CN108110764B - 交直流混联系统的最优潮流分配方法、存储介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交直流混联系统的最优潮流分配方法，包括：建立交直流混联系统的最优潮流分配模型，以及简化模型中的交流网络的潮流方程、直流网络的潮流方程，最终将总网损表示为交直流耦合点注入的交流功率Pt的函数，求解Pt的最优值。

Description

交直流混联系统的最优潮流分配方法、存储介质及设备
技术领域
本发明涉及电力系统中的最优潮流计算，属于电力领域。
背景技术
最优潮流计算是电力系统经济运行中不可或缺的部分。传统的最优潮流计算是通过调整发电机的有功和无功出力来达到某个经济性的目标。而在含风电的交直流混联系统中，计算最优潮流分配则是为了在尽可能多的消纳风电的基础上，合理分配交流和直流线路上的输送功率，使总网损达到最小。传统的最优潮流计算方法如内点法、牛顿法等，能够较为精确地求得最优值，但上述传统的方法的复杂度高，且可能存在收敛性问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种交直流混联系统的最优潮流分配方法、存储介质及计算机设备。
一种交直流混联系统的最优潮流分配方法，包括：建立交直流混联系统的最优潮流分配模型
Figure GDA0002581605840000011
其中，x为所述交直流混联系统的状态变量， Ploss为总网损，包括交流网损Ploss_ac与直流网损Ploss_dc，h(x)＝0为潮流方程，包括交流网络的潮流方程和直流网络的潮流方程；将所述总网损Ploss表示为交直流耦合点注入的交流功率Pt的二次函数，求解Pt的最优值。
在其中一个实施例中，通过求导求解Pt的最优值。
在其中一个实施例中，所述交流网损Ploss_ac、直流网损Ploss_dc、总网损Ploss分别为：
Figure GDA0002581605840000021
其中，Vi和θij分别为交流网络节点电压幅值和电压相角差，Gij为节点导纳矩阵的实部G中的元素；Ui为直流电网的端口电压，Yij为端口导纳矩阵Y中的元素。
在其中一个实施例中，所述将所述总网损Ploss表示为交直流耦合点注入的交流功率Pt的二次函数的步骤包括：将所述交流网损Ploss_ac表示为交直流耦合点注入的交流功率Pt的二次函数；将所述直流网损Ploss_dc表示为交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2的二次函数；以及根据交流功率Pt、直流功率Pd2与交直流耦合点注入的总功率Ptotal之间的关系将所述总网损Ploss表示为交直流耦合点注入的交流功率Pt的二次函数。
在其中一个实施例中，所述将所述交流网损Ploss_ac表示为交直流耦合点注入的交流功率Pt的二次函数的步骤包括：将节点电压相角θi用节点注入功率Pi线性表示，以及将全网的电压幅值视为恒定；得到交流网损
Figure GDA0002581605840000022
其中，
Figure GDA0002581605840000023
N为所述交流电网的节点数，Gij为节点导纳矩阵的实部G中的元素，xik为支路电抗形成节点导纳矩阵的逆矩阵中的元素，Pak为节点k注入的有功功率。
在其中一个实施例中，所述将所述直流网损Ploss_dc表示为交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2的二次函数的步骤包括：将所述直流电网的端口电压近似为参考电压，以及用端口的注入功率线性化表示端口电压；得到直流网损
Figure GDA0002581605840000024
其中
Figure GDA0002581605840000025
M为所述直流电网的端口数，Pdk为端口k注入的直流功率，Yij为端口导纳矩阵 Y中的元素，Rij为Y-1中的元素。
在其中一个实施例中，所述总网损
Figure GDA0002581605840000031
所述交流注入功率Pt的最优值为-b/2a，其中，a＝a1+a2，b＝b1-b2-2a2Ptotal。
一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的交直流混联系统的最优潮流分配方法。
本发明提供的交直流混联系统的最优潮流分配方法，存储介质及计算机设备，通过将总网损的计算式被化简为求解低次函数，简化了最优值的求解过程。本方法还避免了现有方法中复杂的迭代过程，不存在收敛性问题，本方法可用于含风电的交直流混联系统最优潮流分配的计算，提高了最优潮流分配的复杂度并提高效率。
附图说明
图1为本发明实施例所涉及的交直流混联系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的交直流混联系统的最优潮流分配方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，图1给出的交直流混联系统中，一号风电场1和二号风电场2 的风能经过交流系统7和直流系统8输送给负荷端5，水电站6充当功率调节端。其中，交流系统7的节点数为N，直流系统8的端口数为M。假定一号风电场1 的出力为确定值，只考虑二号风电场2的出力变化的情况。二号风电场2发出的功率在交直流耦合点3分为两部分，一部分通过交流系统7输送，一部分经直流换流器4由直流系统8输送。可以通过合理分配交流系统7和直流系统8 的功率，使该交直流混联系统的总输电损耗达到最小。
请参见图2，本发明实施例提供一种交直流混联系统的最优潮流分配方法，用于计算任一交直流耦合点注入的交流和直流功率的分配，使交直流混联系统的总输电损耗达到最小。该方法包括以下步骤：
S1，获取交直流混联系统的最优潮流分配模型
Figure GDA0002581605840000041
其中，x为交直流混联系统的状态变量，Ploss为总网损，包括交流网损Ploss_ac与直流网损Ploss_dc，h(x)＝0为潮流方程，包括交流网络的潮流方程和直流网络的潮流方程；
S2，获取以交直流耦合点注入的交流功率Pt表示的所述交流网损Ploss_ac的函数；
S3，获取以交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2表示的所述直流网损Ploss_dc的函数；
S4，根据所述交直流耦合点注入的交流功率Pt、所述交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2与交直流耦合点注入的总功率Ptotal之间的关系，得到以所述交直流耦合点注入的交流功率Pt表示的所述总网损Ploss的函数；以及
S5，求解所述交流功率Pt的最优值，根据该最优值分配交直流耦合点的交流功率和直流功率，得到所述总网损Ploss的最小值。
步骤S1中，交直流混联系统的交流网损Ploss_ac、直流网损Ploss_dc和总网损 Ploss可由式(2)计算
Figure GDA0002581605840000051
式(2)中，Ploss_ac为交流网损，Vi和θij分别为交流电网的节点电压幅值和电压相角差，Gij为节点导纳矩阵的实部G中的元素。Ploss_dc为直流网损，Ui为直流电网的端口电压，Yij为端口导纳矩阵Y中的元素。Ploss为总网损，为交流网损 Ploss_ac和直流网损Ploss_dc之和。
在交流系统中，Gij为已知量。除平衡节点外，其他节点为PV节点或PQ节点，每个节点注入的有功功率Pi为已知量，节点电压相角差cosθij为未知量；PQ 节点的Vi为未知量。在多端直流系统中，Yij为已知量。第M个端口即水电站6 为定直流电压和定无功控制，其端口电压UM为参考电压Uref，其注入功率PdM是未知量；其他M-1个端口为定有功和定交流电压控制，端口注入功率Pdi是已知量，端口电压Ui是未知量。二号风电场2连接的交直流耦合点3在交流系统中是第t号节点，为PV节点；该点连接的直流端口在直流系统中为第2号端口。
步骤S2中，在交流系统中，尤其是在高电压远距离输电系统中，输电线路的电阻很小。基于有功功率和无功功率解耦，利用直流潮流模型将节点电压相角θi用节点注入有功功率Pi来线性表示，得到矩阵(3)
θ＝XP (3)
式(3)中，X为支路电抗形成节点导纳矩阵的逆矩阵。
将cosθ用θ来近似表示，得到式(4)
Figure GDA0002581605840000061
忽略式(4)二次项以上的高次项(只保留前两项)，将式(4)化简为式(5)
Figure GDA0002581605840000062
将式(5)代入式(2)的Ploss_ac的计算式中，再忽略二号风电场2注入的有功功率变化对全网电压幅值的影响，将全网电压Vi近似为1。只考虑交直流耦合点3 (第t号节点)注入的有功的变化，其他各节点注入的有功Pai均为确定值，得到式(6)
Figure GDA0002581605840000063
式(6)中，其中，
Figure GDA0002581605840000064
N为所述交流电网的节点数，Gij为节点导纳矩阵的实部G中的元素，xik为支路电抗形成节点导纳矩阵的逆矩阵中的元素，Pak为节点k注入的有功功率。
步骤S3中，在线路电阻很小的情况下，线路上的压降很小，将直流系统每个端口的电压近似看作参考电压，使端口注入功率和端口电压之间的关系线性化，将直流网损表示为端口注入的有功功率的二次函数。
由多端直流系统的端口电压和端口注入功率之间的关系得到式(7)
Figure GDA0002581605840000065
将式(7)中等号右边第一项Ui替换为Uref，即将直流系统每个端口的电压近似看作参考电压(假设取为1)，得到式(8)
Figure GDA0002581605840000066
除去第M个端口，将其他端口的Ui均用Pdi来表示，得到式(9)
Figure GDA0002581605840000071
式(9)中，Rij为Y-1中的元素。将式(9)代入式(2)中Ploss_dc的计算式中， Ploss_dc表示为直流端口注入功率Pdi(除去第M个端口)的函数。只考虑交直流耦合点3连接的端口(第2号端口)注入的有功Pd2的变化，其他各个端口的有功Pdi均为确定值，得到式(10)
Figure GDA0002581605840000072
式(10)中，
Figure GDA0002581605840000073
步骤S4中，系统总网损Ploss为交流网损Ploss_ac和直流网损Ploss_dc的叠加。在交直流耦合点3，交流功率Pt与直流功率Pd2之和为二号风电场2的出力Ptotal (由风功率预测获得)，即Pt+Pd2＝Ptotal。消去Pd2后，Ploss表示为只含交流注入功率Pt的一元二次函数，即式(11)
Figure GDA0002581605840000074
式(11)中，a＝a1+a2，b＝b1-b2-2a2Ptotal。
在步骤S5中，由于式(11)为二次函数，因此可直接通过求导来计算交流注入功率Pt的最优值，为-b/2a，根据该最优值分配交直流耦合点的交流功率和直流功率，得到所述总网损Ploss的最小值。
本发明一个实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述所述的方法和步骤。其中，该计算机存储介质可以包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM (ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus) 直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
本发明一个实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的交直流混联系统的最优潮流分配方法。
本发明提供的交直流混联系统的最优潮流分配方法将网络中各电气量之间的关系用线性化的式子来描述，从而使得总网损的计算式被化简为求解二次函数，简化了最优值的求解过程。本方法还避免了现有方法中复杂的迭代过程，不存在收敛性问题。本方法可用于含风电的交直流混联系统最优潮流分配的计算。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种交直流混联系统的最优潮流分配方法，其特征在于，包括：
获取交直流混联系统的最优潮流分配模型
Figure FDA0002581605830000011
其中，x为所述交直流混联系统的状态变量，Ploss为总网损，包括交流网损Ploss_ac与直流网损Ploss_dc，h(x)＝0为潮流方程，包括交流网络的潮流方程和直流网络的潮流方程；
获取以交直流耦合点注入的交流功率Pt表示的所述交流网损Ploss_ac的函数；
获取以交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2表示的所述直流网损Ploss_dc的函数；其中，所述以所述交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2表示的所述直流网损Ploss_dc的函数为
Figure FDA0002581605830000012
其中，
Figure FDA0002581605830000013
M为直流网络的端口数，Pdk为端口k注入的直流功率，Yij为端口导纳矩阵Y中的元素，Rij为Y-1中的元素；
根据所述交直流耦合点注入的交流功率Pt、所述交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2与交直流耦合点注入的总功率Ptotal之间的关系，得到以所述交直流耦合点注入的交流功率Pt表示的所述总网损Ploss的函数；以及
求解所述交流功率Pt的最优值，根据该最优值分配交直流耦合点的交流功率和直流功率，得到所述总网损Ploss的最小值；
其中，所述以所述交直流耦合点注入的交流功率Pt表示的所述交流网损Ploss_ac的函数为Ploss_ac＝a1Pt 2+b1Pt+c1；
其中，
Figure FDA0002581605830000014
N为交流网络的节点数，Gij为节点导纳矩阵的实部G中的元素，xik为支路电抗形成节点导纳矩阵的逆矩阵中的元素，Pak为节点k注入的有功功率。
2.根据权利要求1所述的交直流混联系统的最优潮流分配方法，其特征在于，所述总网损Ploss＝aPt 2+bPt+c，所述交流功率Pt的最优值为-b/2a，其中，a＝a1+a2，b＝b1-b2-2a2Ptotal，
Figure FDA0002581605830000021
3.根据权利要求1所述的交直流混联系统的最优潮流分配方法，其特征在于，所述交直流耦合点注入的交流功率Pt、所述交直流耦合点所连端口注入的直流功率Pd2与交直流耦合点注入的总功率Ptotal之间的关系，包括：Pt+Pd2＝Ptotal。
4.根据权利要求1所述的交直流混联系统的最优潮流分配方法，其特征在于，所述Ploss为总网损，包括：
Figure FDA0002581605830000022
其中，Vi和θij分别为交流网络的节点电压幅值和电压相角差，Ui为直流网络的端口电压。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的方法。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的交直流混联系统的最优潮流分配方法。
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