CN109149584B - 提高ipfc功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，在含IPFC电网的潮流计算过程中引入PI控制环节求解IPFC注入系统的部分功率，并且当迭代误差减小到一定值但潮流仍未达到收敛条件时，重新设置PI控制器参数，减小其迭代步长，以克服因超调导致的收敛性下降的问题。本发明实现了IPFC采用功率注入模型时电网潮流计算收敛性的大幅提高，可以提升运行分析人员的工作效率。

Description

提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法
技术领域
本发明涉及电力系统运行分析和仿真技术领域，特别是涉及一种提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法。
背景技术
线间潮流控制器(Interline Power Flow Controller，IPFC)与统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)一样，都是第三代FACTS器件的典型代表。相较于UPFC而言，IPFC是一种功能更为全面和强大的FACTS控制装置。一方面，它不仅能够同UPFC一样直接控制串联部分所安装输电线路上的潮流，还能够实现线路间的功率交换，从而控制不同线路之间的潮流；另一方面，UPFC在控制自身安装线路潮流时有可能会导致临近重载线路潮流越限，而IPFC控制潮流具有定向的特点，可将重载线路潮流定向、定量地“搬运”至临近轻载线路，减少对其他线路的潮流影响。除此之外，由于IPFC通过直流母线传输功率，其有功功率的传输是异步的。所以IPFC甚至可以对两条有着任意相角关系、属于不同系统的线路进行潮流控制。综上，IPFC能够灵活控制电力系统的有功、无功、电压、阻抗和功角，便于优化系统运行、提高系统暂态稳定性，具有非常广阔的应用前景。
目前，对含IPFC的系统进行潮流计算时，常采用等效功率注入法。用牛顿—拉夫逊法求解含有控制目标的潮流方程时，需要对传统潮流方程的雅克比矩阵进行修改，若采用功率注入法，则可以较好地解决这个问题，它将IPFC对系统的影响等效到对应线路的两侧节点上，这样可在不修改原来节点导纳阵的情况下嵌入IPFC模型，最大限度地利用传统潮流计算中雅克比矩阵形成的公式和经验。但是IPFC采用功率注入模型会导致潮流计算收敛性变差，迭代次数明显增加，影响计算分析速度，降低了规划分析人员的工作效率，当计算含IPFC电网的连续潮流或者批量计算含IPFC电网多种运行方式的潮流时，因功率注入模型导致的收敛性变差而产生的计算速度慢问题将变得更为突出。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，能够有效提高IPFC采用功率注入模型时潮流计算的收敛性，潮流迭代次数明显减少，极大提高含IPFC功率注入模型的电网的潮流计算速度。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，包括以下步骤：
S1：初始化潮流方程，令迭代次数k为1；设定IPFC控制目标值，将主控线路有功潮流P1控制在P1ref，将主控线路无功潮流Q1控制在Q1ref，将辅控线路有功潮流P2控制在P2ref；其中，P1ref为主控线路有功潮流的控制目标，Q1ref为主控线路无功潮流的控制目标，P2ref为辅控线路有功潮流的控制目标；
S2：开始潮流迭代，求解第k次迭代时的主控线路有功潮流第k次迭代时的主控线路无功潮流以及第k次迭代时的辅控线路有功潮流得到第k次迭代时主控线路有功潮流的迭代误差第k次迭代时主控线路无功潮流的迭代误差以及第k次迭代时辅控线路有功潮流的迭代误差
S3：设定PI控制器参数KP1P、KP1I、KQ1P、KQ1I、KP2P、KP2I，其中，KP1P为控制P1的PI控制器的比例系数，KP1I为控制P1的PI控制器的积分系数，KQ1P为控制Q1的PI控制器的比例系数，KQ1I为控制Q1的PI控制器的积分系数，KP2P为控制P2的PI控制器的比例系数，KP2I为控制P2的PI控制器的积分系数；将 输入PI控制器，得到第k次迭代时IPFC注入j节点功率以及注入m节点有功功率其中，为第k次迭代时IPFC注入j节点有功功率，为第k次迭代时IPFC注入j节点无功功率；
S4：根据IPFC注入功率求解得到主控线路换流器运行参数 辅控线路换流器运行参数其中，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角；
S5：根据主控线路换流器运行参数和辅控线路换流器运行参数求得第k次迭代时IPFC注入i节点功率以及注入m节点无功功率代入潮流方程求解新的系统状态量；为第k次迭代时IPFC注入i节点有功功率，为第k次迭代时IPFC注入i节点无功功率；
S6：如果潮流迭代误差接近给定精度，重新设置PI控制器参数KP1P、KP1I、KQ1P、KQ1I、KP2P、KP2I的值；
S7：判断是否满足收敛条件：若不满足则返回步骤S2，并令k＝k+1；若满足则计算结束。
进一步，所述步骤S3中，和根据式(1)得到：
式(1)中，为第n次迭代时主控线路有功潮流的迭代误差，为第n次迭代时主控线路无功潮流的迭代误差，为第n次迭代时辅控线路有功潮流的迭代误差。
进一步，所述步骤S4中，联立式(2)～(5)求解主控线路换流器运行参数辅控线路换流器运行参数
其中，为第k次迭代时i节点电压幅值，为第k次迭代时j节点电压幅值，为第k次迭代时m节点电压幅值，为第k次迭代时i节点电压相角，为第k次迭代时j节点电压相角，为第k次迭代时m节点电压相角，X1为主控线路电抗值，X2为辅控线路电抗值，Xse1为IPFC主控线路串联耦合变压器等效电抗值，Xse2为IPFC辅控线路串联耦合变压器等效电抗值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角。
进一步，所述步骤S5中，根据式(6)～(8)求解IPFC注入i节点功率以及注入m节点无功功率
其中，为第k次迭代时i节点电压幅值，为第k次迭代时m节点电压幅值，为第k次迭代时i节点电压相角，为第k次迭代时m节点电压相角，X1为主控线路电抗值，X2为辅控线路电抗值，Xse1为IPFC主控线路串联耦合变压器等效电抗值，Xse2为IPFC辅控线路串联耦合变压器等效电抗值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角。
进一步，所述步骤S6中，如果和满足式(9)的条件，则认定为潮流迭代误差接近给定精度；
式(9)中，eps1为潮流计算收敛精度，eps2为需改变PI参数值的精度阈值。
有益效果：本发明公开了一种提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，在含IPFC电网的潮流计算过程中引入PI控制环节求解IPFC注入系统的部分功率，并且当迭代误差减小到一定值但潮流仍未达到收敛条件时，重新设置PI控制器参数，减小其迭代步长，以克服因超调导致的收敛性下降的问题。本发明实现了IPFC采用功率注入模型时电网潮流计算收敛性的大幅提高，可以提升运行分析人员的工作效率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中所采用的IPFC的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式的方法中的PI控制框图；
图3为本发明具体实施方式中方法的流程图；
图4为本发明具体实施方式中IEEE30节点典型电网的示意图；
图5为本发明具体实施方式中采用本方法前后含IPFC电网潮流计算收敛性的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式中所采用的IPFC的结构如图1所示。本具体实施方式公开了一种提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1：初始化潮流方程，令迭代次数k为1；设定IPFC控制目标值，将主控线路有功潮流P1控制在P1ref，将主控线路无功潮流Q1控制在Q1ref，将辅控线路有功潮流P2控制在P2ref；其中，P1ref为主控线路有功潮流的控制目标，Q1ref为主控线路无功潮流的控制目标，P2ref为辅控线路有功潮流的控制目标；
S2：开始潮流迭代，求解第k次迭代时的主控线路有功潮流第k次迭代时的主控线路无功潮流以及第k次迭代时的辅控线路有功潮流得到第k次迭代时主控线路有功潮流的迭代误差第k次迭代时主控线路无功潮流的迭代误差以及第k次迭代时辅控线路有功潮流的迭代误差
S3：设定PI控制器参数KP1P、KP1I、KQ1P、KQ1I、KP2P、KP2I，其中，KP1P为控制P1的PI控制器的比例系数，KP1I为控制P1的PI控制器的积分系数，KQ1P为控制Q1的PI控制器的比例系数，KQ1I为控制Q1的PI控制器的积分系数，KP2P为控制P2的PI控制器的比例系数，KP2I为控制P2的PI控制器的积分系数；将 输入PI控制器，得到第k次迭代时IPFC注入j节点功率以及注入m节点有功功率其中，为第k次迭代时IPFC注入j节点有功功率，为第k次迭代时IPFC注入j节点无功功率；PI控制框图如图2所示；
S4：根据IPFC注入功率求解得到主控线路换流器运行参数 辅控线路换流器运行参数其中，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角；
S5：根据主控线路换流器运行参数和辅控线路换流器运行参数求得第k次迭代时IPFC注入i节点功率以及注入m节点无功功率代入潮流方程求解新的系统状态量；为第k次迭代时IPFC注入i节点有功功率，为第k次迭代时IPFC注入i节点无功功率；
S6：如果潮流迭代误差接近给定精度，重新设置PI控制器参数KP1P、KP1I、KQ1P、KQ1I、KP2P、KP2I的值；
S7：判断是否满足收敛条件：若不满足则返回步骤S2，并令k＝k+1；若满足则计算结束。
步骤S3中，和根据式(1)得到：
式(1)中，为第n次迭代时主控线路有功潮流的迭代误差，为第n次迭代时主控线路无功潮流的迭代误差，为第n次迭代时辅控线路有功潮流的迭代误差。
步骤S4中，联立式(2)～(5)求解主控线路换流器运行参数辅控线路换流器运行参数
其中，为第k次迭代时i节点电压幅值，为第k次迭代时j节点电压幅值，为第k次迭代时m节点电压幅值，为第k次迭代时i节点电压相角，为第k次迭代时j节点电压相角，为第k次迭代时m节点电压相角，X1为主控线路电抗值，X2为辅控线路电抗值，Xse1为IPFC主控线路串联耦合变压器等效电抗值，Xse2为IPFC辅控线路串联耦合变压器等效电抗值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角。
步骤S5中，根据式(6)～(8)求解IPFC注入i节点功率以及注入m节点无功功率
其中，为第k次迭代时i节点电压幅值，为第k次迭代时m节点电压幅值，为第k次迭代时i节点电压相角，为第k次迭代时m节点电压相角，X1为主控线路电抗值，X2为辅控线路电抗值，Xse1为IPFC主控线路串联耦合变压器等效电抗值，Xse2为IPFC辅控线路串联耦合变压器等效电抗值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角。
步骤S6中，如果和满足式(9)的条件，则认定为潮流迭代误差接近给定精度；
式(9)中，eps1为潮流计算收敛精度，eps2为需改变PI参数值的精度阈值。
在如图4所示的IEEE30节点标准系统中进行测试，IPFC装设在线路6-4与6-9的节点6处，其中线路6-4为主控线路，线路6-9为辅控线路。IPFC基本参数为：主控线路换流器运行参数最大值Vse1max＝0.115p.u.，辅控线路换流器运行参数最大值Vse2max＝0.115p.u.，主控线路与辅控线路串联耦合变压器阻抗Xse1＝Xse2＝0.0037p.u.，线路6-4控制目标P1ref＝50MW，Q1ref＝10Mvar，线路6-9控制目标P2ref＝-20MW，IPFC采用功率注入模型，收敛精度10- 5p.u.。采用本发明所提策略前后，潮流收敛所需迭代次数分别为569次、50次，迭代过程中迭代误差变化曲线如图5所示。可以看到，采用本策略时，IPFC将控制目标控制在指定值所需时间大大缩短。

Claims (5)

1.提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：初始化潮流方程，令迭代次数k为1；设定IPFC控制目标值，将主控线路有功潮流P1控制在P1ref，将主控线路无功潮流Q1控制在Q1ref，将辅控线路有功潮流P2控制在P2ref；其中，P1ref为主控线路有功潮流的控制目标，Q1ref为主控线路无功潮流的控制目标，P2ref为辅控线路有功潮流的控制目标；
S2：开始潮流迭代，求解第k次迭代时的主控线路有功潮流第k次迭代时的主控线路无功潮流以及第k次迭代时的辅控线路有功潮流得到第k次迭代时主控线路有功潮流的迭代误差第k次迭代时主控线路无功潮流的迭代误差以及第k次迭代时辅控线路有功潮流的迭代误差
S3：设定PI控制器参数KP1P、KP1I、KQ1P、KQ1I、KP2P、KP2I，其中，KP1P为控制P1的PI控制器的比例系数，KP1I为控制P1的PI控制器的积分系数，KQ1P为控制Q1的PI控制器的比例系数，KQ1I为控制Q1的PI控制器的积分系数，KP2P为控制P2的PI控制器的比例系数，KP2I为控制P2的PI控制器的积分系数；将 输入PI控制器，得到第k次迭代时IPFC注入j节点功率以及注入m节点有功功率其中，为第k次迭代时IPFC注入j节点有功功率，为第k次迭代时IPFC注入j节点无功功率；
S4：根据IPFC注入功率求解得到主控线路换流器运行参数 辅控线路换流器运行参数其中，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角；
S5：根据主控线路换流器运行参数和辅控线路换流器运行参数求得第k次迭代时IPFC注入i节点功率以及注入m节点无功功率代入潮流方程求解新的系统状态量；为第k次迭代时IPFC注入i节点有功功率，为第k次迭代时IPFC注入i节点无功功率；
S6：如果潮流迭代误差接近给定精度，重新设置PI控制器参数KP1P、KP1I、KQ1P、KQ1I、KP2P、KP2I的值；
S7：判断是否满足收敛条件：若不满足则返回步骤S2，并令k＝k+1；若满足则计算结束。
2.根据权利要求1所述的提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，其特征在于：所述步骤S3中，和根据式(1)得到：
式(1)中，为第n次迭代时主控线路有功潮流的迭代误差，为第n次迭代时主控线路无功潮流的迭代误差，为第n次迭代时辅控线路有功潮流的迭代误差。
3.根据权利要求2所述的提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，其特征在于：所述步骤S4中，联立式(2)～(5)求解主控线路换流器运行参数辅控线路换流器运行参数
其中，为第k次迭代时i节点电压幅值，为第k次迭代时j节点电压幅值，为第k次迭代时m节点电压幅值，为第k次迭代时i节点电压相角，为第k次迭代时j节点电压相角，为第k次迭代时m节点电压相角，X1为主控线路电抗值，X2为辅控线路电抗值，Xse1为IPFC主控线路串联耦合变压器等效电抗值，Xse2为IPFC辅控线路串联耦合变压器等效电抗值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角。
4.根据权利要求3所述的提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，其特征在于：所述步骤S5中，根据式(6)～(8)求解IPFC注入i节点功率以及注入m节点无功功率
其中，为第k次迭代时i节点电压幅值，为第k次迭代时m节点电压幅值，为第k次迭代时i节点电压相角，为第k次迭代时m节点电压相角，X1为主控线路电抗值，X2为辅控线路电抗值，Xse1为IPFC主控线路串联耦合变压器等效电抗值，Xse2为IPFC辅控线路串联耦合变压器等效电抗值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时主控线路换流器等效电压源相角，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源幅值，为第k次迭代时辅控线路换流器等效电压源相角。
5.根据权利要求1所述的提高IPFC功率注入模型在潮流计算中收敛性的方法，其特征在于：所述步骤S6中，如果和满足式(9)的条件，则认定为潮流迭代误差接近给定精度；
式(9)中，eps1为潮流计算收敛精度，eps2为需改变PI参数值的精度阈值。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20191210

Termination date: 20210929