CN110492465A

CN110492465A - 潮流计算方法、装置、计算机设备及可读存储介质

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Publication number: CN110492465A
Application number: CN201910688730.8A
Authority: CN
Inventors: 刘国伟; 王一振; 赵宇明; 王静; 艾精文
Original assignee: Shenzhen Power Supply Bureau Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Power Supply Bureau Co Ltd
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2019-11-22

Abstract

本发明涉及一种潮流计算方法、装置、计算机设备及可读存储介质。该直流电网的潮流计算方法，其可以根据直流电网的每一节点的节点控制特性，建立直流电网的控制特性模型和网络特性模型，从而根据控制特性模型和网络特性模型建立直流电网的潮流表达式。求解该潮流表达式，即可得到直流电网的潮流计算结果。该直流电网的潮流计算方法，可以根据直流电网的节点控制特性得到直流电网的潮流计算结果，从而根据该潮流计算结果对直流电网的各个节点进行调配。

Description

潮流计算方法、装置、计算机设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及一种面向互联网的分布式潮流计算方法，特别是涉及潮流计算方法、装置、计算机设备及可读存储介质。

背景技术

直流电网基于常规直流输电技术和柔性直流输电技术，是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统。直流电网不存在交流电网固有的同步稳定问题，传输距离基本不受限制，能够实现大范围的潮流调节和控制，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问题上具有突出技术优势。

在直流电网的规划设计方面，需要考虑在各个运行方式下直流电网潮流解的特性问题。基于此，迫切需要一种直流电网的潮流计算方法实现对直流电网的潮流计算功能。

发明内容

基于此，有必要针对需要一种直流电网的潮流计算方法实现对直流电网的潮流计算功能的问题，提供一种潮流计算方法、装置、计算机设备及可读存储介质。

一种直流电网的潮流计算方法，其特征在于，包括：

获取所述直流电网的每一节点的节点控制特性；

根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型；

根据所述节点控制特性，对所述直流电网建立网络特性模型；

基于所述控制特性模型和所述网络特性模型，建立所述直流电网的潮流表达式；

求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果。

上述直流电网的潮流计算方法，其可以根据直流电网的每一节点的节点控制特性，建立直流电网的控制特性模型和网络特性模型，从而根据控制特性模型和网络特性模型建立直流电网的潮流表达式。求解该潮流表达式，即可得到直流电网的潮流计算结果。该直流电网的潮流计算方法，可以根据直流电网的节点控制特性得到直流电网的潮流计算结果，从而根据该潮流计算结果对直流电网的各个节点进行调配。

一种直流电网的潮流计算装置，包括：

获取模块，用于获取所述直流电网的每一节点的节点控制特性；

模型建立模块，用于根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型，并根据所述节点控制特性，对所述直流电网建立网络特性模型；

方程建立模块，用于基于所述控制特性模型和所述网络特性模型，建立所述直流电网的潮流表达式；

求解模块，用于求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例所述的方法的步骤。

附图说明

图1为一个实施例中直流供电网的结构示意图。

图2为本申请一个实施例中V型节点的电压-功率关系示意图。

图3为本申请一个实施例中PV型节点的电压-功率关系示意图。

图4为本申请一个实施例中P型节点的电压-功率关系示意图。

图5为本申请一个实施例中潮流计算方法的流程示意图。

图6为本申请另一个实施例中潮流计算方法的流程示意图。

图7为本申请又一个实施例中潮流计算方法的流程示意图。

图8为本申请一个实施例中节点控制特性模型的电压-功率关系示意图。

图9为本申请一个实施例中潮流计算方法的步骤S400的具体流程示意图。

图10为本申请又一个实施例中潮流计算方法的流程示意图。

图11为本申请一个实施例中潮流计算装置的流程示意图。

图12为本申请一个实施例中计算机设备的内部结构示意图。

其中，各附图标号所代表的含义分别为：

10、潮流计算装置；

100、获取模块；

200、模型建立模块；

300、方程建立模块；

400、求解模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，为直流电网的结构示意图。直流电网通常包括多个节点，这里的多个指三个或三个以上。在图1所示的实施例中，直流电网包括有N个节点，各节点分别以Bus1、Bus2、Bus3……BusN表示。每个节点可以通过交直流转换器与交流系统电连接，也可以通过换流器与分布式电源负荷连接。

一般来说，直流电网中的每个节点均具有对应该节点的节点控制特性。每个节点的节点控制特性都基于其电压大小的变化和功率大小的变化。节点控制特性决定了该节点的类型。节点类型一般可以可以包括V型节点、P型节点和PV型节点。

如前所说，每个节点的节点控制特性都基于其电压大小的变化和功率大小的变化。下面结合图2至图4，对各个节点类型进行解释说明：

如图2所示，为V型节点的电压-功率关系示意图。由图中可以看出，无论是逆变过程或是整流过程，随着该节点的功率变化，该节点的电压大小始终不变。即V型节点为恒压节点，其节点控制特性为恒压控制特性。V型节点一般可以是运行在电压控制模式下的节点。

如图3所示，为PV型节点的电压-功率关系示意图。由图中可以看出，从逆变到整流过程，节点的功率逐渐降低，且随着节点的功率的降低，该节点的电压大小也降低。即PV型节点为下垂控制节点，其节点控制特性为下垂控制特性。

如图4所示，为P型节点的电压-功率关系示意图。由图中可以看出，无论该节点的电压大小如何变化，该节点的功率大小始终不变。即P型节点为恒功率节点，其节点控制特性为恒功控制特性。P型节点一般可以是负荷节点、不可控分布式电源节点和联络节点。

基于直流电网可能包括多个不类型的节点，在直流电网的规划设计时，需要考虑在各个运行方式下直流电网潮流解的特性问题。在直流电网运行控制方面，需要考虑大扰动以后直流电网电压分布及功率分配情况。基于此问题，本申请提供一种直流电网的潮流计算方法，以实现对直流电网的潮流计算功能。

如图5所示，一种直流电网的潮流计算方法，包括如下步骤：

S100，获取直流电网的每一节点的节点控制特性。

具体的，由上述描述已知，直流电网通常包括多个节点。每个节点均具有对应该节点的节点控制特性。每个节点的节点控制特性都基于其电压大小的变化和功率大小的变化。节点控制特性包括恒压控制特性、恒功控制特性和下垂控制特性。

本申请的直流电网的潮流计算方法，需首先获取直流电网的每一节点的节点控制特性。节点控制特性一般可以是根据直流电网系统的运行方式，由直流电网系统下发给各个节点的，也可以是提前预设好的节点控制特性。

S200，根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型。

获取直流电网的每一节点的节点控制特性后，根据每一节点的节点控制特性，建立每一节点的控制特性模型。由上述描述已知，节点控制特性包括恒功控制特性、恒压控制特性和下垂控制特性。在此，需建立一个控制特性模型，以同时包括上述三种类型的节点控制特性。

S300，根据所述节点控制特性，对所述直流电网建立网络特性模型。

获取直流电网的每一节点的节点控制特性后，根据每一节点的节点控制特性，建立直流电网的网络特性模型。由上述描述已知，节点控制特性包括恒功控制特性、恒压控制特性和下垂控制特性。在此，需建立一个网络特性模型，该网络特性模型包括该直流电网的每一节点的节点控制特性。

S400，基于所述控制特性模型和所述网络特性模型，建立所述直流电网的潮流表达式。

建立每一节点的控制特性模型和直流电网的网络特性模型后，即可基于该控制特性模型和网络特性模型建立直流电网的潮流表达式。

S500，求解所述潮流表达式，以得到所述直流电网的潮流计算结果。

对上述根据控制特性模型和网络特性模型建立的直流电网的潮流表达式进行求解，从而得到直流电网的潮流计算结果。

更具体的，本申请提供一种直流电网的潮流计算方法，其可以根据直流电网的每一节点的节点控制特性，建立直流电网的控制特性模型和网络特性模型，从而根据控制特性模型和网络特性模型建立直流电网的潮流表达式。求解该潮流表达式，即可得到直流电网的潮流计算结果。该直流电网的潮流计算方法，可以根据直流电网的节点控制特性得到直流电网的潮流计算结果，从而根据该潮流计算结果对直流电网的各个节点进行调配。

在一个实施例中，如图6所示，上述直流电网的潮流计算方法，其步骤S200之前，还包括：

S600，根据所述直流电网的每一节点的节点控制特性，对所述直流电网的各个节点进行分类。

由前述描述已知，每个节点的节点控制特性都基于其电压大小的变化和功率大小的变化。节点控制特性决定了该节点的类型。节点控制特性一般可以包括恒功控制特性、恒压控制特性和下垂控制特性。本实施例中，获取每一节点的节点控制特性后，还根据每一节点的节点控制特性对直流电网的各个节点进行分类。

根据节点控制特性，对直流电网的各个节点进行分类的过程，为：获取任一节点的节点控制特性，若该节点的节点控制特性为恒功控制特性，则将该节点划分为P型节点；若该节点的节点控制特性为恒压控制特性，则将该节点划分为V型节点；若该节点的节点控制特性为下垂控制特性，则将该节点划分为PV型节点。

在一个实施例中，如图7所示，上述直流电网的潮流计算方法，其步骤S200之前，还包括：

S700，对每一所述节点的电压大小进行标幺化处理，得到标幺化电压。

具体的，标幺化为一种常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值。标幺化所得的标幺值是相对于某一基准值而言的，对于同一有名值，当基准值选取不同时，其标幺值也不同。标幺化处理有利于直流电网的潮流计算。

进一步的，在一个实施例中，所述步骤S700具体为：

S701，以额定电压为基准电压，每一节点的电压大小进行标幺化处理。此时，标幺化处理的结果为：

其中，为节点i的标幺化电压，为节点i的电压偏差。

更进一步的，仍然如图7所示，当本申请的潮流计算方法包括上述步骤S700时，步骤S200根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型，具体包括：

S201，根据所述标幺化电压，并联立标幺化功率，对每一所述节点建立控制特性模型。

即当对节点控制特性中的电压大小进行标幺化处理后，则根据标幺化处理后的标幺化电压并联立标幺化功率，对每一节点建立控制特性模型。其具体为：将标幺化电压和标幺化功率代入控制特性方程，以对每一节点建立控制特性模型。

控制特性方程为：

其中，为节点i的功率大小，β_i为节点i的下垂系数，为节点i的电压大小，为节点i的标幺化功率。

如图8所示，为根据标幺化电压和标幺化功率建立的控制特性模型的电压-功率关系示意图。该控制特性模型为已代入标幺化电压和标幺化功率的控制特性方程。其中，当β＝0时，则该控制特性模型对应的节点为V型节点；当β＝∞时，则该控制特性模型对应的节点为P型节点；当β有具体数值时，则该控制模型对应的节点为PV型节点。

在一个实施例中，本申请的潮流计算方法，其步骤S300，根据根据所述节点控制特性，对所述直流电网建立网络特性模型，包括：

根据公式P_n×1＝U_diagY_n×nU_n×1建立直流电网的网络特性模型；

其中，P_n×1＝[P₁,P₂,…,P_n]^T，P_n×1为节点的功率列向量；U_diag＝diag(U₁,U₂,...,U_n)；Y_n×n为节点的导纳矩阵；U_n×1＝[U₁,U₂,…,U_n]^T，U_n×1为节点的电压列向量。

在一个实施例中，如图9所示，本申请的潮流计算方法，其步骤S400包括：

S410，基于所述网络特性模型，建立标幺化功率的非线性潮流方程。

具体的，在步骤S300中，已根据公式P_n×1＝U_diagY_n×nU_n×1建立了直流电网的网络特性模型。此时，即可基于网络特性模型，建立标幺化功率的非线性方程，该非线性方程具体为：

其中，Y_ij为节点导纳矩阵；为节点j的电压偏差。

S420，将所述非线性潮流方程转换为线性潮流方程。

具体的，在步骤S410中，得到了标幺化功率的非线性方程此时，由于直流电网的电压偏差要ζ求严格，因此，可以忽略标幺化功率的非线性方程里的偏差高阶项，从而将非线性方程转换为线性潮流方程。

在直流电网中，电压偏差ζ一般满足5％≤ζ≤10％，因此，此时，即可忽略标幺化功率的非线性方程内的高阶项，从而得到线性潮流方程：

S430，联立所述控制特性模型，得到所述直流电网的线性潮流表达式。

得到标幺化功率的线性潮流方程后，联立上述控制特性模型，即代入标幺化功率和标幺化电压的控制特性方程，得到线性潮流表达式。

所得的线性潮流表达式为：

其中，

在一个实施例中，如图10所示，本申请的潮流计算方法，其步骤S500之后，还包括：

S800，使用修正方程对所述直流电网的潮流计算结果进行修正。

具体的，求解上述线性潮流表达式后，还可以对线性潮流表达式的潮流计算结果进行修正。修正使用的修正方程为：B＝AX+o²(X)。

修正后的节点的电压变量为：X₁＝A^-1(B-o²(X₀))。

下面从一个具体的实施例对本申请的直流电网的潮流计算方法进行解释说明：

本申请的直流电网的潮流计算方法，包括如下步骤：首先获取直流电网内的每一节点的节点控制特性，并根据每一节点的节点控制特性，对每一节点进行分类。分类即将直流电网的节点分为V型节点、PV型节点或P型节点。

完成分类后，对直流电网每一节点的电压进行标幺化处理。标幺化处理有利于直流电网潮流的计算。标幺化处理中，基准电压选择为额定电压。标幺化处理后，每个节点的电压为其中，为节点i的标幺化电压；为节点i的电压偏差。

对直流电网的每一节点的电压进行标幺化处理后，联立标幺化电压及标幺化功率，即可利用控制特性方程对该直流电网的各个节点建立控制特性模型。此时，对于V型节点、PV型节点和P型节点，可以将其控制特性方程写成统一的形式。将标幺化电压和标幺化功率代入控制特性方程，可得控制特性模型为：其中，是节点i的标幺化功率；是节点i的功率大小；是节点i的电压大小，β_i为节点i的下垂系数。当β＝0时，代表该节点为P型节点；当β＝∞时，代表该节点为V型节点。

还需对直流电网建立网络特性模型，其网络特性模型为P_n×1＝U_diagY_n×nU_n×1；其中，P_n×1＝[P₁,P₂,…,P_n]^T，P_n×1为节点的功率列向量；U_diag＝diag(U₁,U₂,...,U_n)；Y_n×n为节点的导纳矩阵；U_n×1＝[U₁,U₂,…,U_n]^T，U_n×1为节点的电压列向量。

基于上述网络特性模型，即可得到直流电网的标幺化功率的非线性潮流方程为忽略非线性潮流方程中的电压偏差高阶项，即可将非线性潮流方程转换为线性潮流方程。转换后的线性潮流方程为：

联立方程和即可得到线性潮流表达式：

其中，

求解上述线性潮流方程，并利用修正方程B＝AX+o²(X)对潮流计算结果进行修正，即可得到修正后的节点电压大小为：X₁＝A^-1(B-o²(X₀))，进而即可得到各节点的节点功率。

本申请的潮流计算方法，深度挖掘直流电网的控制特性，充分利用了直流电网节点控制特性和网络特性的特点。该潮流计算方法在直流电网电压偏差严格控制的基础上，把非线性潮流方程转化为线性潮流方程，实现直流电网潮流不需要迭代直接求解的目的。通过该方法，可以快速得到直流电网电压分布及各个换流站功率分配情况，其计算速度快，耗时少，计算准确度高。

在一个实施例中，如图11所示，本申请还提供一种直流电网的潮流计算装置10，其包括获取模块100、模型建立模块200、方程建立模块300和求解模块400。

具体的，获取模块100用于获取所述直流电网的每一节点的节点控制特性；

模型建立模块200用于根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型，并根据所述节点控制特性，对所述直流电网建立网络特性模型；

方程建立模块300用于基于所述控制特性模型和所述网络特性模型，建立所述直流电网的潮流表达式；

求解模块400用于求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果。

在一个实施例中，本申请还提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图12所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储源数据、报表数据等。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种报表生成方法。

本领域技术人员可以理解，图12中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取所述直流电网的每一节点的节点控制特性；

求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。该计算机程序被执行时实现下述步骤：

获取所述直流电网的每一节点的节点控制特性；

求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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

1.一种直流电网的潮流计算方法，其特征在于，包括：

获取所述直流电网的每一节点的节点控制特性；

求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果。

2.根据权利要求1所述的直流电网的潮流计算方法，其特征在于，所述根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型之前，还包括：

根据所述直流电网的每一节点的节点控制特性，对所述直流电网的各个节点进行分类。

3.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型之前，还包括：

对每一所述节点的电压大小进行标幺化处理，得到标幺化电压。

4.根据权利要求3所述的潮流计算方法，其特征在于，所述对每一所述节点的电压大小进行标幺化处理，得到标幺化电压，包括：

以额定电压为基准电压，对所述电压大小进行标幺化处理，所述标幺化处理的结果为：

其中，所述为节点i的标幺化电压；所述为所述节点i的电压偏差。

5.根据权利要求4所述的潮流计算方法，其特征在于，所述根据所述节点控制特性，对每一所述节点建立控制特性模型，包括：

根据所述标幺化电压，并联立标幺化功率，对每一所述节点建立控制特性模型。

6.根据权利要求5所述的潮流计算方法，其特征在于，所述根据所述标幺化电压，并联立标幺化功率，对每一所述节点建立控制特性模型，包括：

将所述标幺化电压和所述标幺化功率代入控制特性方程，以对每一所述节点建立控制特性模型；所述控制特性方程为：

其中，所述为节点i的功率大小，所述为节点i的标幺化功率，所述β_i为所述节点i的下垂系数，所述为所述节点i的电压大小。

7.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述根据所述节点控制特性，对所述直流电网建立网络特性模型，包括：

根据公式P_n×1＝U_diagY_n×nU_n×1建立所述直流电网的网络特性模型；

其中，所述P_n×1＝[P₁，P₂，…，P_n]^T，所述P_n×1为所述节点的功率列向量；所述U_diag＝diag(U₁，U₂，...，U_n)；所述Y_n×n为所述节点的导纳矩阵；所述U_n×1＝[U₁，U₂，…，U_n]^T，所述U_n×1为所述节点的电压列向量。

8.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述基于所述控制特性模型和所述网络特性模型，建立所述直流电网的潮流表达式，包括：

基于所述网络特性模型，建立标幺化功率的非线性潮流方程；

将所述非线性潮流方程转换为线性潮流方程；

联立所述控制特性模型，得到所述直流电网的线性潮流表达式。

9.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述求解所述潮流表达式，得到所述直流电网的潮流计算结果之后，还包括：

使用修正方程对所述直流电网的潮流计算结果进行修正。

10.一种直流电网的潮流计算装置，其特征在于，包括：

11.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一项所述方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。