CN110707701A - 一种电力系统潮流计算方法 - Google Patents

一种电力系统潮流计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110707701A
CN110707701A CN201910887080.XA CN201910887080A CN110707701A CN 110707701 A CN110707701 A CN 110707701A CN 201910887080 A CN201910887080 A CN 201910887080A CN 110707701 A CN110707701 A CN 110707701A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter
node
power
branch
voltage
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.)
Granted
Application number
CN201910887080.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110707701B (zh
Inventor
金国彬
石超
潘狄
刘钊
权然
成龙
张嵩
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.)
Northeast Electric Power University
Original Assignee
Northeast Dianli 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 Northeast Dianli University filed Critical Northeast Dianli University
Priority to CN201910887080.XA priority Critical patent/CN110707701B/zh
Publication of CN110707701A publication Critical patent/CN110707701A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110707701B publication Critical patent/CN110707701B/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
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc

Landscapes

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

Abstract

本发明是一种电力系统潮流计算方法，其特点是，根据支路参数矩阵，节点参数矩阵，节点配置矩阵，交流‑直流变换器参数矩阵，直流‑直流变换器参数矩阵形成系统初始参数；通过电力系统参数矩阵的形成、电力系统参数矩阵的修改、节点导纳矩阵的形成、建立潮流方程、雅各比矩阵的形成及求解、计算的电源功率是否越限判定及处理、潮流分布计算等步骤完成对电力系统潮流的计算。既能够用于交流电力系统的潮流计算，也能够用于直流电力系统的潮流计算，还能够用于交流‑直流电力系统的潮流计算。具有计算速度快，适用性强，应用效果佳等优点。

Description

一种电力系统潮流计算方法
技术领域
本发明涉及交流和直流电力系统，是一种电力系统潮流计算方法，广泛适用于交流和/或直流电力系统。
背景技术
随着城市规模日益扩展，用电负荷逐年攀升，重要负荷，非线性负荷的占比越来越大，对城市配电网的供电可靠性和经济性提出了更高的要求。现有的交流配电网面临供电容量不足，线路饱和及电能变换环节多等问题。而直流配电网具有可控性好、损耗低、电能质量高、输电容量大等特点，并且非常适合分布式电源的多点接入，因此，近年来直流配电网受到越来越广泛的关注，已经成为配电系统发展的新方向。除直流分布式电源和直流负荷外，还存在大量的交流分布式电源和交流负荷，将目前经交流-直流变换器驱动的直流负荷改造为直流直接驱动也是一个巨大的工作，用直流配电方式完全取代交流配电方式是不现实也没有必要。也就说，在可预见的未来，直流配电网基本不可能作为配电网主网架独立存在，而最有可能的应用形式就是交直流混合配电网，也就是在现有的交流配电网基础上进行改造或者直接增加新的直流线路，为特定区域特定用户搭设直流配电网。电力系统潮流计算是电力系统运行状态分析的基础，根据给定的各元件状态和网络结构计算电力系统中各节点电压及线路潮流分布，各种稳态暂态运行分析、电力系统规划、可靠性评估等都需要进行潮流计算。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的问题，提供一种计算速度快，适用性强，应用效果佳的电力系统潮流计算方法，该方法提供的结果是分析配电网的稳态运行，设计相应控制方式和研究配备相关保护设置的前提和基础。
解决其技术问题采用的技术方案是：一种电力系统潮流计算方法，其特征在于，它包括电力系统参数矩阵的形成，电力系统参数矩阵的修改，节点导纳矩阵的形成，建立潮流方程，雅各比矩阵的形成及求解，计算的电源功率是否越限判定及处理，潮流分布计算，具体包括以下步骤：
1)电力系统参数矩阵的形成
电力系统参数矩阵分别是支路参数矩阵，节点参数矩阵，节点配置矩阵，交流-直流变换器参数矩阵，直流-直流变换器参数矩阵；
①支路参数矩阵B1
B1(l,1)是支路首端节点号，其中，l∈[1,L]；L是支路数，L∈[2,9999]；
B1(l,2)是支路末端节点号；
B1(l,3)是支路的阻抗大小，含变换器的支路先赋999999，通过计算给其赋值；
B1(l,4)是直流-直流变换器标志，含直流-直流变换器的支路赋1，没有赋0；
B1(l,5)是变压器和直流-直流变换器的变比，为大于1的值，支路变比赋1，含直流-直流变换器的赋0，通过计算给其赋值；
B1(l,6)是折算标志，支路的首端在高压侧赋1，否则赋0；
B1(l,7)是交流支路对地电容值大小；
B1(l,8)是支路类型；直流支路赋1，交流支路赋2，交流-直流变换器支路赋3；
②节点参数矩阵B2
B2(i,1)是电源，发电设备输出的功率，正值，未知的赋0，其中，i∈[1,N]；N是节点数，N∈[2,9999]；
B2(i,2)是负荷，用电设备消耗的功率，正值，未知的赋0；
B2(i,3)是电压等级，潮流计算电压初值；
B2(i,4)是给定值，当该节点是直流定电流节点时，赋注入电流给定值，当该节点是交流PV节点时，赋电压给定值，其他均赋0；
B2(i,5)是节点接无功补偿设备的容量大小；
B2(i,6)是节点分类，定电压节点赋1，定功率节点赋2，定电流节点赋3，平衡节点赋4，PQ节点赋5，PV节点赋6；
B2(i,7)是上限值，当该节点是直流节点时，赋直流发电设备输出有功功率的上限值，当该节点是交流节点时，赋交流发电设备输出无功功率上限值；
B2(i,8)是下限值，当该节点是直流节点时，赋直流发电设备输出有功功率的下限值，当该节点是交流节点时，赋交流发电设备输出无功功率上限值；
③节点配置矩阵B3
当i节点是直流节点时，B3(i,j)赋1，其中，j∈[1,N]且j＝i；
当i节点是交流节点时，B3(i,j)赋0；其中，j＝i；
当i，j支路之间有直流-交流变换器且i节点在直流侧，B3(i,j)赋1，其中，j≠i；
其他赋0；
④交流-直流变换器参数矩阵A1
当B3(i,j)为1时；
A1(i,1)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数a；
A1(i,2)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数b；
A1(i,3)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数c；
A1(i,4)是交流-直流变换器模型中换流变压器和换流电抗器组合一起的等效阻抗ZC；
A1(i,5)是交流-直流变换器模型中的直流电压利用率μ,采用正弦波脉宽调制时是
Figure BDA0002207643600000031
采用空间矢量脉宽调制时是1；
其他赋0；
⑤直流-直流变换器参数矩阵A2
当B1(l,4)为1时；
A2(l,1)是直流-直流变换器模型中电力场效应管的导通电阻RS；
A2(l,2)是直流-直流变换器模型中二极管导通电阻RD；
A2(l,3)是直流-直流变换器模型中电感线圈的电感电阻RL；
A2(l,4)是直流-直流变换器模型中二极管正向导通压降UD；
A2(l,5)是直流-直流变换器模型中绝缘栅双极型晶体管饱和压降UQ；
A2(l,6)是直流-直流变换器模型中正激变换器和全桥板换器的一次绕组电阻RT1；
A2(l,7)是直流-直流变换器模型中正激变换器和全桥板换器的二次绕组电阻RT2；
A2(l,8)是直流-直流变换器模型中隔离变压器或全桥变换器的变比n；
A2(l,9)是直流-直流变换器控制方式，不调压控制赋占空比，调压控制赋0；
A2(l,10)是直流-直流变换器模型分类，降压变换器赋1，升压变换器赋2，降压-升压变换器赋3，反激变换器赋4，正激变换器赋5，全桥变换器赋6；
A2(l,11)是直流-直流变换器模型中的子模块数m；
2)电力系统参数矩阵的修改
①电源或负荷参数的修改
针对直流配电网中接交流电源或交流负荷的节点，通过交流-直流变换器建立的数学模型公式(1～4)进行参数计算；
Figure BDA0002207643600000032
公式(1)中：PS是交流侧有功功率，QS是交流侧无功功率，US是交流侧电压幅值，δS是交流侧电压相角，Ud是直流侧电压，M是脉宽调制比，M∈(0,1]，GC是换流变压器和换流电抗器结合一起的等效电导，BC是换流变压器和换流电抗器结合一起的等效电纳，δC是经过换流变压器后的电压相角；
Figure BDA0002207643600000041
公式(2)中：PC是交流侧经换流变压器后的有功功率，QC是交流侧经换流变压器后的无功功率，UC是交流侧经换流变压器后的电压幅值；
Figure BDA0002207643600000042
公式(3)中：Ploss是交流-直流变换器有功损耗，IC是交流侧经换流变压器后的电流；
Pd＝PC-Ploss (4)
公式(4)中：Pd是直流侧有功功率；
②阻抗和变比参数的修改
针对直流配电网中含有直流-直流变换器的支路，通过直流-直流变换器建立的数学模型公式(5～13)进行参数计算；
Figure BDA0002207643600000043
公式(5)中：yij、yi0、yj0是π型等效电路导纳，M(D)是变换器统一模型的变比，RE是变换器等效电阻；
Figure BDA0002207643600000044
公式(6)中：J是直流-直流变换器末端节点号，PJ是J节点传输有功功率，Pj是J节点电源和负荷的有功功率代数和，UJ是J节点的电压幅值，除了直流-直流变换器首端节点外，设其余与J节点相连的另一端节点为x＝1,2,…,k，Ux为与J节点相连节点的电压幅值，RJx是Jx支路的电阻，IJ是直流-直流变换器流过的电流；
Figure BDA0002207643600000051
Figure BDA0002207643600000052
Figure BDA0002207643600000053
Figure BDA0002207643600000056
公式(7～12)依次是降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器、反激变换器、正激变换器及全桥变换器的数学模型；其中，D是直流-直流变换器的占空比，D∈(0,1)，UE是直流-直流变换器π型等效电路中的电压降落；
对于直流-直流变换器支路而言，其两端节点注入电流要做相应的修正：
Figure BDA0002207643600000061
公式(13)中：Ii为修正后的首端电流值，Ij为修正后的末端电流值；I`i为修正前的首端电流值，I`j为修正前的末端电流值；
3)节点导纳矩阵的形成
根据节点导纳矩阵的物理意义，自导纳为与节点关联的支路导纳之和，互导纳为两节点间支路的支路导纳的相反数；
4)建立潮流方程
建立交流和直流通用潮流计算的数学模型：
Figure BDA0002207643600000062
公式(14)中：Pi是i节点注入有功功率，Qi是i节点注入无功功率，
Figure BDA0002207643600000063
是i节点电压向量，
Figure BDA0002207643600000064
是节点导纳矩阵元素，
Figure BDA0002207643600000065
是j节点电压向量；
5)雅各比矩阵的形成及求解
基于牛顿-拉夫逊法的基本思想，将潮流方程线性化形成线性方程组，建立雅各比矩阵，通过高斯消元法进行求解修正值；
6)计算的电源功率是否越限判定及处理
当牛顿-拉夫逊法的迭代修正值满足精度，考虑电源功率是否越限；若电源功率越限，则交流PV节点的无功功率越限则转换为PQ节点，直流定电压节点有功功率越限则转换为定功率节点；
涉及的直流节点具体分类如下：
①定电压节点：通过直流-直流变换器保持供电电压恒定的负载节点，实现升降压功能的直流-直流变换器采取调压控制的出口侧节点，采取定电压控制交流-直流变换器的交流主网及分布式电源的节点；
②定功率节点：直接接入直流配电网的负载节点，实现升降压功能的直流-直流变换器采取不调压出口侧节点，采取定功率控制交流-直流变换器的固定有功功率电源的节点；
③定电流节点：采取定电流控制直流-直流变换器的有功功率有限的直流电源的节点；
7)潮流分布计算
由电功率公式计算线路功率及功率损耗。
本发明是一种电力系统潮流计算方法，其特点是：既能够用于交流电力系统的潮流计算，也能够用于直流电力系统的潮流计算，还能够用于交流-直流电力系统的潮流计算；根据支路参数矩阵，节点参数矩阵，节点配置矩阵，交流-直流变换器参数矩阵，直流-直流变换器参数矩阵形成系统初始参数；通过交流-直流变换器模型和直流-直流变换器模型计算修改系统参数；采用牛顿-拉夫逊法和高斯消去法求解潮流方程及其雅各比矩阵；在符合求解精度后，判定电源功率是否越限；最终实现潮流分布计算。本发明具有计算速度快，适用性强，应用效果佳等优点。
附图说明
图1为本发明的一种电力系统潮流计算方法框图；
图2为图1的实施例示意图；
图3为图2的节点电压幅值、节点电压相角、节点有功功率和节点无功功率潮流分布示意图；
图4为图2的支路首端有功功率、支路末端有功功率、支路首端无功功率和支路末端无功功率潮流分布示意图；
图5为图2的支路有功功率损耗和支路无功功率损耗潮流分布示意图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，一种电力系统潮流计算方法，其特征在于，它包括电力系统参数矩阵的形成，电力系统参数矩阵的修改，节点导纳矩阵的形成，建立潮流方程，雅各比矩阵的形成及求解，计算的电源功率是否越限判定及处理，潮流分布计算，具体包括以下步骤：
1)电力系统参数矩阵的形成
电力系统参数矩阵分别是支路参数矩阵，节点参数矩阵，节点配置矩阵，交流-直流变换器参数矩阵，直流-直流变换器参数矩阵；
①支路参数矩阵B1
B1(l,1)是支路首端节点号，其中，l∈[1,L]；L是支路数，L∈[2,9999]；
B1(l,2)是支路末端节点号；
B1(l,3)是支路的阻抗大小，含变换器的支路先赋999999，通过计算给其赋值；
B1(l,4)是直流-直流变换器标志，含直流-直流变换器的支路赋1，没有赋0；
B1(l,5)是变压器和直流-直流变换器的变比，为大于1的值，支路变比赋1，含直流-直流变换器的赋0，通过计算给其赋值；
B1(l,6)是折算标志，支路的首端在高压侧赋1，否则赋0；
B1(l,7)是交流支路对地电容值大小；
B1(l,8)是支路类型；直流支路赋1，交流支路赋2，交流-直流变换器支路赋3；
②节点参数矩阵B2
B2(i,1)是电源，发电设备输出的功率，正值，未知的赋0，其中，i∈[1,N]；N是节点数，N∈[2,9999]；
B2(i,2)是负荷，用电设备消耗的功率，正值，未知的赋0；
B2(i,3)是电压等级，潮流计算电压初值；
B2(i,4)是给定值，当该节点是直流定电流节点时，赋注入电流给定值，当该节点是交流PV节点时，赋电压给定值，其他均赋0；
B2(i,5)是节点接无功补偿设备的容量大小；
B2(i,6)是节点分类，定电压节点赋1，定功率节点赋2，定电流节点赋3，平衡节点赋4，PQ节点赋5，PV节点赋6；
B2(i,7)是上限值，当该节点是直流节点时，赋直流发电设备输出有功功率的上限值，当该节点是交流节点时，赋交流发电设备输出无功功率上限值；
B2(i,8)是下限值，当该节点是直流节点时，赋直流发电设备输出有功功率的下限值，当该节点是交流节点时，赋交流发电设备输出无功功率上限值；
③节点配置矩阵B3
当i节点是直流节点时，B3(i,j)赋1，其中，j∈[1,N]且j＝i；
当i节点是交流节点时，B3(i,j)赋0；其中，j＝i；
当i，j支路之间有直流-交流变换器且i节点在直流侧，B3(i,j)赋1，其中，j≠i；
其他赋0；
④交流-直流变换器参数矩阵A1
当B3(i,j)为1时；
A1(i,1)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数a；
A1(i,2)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数b；
A1(i,3)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数c；
A1(i,4)是交流-直流变换器模型中换流变压器和换流电抗器组合一起的等效阻抗ZC；
A1(i,5)是交流-直流变换器模型中的直流电压利用率μ,采用正弦波脉宽调制时是
Figure BDA0002207643600000091
采用空间矢量脉宽调制时是1；
其他赋0；
⑤直流-直流变换器参数矩阵A2
当B1(l,4)为1时；
A2(l,1)是直流-直流变换器模型中电力场效应管的导通电阻RS；
A2(l,2)是直流-直流变换器模型中二极管导通电阻RD；
A2(l,3)是直流-直流变换器模型中电感线圈的电感电阻RL；
A2(l,4)是直流-直流变换器模型中二极管正向导通压降UD；
A2(l,5)是直流-直流变换器模型中绝缘栅双极型晶体管饱和压降UQ；
A2(l,6)是直流-直流变换器模型中正激变换器和全桥板换器的一次绕组电阻RT1；
A2(l,7)是直流-直流变换器模型中正激变换器和全桥板换器的二次绕组电阻RT2；
A2(l,8)是直流-直流变换器模型中隔离变压器或全桥变换器的变比n；
A2(l,9)是直流-直流变换器控制方式，不调压控制赋占空比，调压控制赋0；
A2(l,10)是直流-直流变换器模型分类，降压变换器赋1，升压变换器赋2，降压-升压变换器赋3，反激变换器赋4，正激变换器赋5，全桥变换器赋6；
A2(l,11)是直流-直流变换器模型中的子模块数m；
2)电力系统参数矩阵的修改
①电源或负荷参数的修改
针对直流配电网中接交流电源或交流负荷的节点，通过交流-直流变换器建立的数学模型公式(1～4)进行参数计算；
Figure BDA0002207643600000092
公式(1)中：PS是交流侧有功功率，QS是交流侧无功功率，US是交流侧电压幅值，δS是交流侧电压相角，Ud是直流侧电压，M是脉宽调制比，M∈(0,1]，GC是换流变压器和换流电抗器结合一起的等效电导，BC是换流变压器和换流电抗器结合一起的等效电纳，δC是经过换流变压器后的电压相角；
Figure BDA0002207643600000101
公式(2)中：PC是交流侧经换流变压器后的有功功率，QC是交流侧经换流变压器后的无功功率，UC是交流侧经换流变压器后的电压幅值；
Figure BDA0002207643600000102
公式(3)中：Ploss是交流-直流变换器有功损耗，IC是交流侧经换流变压器后的电流；
Pd＝PC-Ploss (4)
公式(4)中：Pd是直流侧有功功率；
②阻抗和变比参数的修改
针对直流配电网中含有直流-直流变换器的支路，通过直流-直流变换器建立的数学模型公式(5～13)进行参数计算；
Figure BDA0002207643600000103
公式(5)中：yij、yi0、yj0是π型等效电路导纳，M(D)是变换器统一模型的变比，RE是变换器等效电阻；
Figure BDA0002207643600000104
公式(6)中：J是直流-直流变换器末端节点号，PJ是J节点传输有功功率，Pj是J节点电源和负荷的有功功率代数和，UJ是J节点的电压幅值，除了直流-直流变换器首端节点外，设其余与J节点相连的另一端节点为x＝1,2,…,k，Ux为与J节点相连节点的电压幅值，RJx是Jx支路的电阻，IJ是直流-直流变换器流过的电流；
Figure BDA0002207643600000111
Figure BDA0002207643600000112
Figure BDA0002207643600000113
Figure BDA0002207643600000114
Figure BDA0002207643600000115
Figure BDA0002207643600000116
公式(7～12)依次是降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器、反激变换器、正激变换器及全桥变换器的数学模型；其中，D是直流-直流变换器的占空比，D∈(0,1)，UE是直流-直流变换器π型等效电路中的电压降落；
对于直流-直流变换器支路而言，其两端节点注入电流要做相应的修正：
Figure BDA0002207643600000117
公式(13)中：Ii为修正后的首端电流值，Ij为修正后的末端电流值；I`j为修正前的首端电流值，I`j为修正前的末端电流值；
3)节点导纳矩阵的形成
根据节点导纳矩阵的物理意义，自导纳为与节点关联的支路导纳之和，互导纳为两节点间支路的支路导纳的相反数；
4)建立潮流方程
建立交流和直流通用潮流计算的数学模型：
Figure BDA0002207643600000121
公式(14)中：Pi是i节点注入有功功率，Qi是i节点注入无功功率，
Figure BDA0002207643600000122
是i节点电压向量，
Figure BDA0002207643600000123
是节点导纳矩阵元素，
Figure BDA0002207643600000124
是j节点电压向量；
5)雅各比矩阵的形成及求解
基于牛顿-拉夫逊法的基本思想，将潮流方程线性化形成线性方程组，建立雅各比矩阵，通过高斯消元法进行求解修正值；
6)计算的电源功率是否越限判定及处理
当牛顿-拉夫逊法的迭代修正值满足精度，考虑电源功率是否越限；若电源功率越限，则交流PV节点的无功功率越限则转换为PQ节点，直流定电压节点有功功率越限则转换为定功率节点；
涉及的直流节点具体分类如下：
①定电压节点：通过直流-直流变换器保持供电电压恒定的负载节点，实现升降压功能的直流-直流变换器采取调压控制的出口侧节点，采取定电压控制交流-直流变换器的交流主网及分布式电源的节点；
②定功率节点：直接接入直流配电网的负载节点，实现升降压功能的直流-直流变换器采取不调压出口侧节点，采取定功率控制交流-直流变换器的固定有功功率电源的节点；
③定电流节点：采取定电流控制直流-直流变换器的有功功率有限的直流电源的节点；
7)潮流分布计算
由电功率公式计算线路功率及功率损耗。
参照图2，利用本发明的一种电力系统潮流计算方法，在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力系统中的分布。
参照图3，利用本发明的一种电力系统潮流计算方法，计算出的结果，包括节点电压幅值、节点电压相角、节点有功功率和节点无功功率。
参照图4，利用本发明的一种电力系统潮流计算方法，计算出的结果，包括支路首端有功功率、支路末端有功功率、支路首端无功功率和支路末端无功功率。
参照图5，利用本发明的一种电力系统潮流计算方法，计算出的结果，包括支路有功功率损耗和支路无功功率损耗。
本发明的实施例并非穷举，本领域技术人员不经过创造性劳动的简单复制和改进，仍属于本发明权利保护的范围。

Claims (1)

1.一种电力系统潮流计算方法，其特征在于，它包括电力系统参数矩阵的形成，电力系统参数矩阵的修改，节点导纳矩阵的形成，建立潮流方程，雅各比矩阵的形成及求解，计算的电源功率是否越限判定及处理，潮流分布计算，具体包括以下步骤：
1)电力系统参数矩阵的形成
电力系统参数矩阵分别是支路参数矩阵，节点参数矩阵，节点配置矩阵，交流-直流变换器参数矩阵，直流-直流变换器参数矩阵；
①支路参数矩阵B1
B1(l,1)是支路首端节点号，其中，l∈[1,L]；L是支路数，L∈[2,9999]；
B1(l,2)是支路末端节点号；
B1(l,3)是支路的阻抗大小，含变换器的支路先赋999999，通过计算给其赋值；
B1(l,4)是直流-直流变换器标志，含直流-直流变换器的支路赋1，没有赋0；
B1(l,5)是变压器和直流-直流变换器的变比，为大于1的值，支路变比赋1，含直流-直流变换器的赋0，通过计算给其赋值；
B1(l,6)是折算标志，支路的首端在高压侧赋1，否则赋0；
B1(l,7)是交流支路对地电容值大小；
B1(l,8)是支路类型；直流支路赋1，交流支路赋2，交流-直流变换器支路赋3；
②节点参数矩阵B2
B2(i,1)是电源，发电设备输出的功率，正值，未知的赋0，其中，i∈[1,N]；N是节点数，N∈[2,9999]；
B2(i,2)是负荷，用电设备消耗的功率，正值，未知的赋0；
B2(i,3)是电压等级，潮流计算电压初值；
B2(i,4)是给定值，当该节点是直流定电流节点时，赋注入电流给定值，当该节点是交流PV节点时，赋电压给定值，其他均赋0；
B2(i,5)是节点接无功补偿设备的容量大小；
B2(i,6)是节点分类，定电压节点赋1，定功率节点赋2，定电流节点赋3，平衡节点赋4，PQ节点赋5，PV节点赋6；
B2(i,7)是上限值，当该节点是直流节点时，赋直流发电设备输出有功功率的上限值，当该节点是交流节点时，赋交流发电设备输出无功功率上限值；
B2(i,8)是下限值，当该节点是直流节点时，赋直流发电设备输出有功功率的下限值，当该节点是交流节点时，赋交流发电设备输出无功功率上限值；
③节点配置矩阵B3
当i节点是直流节点时，B3(i,j)赋1，其中，j∈[1,N]且j＝i；
当i节点是交流节点时，B3(i,j)赋0；其中，j＝i；
当i，j支路之间有直流-交流变换器且i节点在直流侧，B3(i,j)赋1，其中，j≠i；
其他赋0；
④交流-直流变换器参数矩阵A1
当B3(i,j)为1时；
A1(i,1)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数a；
A1(i,2)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数b；
A1(i,3)是交流-直流变换器模型中的开关损耗参数c；
A1(i,4)是交流-直流变换器模型中换流变压器和换流电抗器组合一起的等效阻抗ZC；
A1(i,5)是交流-直流变换器模型中的直流电压利用率μ,采用正弦波脉宽调制时是
Figure FDA0002207643590000021
采用空间矢量脉宽调制时是1；
其他赋0；
⑤直流-直流变换器参数矩阵A2
当B1(l,4)为1时；
A2(l,1)是直流-直流变换器模型中电力场效应管的导通电阻RS；
A2(l,2)是直流-直流变换器模型中二极管导通电阻RD；
A2(l,3)是直流-直流变换器模型中电感线圈的电感电阻RL；
A2(l,4)是直流-直流变换器模型中二极管正向导通压降UD；
A2(l,5)是直流-直流变换器模型中绝缘栅双极型晶体管饱和压降UQ；
A2(l,6)是直流-直流变换器模型中正激变换器和全桥板换器的一次绕组电阻RT1；
A2(l,7)是直流-直流变换器模型中正激变换器和全桥板换器的二次绕组电阻RT2；
A2(l,8)是直流-直流变换器模型中隔离变压器或全桥变换器的变比n；
A2(l,9)是直流-直流变换器控制方式，不调压控制赋占空比，调压控制赋0；
A2(l,10)是直流-直流变换器模型分类，降压变换器赋1，升压变换器赋2，降压-升压变换器赋3，反激变换器赋4，正激变换器赋5，全桥变换器赋6；
A2(l,11)是直流-直流变换器模型中的子模块数m；
2)电力系统参数矩阵的修改
①电源或负荷参数的修改
针对直流配电网中接交流电源或交流负荷的节点，通过交流-直流变换器建立的数学模型公式(1～4)进行参数计算；
Figure FDA0002207643590000031
公式(1)中：PS是交流侧有功功率，QS是交流侧无功功率，US是交流侧电压幅值，δS是交流侧电压相角，Ud是直流侧电压，M是脉宽调制比，M∈(0,1]，GC是换流变压器和换流电抗器结合一起的等效电导，BC是换流变压器和换流电抗器结合一起的等效电纳，δC是经过换流变压器后的电压相角；
Figure FDA0002207643590000032
公式(2)中：PC是交流侧经换流变压器后的有功功率，QC是交流侧经换流变压器后的无功功率，UC是交流侧经换流变压器后的电压幅值；
Figure FDA0002207643590000033
公式(3)中：Ploss是交流-直流变换器有功损耗，IC是交流侧经换流变压器后的电流；
Pd＝PC-Ploss (4)
公式(4)中：Pd是直流侧有功功率；
②阻抗和变比参数的修改
针对直流配电网中含有直流-直流变换器的支路，通过直流-直流变换器建立的数学模型公式(5～13)进行参数计算；
Figure FDA0002207643590000041
公式(5)中：yij、yi0、yj0是π型等效电路导纳，M(D)是变换器统一模型的变比，RE是变换器等效电阻；
Figure FDA0002207643590000042
公式(6)中：J是直流-直流变换器末端节点号，PJ是J节点传输有功功率，Pj是J节点电源和负荷的有功功率代数和，UJ是J节点的电压幅值，除了直流-直流变换器首端节点外，设其余与J节点相连的另一端节点为x＝1,2,…,k，Ux为与J节点相连节点的电压幅值，RJx是J x支路的电阻，IJ是直流-直流变换器流过的电流；
Figure FDA0002207643590000043
Figure FDA0002207643590000052
Figure FDA0002207643590000053
公式(7～12)依次是降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器、反激变换器、正激变换器及全桥变换器的数学模型；其中，D是直流-直流变换器的占空比，D∈(0,1)，UE是直流-直流变换器π型等效电路中的电压降落；
对于直流-直流变换器支路而言，其两端节点注入电流要做相应的修正：
Figure FDA0002207643590000054
公式(13)中：Ii为修正后的首端电流值，Ij为修正后的末端电流值；I`i为修正前的首端电流值，I`j为修正前的末端电流值；
3)节点导纳矩阵的形成
根据节点导纳矩阵的物理意义，自导纳为与节点关联的支路导纳之和，互导纳为两节点间支路的支路导纳的相反数；
4)建立潮流方程
建立交流和直流通用潮流计算的数学模型：
Figure FDA0002207643590000055
公式(14)中：Pi是i节点注入有功功率，Qi是i节点注入无功功率，
Figure FDA0002207643590000056
是i节点电压向量，
Figure FDA0002207643590000057
是节点导纳矩阵元素，
Figure FDA0002207643590000058
是j节点电压向量；
5)雅各比矩阵的形成及求解
基于牛顿-拉夫逊法的基本思想，将潮流方程线性化形成线性方程组，建立雅各比矩阵，通过高斯消元法进行求解修正值；
6)计算的电源功率是否越限判定及处理
当牛顿-拉夫逊法的迭代修正值满足精度，考虑电源功率是否越限；若电源功率越限，则交流PV节点的无功功率越限则转换为PQ节点，直流定电压节点有功功率越限则转换为定功率节点；
涉及的直流节点具体分类如下：
①定电压节点：通过直流-直流变换器保持供电电压恒定的负载节点，实现升降压功能的直流-直流变换器采取调压控制的出口侧节点，采取定电压控制交流-直流变换器的交流主网及分布式电源的节点；
②定功率节点：直接接入直流配电网的负载节点，实现升降压功能的直流-直流变换器采取不调压出口侧节点，采取定功率控制交流-直流变换器的固定有功功率电源的节点；
③定电流节点：采取定电流控制直流-直流变换器的有功功率有限的直流电源的节点；
7)潮流分布计算
由电功率公式计算线路功率及功率损耗。
CN201910887080.XA 2019-09-19 2019-09-19 一种电力系统潮流计算方法 Active CN110707701B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910887080.XA CN110707701B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种电力系统潮流计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910887080.XA CN110707701B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种电力系统潮流计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110707701A true CN110707701A (zh) 2020-01-17
CN110707701B CN110707701B (zh) 2022-01-28

Family

ID=69194899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910887080.XA Active CN110707701B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种电力系统潮流计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110707701B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113690893A (zh) * 2021-08-26 2021-11-23 广东电网有限责任公司广州供电局 一种含调压器微电网的潮流计算方法和系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6748349B1 (en) * 1999-05-07 2004-06-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Generalized fluid system simulation program
CN106532711A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 大连海事大学 随迭代和节点类型改变雅可比矩阵的牛顿法潮流计算方法
CN109510209A (zh) * 2019-01-14 2019-03-22 广东电网有限责任公司 考虑含相关性高维随机变量的混联电网概率潮流计算方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6748349B1 (en) * 1999-05-07 2004-06-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Generalized fluid system simulation program
CN106532711A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 大连海事大学 随迭代和节点类型改变雅可比矩阵的牛顿法潮流计算方法
CN109510209A (zh) * 2019-01-14 2019-03-22 广东电网有限责任公司 考虑含相关性高维随机变量的混联电网概率潮流计算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAYTHAM M. A. AHMED: "A Generalized Approach to the Load Flow Analysis of AC–DC Hybrid Distribution Systems", 《 IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS 》 *
王家融 等: "基于增广雅可比矩阵的交直流解耦潮流新算法", 《电工技术学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113690893A (zh) * 2021-08-26 2021-11-23 广东电网有限责任公司广州供电局 一种含调压器微电网的潮流计算方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110707701B (zh) 2022-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. Optimization of extended phase-shift control for full-bridge CLLC resonant converter with improved light-load efficiency
Manandhar et al. Efficiency comparison of DC and AC microgrid
Musavi et al. A phase shifted semi-bridgeless boost power factor corrected converter for plug in hybrid electric vehicle battery chargers
Praneeth et al. Modeling, design, analysis, and control of a nonisolated universal on-board battery charger for electric transportation
Musavi et al. Efficiency evaluation of single-phase solutions for AC-DC PFC boost converters for plug-in-hybrid electric vehicle battery chargers
CN111244962B (zh) 一种统一求解的交直流混合配电网潮流计算方法
CN106786485B (zh) 用于不平衡负载下直流微电网的电压脉动抑制方法
Sedaghati et al. Analysis and implementation of a boost DC–DC converter with high voltage gain and continuous input current
CN107888096B (zh) 一种三相两桥臂三电平混合整流器
Li et al. Working principle analysis and control algorithm for bidirectional DC/DC converter.
CN204578389U (zh) 大功率脉冲沿时间可调节交直流电源
CN108281979A (zh) 一种适合低压大电流输入的电子回馈负载电路
Pourjafar et al. A Coupled Inductor Based High Voltage Gain DC-DC Converter Using Interleaved Voltage Multiplier Cells.
Nimitti et al. Dual-stacked bidirectional boost/buck dc–dc converter
Liu et al. A two-stage bidirectional DC-DC converter system and its control strategy
CN110707701B (zh) 一种电力系统潮流计算方法
Liu et al. An energy router based on multi-winding high-frequency transformer
Liu et al. A bidirectional dual buck-boost voltage balancer with direct coupling based on a burst-mode control scheme for low-voltage bipolar-type DC microgrids
CN203339976U (zh) 潜航器长距离直流馈电系统
Dai Modeling and efficiency-based control of interleaved LLC converters for PV DC microgrid
Kozhushko et al. Hybrid Energy Storage System of Power Supply for Micro Resistance Welding
Zhou et al. Hybrid Control Strategy for Single-Stage Interleaved Totem-Pole LLC AC-DC Converter With Input and Output Power Decoupling
Luo et al. Power boundary controlled single-stage LLC power factor correction converter and its optimal parameter design
CN103368416A (zh) 潜航器长距离直流馈电系统
CN208046474U (zh) 一种三相两桥臂三电平混合整流器

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