CN110957737A - 一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法，考虑500kV等级统一潮流控制器特殊的拓扑结构，并联侧变流器通过一回线接入低压母线，串联侧变流器两回线接入高压母线；采用统一潮流控制器的电源模型，将统一潮流控制器的控制作用等效为对母线中5点的功率注入，得到500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，并在500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型的基础上进行潮流优化。本发明考虑UPFC实际拓扑结构建立用于500kV UPFC的五端功率注入模型，并将N‑1热稳定约束和UPFC控制特性加入传统潮流优化模型中，建立一个综合优化模型，为电网提供最优的系统运行方案，进一步提高电网运行的经济性和静态安全性。
Description
技术领域
本发明属于电网控制技术领域，特别涉及一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法。
背景技术
统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)的概念在1991年由美国西屋科技中心的L.Gyugyi等人提出，UPFC被认为是第三代FACTS器件中最具代表性的控制器，结构复杂、功能强大，它能够同时实现串联补偿功能和并联补偿功能，通过对网络参数快速、准确、灵活的调整，可以对输电线路中的潮流进行很好的调控。此外，UPFC还对系统稳定优化系统潮流配置，实现电网的安全、经济运行。
现有的UPFC的系统级模型无法反映串联侧控制多回线路的特殊结构，因此为了能够更好的对UPFC工程进行仿真分析，便于电力系统规划及运行人员分析，亟需开发能够切实反映UPFC结构的仿真模型；其次，应当尽可能地利用UPFC的潮流控制能力，开展电网最优潮流计算。然而，已有的潮流优化方法没有考虑在潮流运行点变化时UPFC不同控制方式对潮流的影响，从而导致当前运行点潮流最优，但N-1热稳定约束不满足的情况，因此需要在计及UPFC控制特性的综合设计潮流运行方案。
发明内容
本发明考虑UPFC实际拓扑结构建立用于500kV UPFC的五端功率注入模型，并将N-1热稳定约束和UPFC控制特性加入传统潮流优化模型中，建立一个综合优化模型，为电网提供最优的系统运行方案，进一步提高电网运行的经济性和静态安全性。
本发明具体为一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法，所述五端功率注入建模方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：建立统一潮流控制器的功率注入模型，包括高压母线、低压母线、并联变压器、串联变压器和变流器；
步骤(2)：考虑500kV等级统一潮流控制器特殊的拓扑结构，并联侧变流器通过一回线接入低压母线，串联侧变流器两回线接入高压母线；
步骤(3)：采用统一潮流控制器的电源模型，将统一潮流控制器的控制作用等效为对母线中5点的功率注入，得到500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，其中，第1点和第3点为高压母线始端，第2点和第4点为高压母线末端，第5点为低压母线端；
步骤(4)：针对500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，建立满足统一潮流控制器串并联时有功功率平衡的表达式：
式中，V1…V5为各个点的母线电压，θ1…θ5为各个点的母线相角，gLbLbc分别是线路的电导、电纳和对地导纳，Vse′为每回线路上的统一潮流控制器串联侧输出电压，其包括自身变压器电压产生的压降，Ip为并联侧有功注入电流；
步骤(5)：根据功率注入法将步骤(4)中的表达式代入消去Ip，得到统一潮流控制器五端功率注入模型的各附加注入功率。
进一步的，在500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型的基础上进行潮流优化，以系统运行的经济性和安全性为目标函数，其中安全性具有更高的优先级，将系统网损、电压偏移度经济性目标设为外层目标函数，将潮流分布评价函数设为内层目标函数，以内层目标制约外层目标，在考虑常规的潮流等式约束以及发电机出力、母线电压约束的同时，考虑线路N-1安全稳定约束，建立综合优化模型：
min f(x，u)
其中，x为系统状态变量；u为系统控制变量，包括电源出力、变压器接头、无功补偿装置、统一潮流控制器控制参数；f(x)为线路网损经济目标，h(x)为系统潮流等式约束，g(x)为不等式约束，w为各个预想故障对应的安全约束，w*为线路潮流约束限值，d为不同预想故障对应的参数。
进一步的，统一潮流控制器具有定功率控制、移相控制、电压调节控制以及阻抗补偿控制四种控制方式，在优化统一潮流控制器控制参数的同时，考虑统一潮流控制器的四种控制模式对于系统N-1故障的影响；分别计算每一组解不同的统一潮流控制器在控制方式下，发生N-1故障后的潮流分布，随后计算每组解在各种控制方式下的目标函数值，选取适应度高的解进行下一步迭代，最终的优化结果为系统的控制参数、统一潮流控制器的控制参数以及统一潮流控制器的控制模式。
附图说明
图1为本发明UPFC功率注入模型的结构示意图；
图2为本发明UPFC电源模型的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法的具体实施方式做详细阐述。
本发明一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：建立统一潮流控制器的功率注入模型，包括高压母线、低压母线、并联变压器、串联变压器和变流器；
步骤(2)：考虑500kV等级统一潮流控制器特殊的拓扑结构，并联侧变流器通过一回线接入低压母线，串联侧变流器两回线接入高压母线，如图1所示；
步骤(3)：采用统一潮流控制器的电源模型，将统一潮流控制器的控制作用等效为对母线中5点的功率注入，得到500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，其中，第1点和第3点为高压母线始端，第2点和第4点为高压母线末端，第5点为低压母线端，如图2所示；
步骤(4)：针对500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，建立满足统一潮流控制器串并联时有功功率平衡的表达式：
式中，V1…V5为各个点的母线电压，θ1…θ5为各个点的母线相角，gLbLbc分别是线路的电导、电纳和对地导纳，Vse′为每回线路上的统一潮流控制器串联侧输出电压，其包括自身变压器电压产生的压降，Ip为并联侧有功注入电流；
步骤(5)：根据功率注入法将步骤(4)中的表达式代入消去Ip，得到统一潮流控制器五端功率注入模型的各附加注入功率。
在500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型的基础上进行潮流优化，以系统运行的经济性和安全性为目标函数，其中安全性具有更高的优先级，将系统网损、电压偏移度经济性目标设为外层目标函数，将潮流分布评价函数设为内层目标函数，以内层目标制约外层目标，在考虑常规的潮流等式约束以及发电机出力、母线电压约束的同时，考虑线路N-1安全稳定约束，建立综合优化模型：
min f(x，u)
其中，x为系统状态变量；u为系统控制变量，包括电源出力、变压器接头、无功补偿装置、统一潮流控制器控制参数；f(x)为线路网损经济目标，h(x)为系统潮流等式约束，g(x)为不等式约束，w为各个预想故障对应的安全约束，w*为线路潮流约束限值，d为不同预想故障对应的参数。
统一潮流控制器具有定功率控制、移相控制、电压调节控制以及阻抗补偿控制四种控制方式，在优化统一潮流控制器控制参数的同时，考虑统一潮流控制器的四种控制模式对于系统N-1故障的影响；分别计算每一组解不同的统一潮流控制器在控制方式下，发生N-1故障后的潮流分布，随后计算每组解在各种控制方式下的目标函数值，选取适应度高的解进行下一步迭代，最终的优化结果为系统的控制参数、统一潮流控制器的控制参数以及统一潮流控制器的控制模式。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (3)
1.一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法，其特征在于，所述五端功率注入建模方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：建立统一潮流控制器的功率注入模型，包括高压母线、低压母线、并联变压器、串联变压器和变流器；
步骤(2)：考虑500kV等级统一潮流控制器特殊的拓扑结构，并联侧变流器通过一回线接入低压母线，串联侧变流器两回线接入高压母线；
步骤(3)：采用统一潮流控制器的电源模型，将统一潮流控制器的控制作用等效为对母线中5点的功率注入，得到500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，其中，第1点和第3点为高压母线始端，第2点和第4点为高压母线末端，第5点为低压母线端；
步骤(4)：针对500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型，建立满足统一潮流控制器串并联时有功功率平衡的表达式：
式中，V1…V5为各个点的母线电压，θ1…θ5为各个点的母线相角，gL bL bc分别是线路的电导、电纳和对地导纳，Vse′为每回线路上的统一潮流控制器串联侧输出电压，其包括自身变压器电压产生的压降，Ip为并联侧有功注入电流；
步骤(5)：根据功率注入法将步骤(4)中的表达式代入消去Ip，得到统一潮流控制器五端功率注入模型的各附加注入功率。
2.根据权利要求1所述的一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法，其特征在于，在500kV统一潮流控制器的五端功率注入模型的基础上进行潮流优化，以系统运行的经济性和安全性为目标函数，其中安全性具有更高的优先级，将系统网损、电压偏移度经济性目标设为外层目标函数，将潮流分布评价函数设为内层目标函数，以内层目标制约外层目标，在考虑常规的潮流等式约束以及发电机出力、母线电压约束的同时，考虑线路N-1安全稳定约束，建立综合优化模型：
min f(x，u)
其中，x为系统状态变量；u为系统控制变量，包括电源出力、变压器接头、无功补偿装置、统一潮流控制器控制参数；f(x)为线路网损经济目标，h(x)为系统潮流等式约束，g(x)为不等式约束，w为各个预想故障对应的安全约束，w*为线路潮流约束限值，d为不同预想故障对应的参数。
3.根据权利要求2所述的一种用于500kV统一潮流控制器的五端功率注入建模方法，其特征在于，统一潮流控制器具有定功率控制、移相控制、电压调节控制以及阻抗补偿控制四种控制方式，在优化统一潮流控制器控制参数的同时，考虑统一潮流控制器的四种控制模式对于系统N-1故障的影响；分别计算每一组解不同的统一潮流控制器在控制方式下，发生N-1故障后的潮流分布，随后计算每组解在各种控制方式下的目标函数值，选取适应度高的解进行下一步迭代，最终的优化结果为系统的控制参数、统一潮流控制器的控制参数以及统一潮流控制器的控制模式。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114094588A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-25 | 国网江苏省电力有限公司 | 一种基于gipfc的可切换容错型拓扑及其切换方法 |
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2019
- 2019-11-08 CN CN201911087434.9A patent/CN110957737A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN114094588A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-25 | 国网江苏省电力有限公司 | 一种基于gipfc的可切换容错型拓扑及其切换方法 |
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