，输出数据；
所得结果直接为交直流混合系统各节点的电压量，各换流器的有功损耗和电压调制比可分别采用式(5)和式(6)计算得到，同时可进一步求出混合系统的功率分布和网损。
Figure GDA0002809348710000031
Figure GDA0002809348710000032
式中，μk为直流电压吸收比，Tk为VSC k的电压调制比，Ua-f为Ua-f的电压幅值。
本发明的有益效果是：
(1)本发明对于采用定Ud-h控制策略的换流器，直流节点h在直流侧系统中充当平衡节点的角色，连同与它连接的换流器直流出口节点t都不必参与直流侧潮流计算，可减少潮流方程数目。
(2)现有VSC潮流计算模型中，一个换流器将在交流侧增加一个交流节点；而本发明所述的VSC潮流计算模型中，一个换流器将在直流侧增加一个直流节点。在不考虑VSC控制策略的影响下，对含L个VSC的混合系统，现有VSC潮流计算模型中系统功率方程和变量增加2L个，而本发明所述的VSC潮流计算模型中系统功率方程和变量增加L个，仅为现有VSC潮流计算模型的1/2。因此本发明所述的VSC潮流计算模型的计算量要小得多。
(3)本发明所述的VSC潮流计算模型中，节点f变成了换流器的交流出口节点，使得换流器的有功控制参量Pa-f直接成为交直流两侧系统的有功传输功率，从而避免了交直流两侧系统间的多次交替迭代，直流侧潮流和交流侧潮流只需依次进行一次即可得到准确的潮流计算结果，大大提高了潮流计算的效率。
附图说明
图1为现有VSC潮流计算模型的示意图。
图2为本发明VSC潮流计算模型的示意图。
图3为本发明的具体实施例中的基于IEEE9节点改造的混合系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在输电网典型测试系统IEEE9节点系统基础上增加一个5节点的环形直流环节，同时对IEEE9节点系统的节点注入功率进行了调整，形成一个含3个VSC的基于IEEE9节点改造的混合系统，如附图3所示，以此作为本发明的具体实施例。为了验证本发明的有效性，同时选用传统方法(VSC潮流计算模型选用现有VSC潮流计算模型，交直流侧模型与本发明相同)和本发明对具体实施例进行了潮流计算。其中，交流侧潮流计算采用PQ分解法，直流侧潮流计算采用牛顿法。
各VSC的控制策略及参数如表1所示，取所有VSC的直流电压吸收比为1。改造的混合系统节点和支路数据分别见表2、表3所示。其中，节点1为交流侧系统的平衡节点，节点2、3为PV节点，其电压幅值给定值分别为Ua-1＝1.0400，Ua-2＝1.0250，Ua-3＝1.0250。同时，由于VSC的控制作用使得直流节点1d作为直流侧系统的平衡节点，电压给定值为Ud-1＝1.0451，交流节点7作为交流侧系统的PV节点，电压幅值给定值为Ua-7＝1.0150。
表1 VSC的控制策略及参数
Figure GDA0002809348710000041
表2基于IEEE9节点改造的混合系统节点数据
节点 注入有功功率/p.u. 注入无功功率/p.u.
1 \ \
2 1.0000 \
3 0.8500 \
4 -1.3000 -0.4000
5 0.0000 0.0000
6 -0.9000 -0.3000
7 0.0000 \
8 -0.6000 -0.2000
9 0.0000 0.0000
1d \ \
2d 0.6000 \
3d 0.5000 \
4d 1.0000 \
5d 0.8000 \
表3基于IEEE9节点改造的混合系统支路数据
首段节点 末端节点 r/p.u. x/p.u. b/p.u.
1 4 0.0000 0.0576 0.0000
4 5 0.0170 0.0920 0.0790
5 6 0.0390 0.1700 0.1790
3 6 0.0000 0.0586 0.0000
6 7 0.0119 0.1008 0.1045
7 8 0.0085 0.0720 0.0745
8 2 0.0000 0.0625 0.0000
8 9 0.0320 0.1610 0.1530
9 4 0.0100 0.0850 0.0880
1d 2d 0.0310 \ \
1d 3d 0.0290 \ \
2d 3d 0.0190 \ \
2d 4d 0.0150 \ \
3d 4d 0.0100 \ \
1d 5d 0.0200 \ \
表4中给出了采用传统方法和本发明对具体实施例的电压潮流计算结果，各VSC的电压调制比分别为T1＝0.9571，T2＝0.9571，T3＝0.9745，交流节点1注入的复功率为3.9398+j1.0381，功率因素为0.9670，交流节点2、3、7注入的无功功率分别为0.1587、0.2000、-0.0875，由直流节点1d注入VSC1的功率Pd-1＝-1.0266，由交流节点9注入VSC1的功率Pa-9＝1.0314，3个换流器的有功功率损耗分别为ΔPVSC1＝0.0048，ΔPVSC2＝0.0046，ΔPVSC3＝0.0037。
表4中数据显示，传统方法和本发明的潮流计算结果完全吻合，证明了本发明的正确性和合理性。
采用传统方法求解混合系统潮流计算，交、直流侧间经过4次的交替迭代，其中直流侧系统各次迭代次数分别为5、5、5、5，交流侧系统各次迭代次数分别为8、8、8、8，收敛总时间为1.399ms；而采用本发明求解混合系统潮流计算，交、直流侧间无需交替迭代，直流侧系统经过5次迭代收敛，交流侧系统经过8次迭代收敛，收敛总时间为0.965ms。
表4基于IEEE9节点改造的混合系统潮流计算结果
Figure GDA0002809348710000061
在本算例中，采用本发明的迭代总次数为传统方法的25％，而收敛时间仅为传统方法的68.97％，可大大提高计算效率和收敛性能。传统方法和本发明在求解同一混合系统潮流计算时所呈现的迭代特性说明了本发明在解决混合系统潮流计算时显得更加高效和简捷。
本发明公布了一种基于电压源换流器的交直流混合系统潮流计算方法，本发明中将VSC的有功损耗等效为直流的一条支路，并重新对交直流系统设定区分界限，在避免了交流潮流和直流潮流间多次交替迭代问题的同时也相应减少了混合系统潮流计算的计算量。本发明用于求解混合系统的潮流计算可大大减少计算量，提高计算效率，特别适合用于交直流混合系统的潮流计算。

Claims (1)

1.一种基于VSC潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1：输入系统原始数据和对变量的初始化；
步骤2：建立VSC潮流计算模型；
(1)在直流侧系统增加一个直流节点t，该节点位于理想换流器和换流器支路之间；
(2)理想换流器的两端分别为交流节点f和直流节点t，换流器支路的两端分别为直流节点t和直流节点h，理想换流器和换流器支路通过直流节点t连接；
模型中，Ud-t为直流节点t的电压，Pd-t为由直流节点t注入理想换流器的功率；交流节点f为电压源换流器与交流侧系统的公共连接点，Pa-f+jQa-f为由交流节点f注入电压源换流器的复功率；直流节点h为电压源换流器与直流侧系统的公共连接点，Ud-h为直流节点h的电压，Pd-h为由节点h注入电压源换流器的功率；换流器支路的支路电阻为R′；
在交直流混合系统潮流计算时作如下处理：
(1)将理想换流器作为交、直流侧系统的划分界限；
(2)将换流器支路计入原有的直流侧系统，交流侧系统与原系统相同；
(3)将Pa-f处理为交、直流两侧系统的线路传输有功功率，对单侧系统均视为相应节点的负荷或电源；
(4)将Qa-f处理为交流节点f的无功负荷，模拟电压源换流器吸收的无功功率；
步骤3：直流侧系统潮流计算；
电压源换流器采用定Pa-f控制策略时，根据式(1)确定理想换流器直流节点t的负荷功率；电压源换流器采用定Ud-h控制策略时，直流节点h作为直流侧系统的平衡节点，连同直流节点t都不必参与直流侧潮流计算，直流节点t注入理想换流器的功率Pd-t和电压Ud-t在直流侧潮流计算完成后，分别采用式(2)和式(3)计算得到；
Pd-t＝-Pa-f (1)
Figure FDA0002809348700000011
Figure FDA0002809348700000012
式中，ΔPVSCk为第k个电压源换流器的有功损耗，ΔUd-t为节点t和节点h之间的电压损耗；
步骤4：交流侧系统潮流计算；
电压源换流器采用定Pa-f控制策略时，Pa-f作为交流节点f的有功负荷；电压源换流器采用定Ud-h控制策略时，Pa-f需根据式(4)确定，Pa-f仍作为交流节点f的有功负荷；电压源换流器采用定Qa-f控制策略时，Qa-f作为交流节点f的无功负荷；电压源换流器采用定Ua-f控制策略时，交流节点f视为PV节点处理；
Pa-f＝-Pd-t (4)
步骤5：混合系统潮流计算结束，输出数据；
所得结果直接为交直流混合系统各节点的电压量，各电压源换流器的有功损耗和电压调制比分别采用式(5)和式(6)计算得到，同时进一步求出混合系统的功率分布和网损；
Figure FDA0002809348700000021
Figure FDA0002809348700000022
式中，μk为直流电压吸收比，Tk为第k个电压源换流器的电压调制比，Ua-f为交流节点f的基波电压向量的电压幅值。
CN201711304461.8A 2017-12-11 2017-12-11 基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法 Active CN107959292B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711304461.8A CN107959292B (zh) 2017-12-11 2017-12-11 基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711304461.8A CN107959292B (zh) 2017-12-11 2017-12-11 基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107959292A CN107959292A (zh) 2018-04-24
CN107959292B true CN107959292B (zh) 2021-02-09

Family

ID=61958405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711304461.8A Active CN107959292B (zh) 2017-12-11 2017-12-11 基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107959292B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110854861B (zh) * 2019-11-14 2023-05-23 上海交通大学 综合能源系统换流器特性建模与交直流潮流计算方法及系统
CN110932282B (zh) * 2019-12-25 2021-06-22 福州大学 一种增广直角坐标下的基于vsc内部修正方程矩阵与交替迭代法的潮流计算方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104485694A (zh) * 2014-11-20 2015-04-01 国家电网公司 一种交直流混合电网潮流计稀疏性处理方法
CN105978046A (zh) * 2016-04-18 2016-09-28 国网浙江省电力公司嘉兴供电公司 一种含vsc-hvdc交直流系统精确化离散最优潮流计算方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7117070B2 (en) * 2003-06-30 2006-10-03 Rensselaer Polytechnic Institute Power flow controller responsive to power circulation demand for optimizing power transfer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104485694A (zh) * 2014-11-20 2015-04-01 国家电网公司 一种交直流混合电网潮流计稀疏性处理方法
CN105978046A (zh) * 2016-04-18 2016-09-28 国网浙江省电力公司嘉兴供电公司 一种含vsc-hvdc交直流系统精确化离散最优潮流计算方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"混合电网的交直流解耦潮流算法";吴志远等;《中国电机工程学报》;20160220;第36卷(第4期);第937-944页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107959292A (zh) 2018-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Beerten et al. A sequential AC/DC power flow algorithm for networks containing multi-terminal VSC HVDC systems
CN106953329B (zh) 含直流系统的复杂拓扑有源配电网潮流计算方法
CN108134401B (zh) 交直流混合系统多目标潮流优化及控制方法
CN106410835A (zh) 一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法
CN107093901B (zh) 一种分布式潮流控制器的机电暂态模型与仿真方法
CN105322546B (zh) 交直流解耦混合潮流算法
CN110932282B (zh) 一种增广直角坐标下的基于vsc内部修正方程矩阵与交替迭代法的潮流计算方法
CN104578159B (zh) 一种含分布式电源的配电网三相潮流修正方法
CN102751720B (zh) 一种Flexible HVDC潮流计算模型及其计算方法
CN105958485A (zh) 一种柔性互联交直流混合配电网的潮流计算方法
CN103793755B (zh) 基于原对偶内点法的混合直流输电系统最优潮流方法
CN111541246B (zh) 一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法
CN109066694A (zh) 含线间潮流控制器的电力系统的多目标潮流优化方法
CN107769213B (zh) 一种多换流器并联的交直流配电网潮流计算方法
CN106655234B (zh) 一种线路阻抗和联络线功率对广义短路比影响的分析方法
CN107959292B (zh) 基于vsc潮流计算模型的交直流混合系统潮流计算方法
CN115906347A (zh) 一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法
CN111799800A (zh) 一种交直流混合配电网潮流计算方法
CN110299713B (zh) 一种计及风电场影响的牵引供电系统三相电压不平衡补偿方法
CN104392285B (zh) 一种含混合直流输电的电力系统最优潮流获取方法
CN108923459A (zh) 一种基于智能软开关的交直流配电网优化控制方法
CN115173467A (zh) 风电场经柔性直流并网仿真系统、方法及存储介质
CN102522765B (zh) 基于自动微分技术的vsc-hvdc潮流计算方法
CN114491886A (zh) 含多类型分布式新能源的主动配电网通用建模方法和装置
CN103795091B (zh) 基于预测校正内点法的混合直流输电系统最优潮流方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant