CN111541246A - 一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法 - Google Patents

一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，包括：构建全纯型交流潮流计算模型；考虑换流站不同控制方式，构建各种控制方式下全纯型控制模型，并依据换流站等值模型，结合上述交流网络潮流结果，进行VSC换流站相关的计算，获取换流器损耗、直流节点的有功功率大小等相关数据；依据换流站有功类控制方式确定直流网络节点类型，对各类直流节点分别构建全纯型等式方程，形成全纯型直流潮流计算模型，进行直流网络潮流计算；依据直流网络潮流数据，更新交流系统PCC有功功率，并与该数值的前一次结果作差，若差值大于设定阈值，返回初始步骤，若差值小于设定阈值，获取交直流混合系统的整体潮流分布，流程结束。

Description

一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法。
背景技术
随着用电需求和可再生能源大规模并网的发展，直流输电技术得到了巨大的推动，其 自身的技术和经济优势体现在各个领域，具有巨大的发展前景[1-2]。与此同时，基于电压源 型换流器(Voltage Source Converter，VSC)的高压直流输电工程数量的增多和传输容量的增 大，交直流混合电网变得越来与复杂[3]，相比传统电力系统，其运行特性发生巨大地变化， 准确获取电力系统潮流分布的难度也大大增加。
电力系统潮流计算是电力系统运行状态分析的基础，根据给定的网络拓扑结构及各元 件信息计算电力系统中各节点电压，进而求得系统线路潮流分布，在电力系统规划、稳态 暂态运行分析、可靠性评估等工作中都需要进行潮流计算[4-5]。因此，研究适用于交直流系 统的潮流算法具有重要意义。
已有的交直流潮流计算方法大多基于牛顿-拉夫逊(Newton-Raphson，N-R)迭代法进行 求解，由于N-R本身局部收敛特性，需要为其提供一个接近真实解的初值，而初值的选取 往往是依据经验猜测潮流初值并反复尝试，此项工作十分繁琐，占用大量时间。另外，交直流系统潮流是否能收敛至正确解，很大程度上依赖于初值的选取，若初值选取不当导致内循环不收敛，外部循环将受到影响，进而造成交直流系统潮流整体不收敛，导致无法准确获取电力系统的潮流解，影响电力系统规划、稳态暂态运行分析、可靠性评估等工作的正常开展。
因此，研究开发一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法尤为重要。
参考文献
[1]周涛，陈中，戴中坚，孙可慧，刘艺.含VSC-MTDC的交直流系统潮流算法[J].中国 电机工程学报，2019，39(11)：3140-3149.
[2]郑超，周孝信，李若梅，等.VSC-HVDC稳态特性与潮流算法的研究[J].中国电机工 程学报，2005，25(6)：1-5.
[3]Beerten J，Belmans R.Development ofan open source power flowsoftware for high voltage direct current grids and hybrid AC/DC systems：MATACDC[J].IET Generation，Transmission and Distribution，2015，9(10)：966-974.
[4]雷婧婷，安婷，杜正春，等.含直流配电网的交直流潮流计算[J].中国电机工程学报， 2016，36(4)：911-918.
[5]Daelemans G，Srivastava K，Reza M，et al.Minimization of steady-statelosses in meshed networks using VSC HVDC[C]//Proceedings of IEEE Power andEnergy Society General Meeting.Calgary，Canada：IEEE，2009.
发明内容
本发明提供了一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，与传统牛顿-拉夫逊潮流 算法相比，本发明无需提供潮流计算初值即可准确求解出交直流系统潮流解，通过构建全 纯型潮流模型，将潮流求解模型进行转换，同时构造出常系数求解矩阵，使本发明具有较 快的计算速度，实现了电力系统交直流潮流的准确快速求取，详见下文描述：
一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，所述方法包括：
1)基于传统交流系统节点功率、电压平衡模型，构建全纯型交流潮流计算模型，进行交流网络潮流计算，获得交流网络潮流解；
2)考虑换流站不同控制方式，构建各种控制方式下全纯型控制模型，并依据换流站 等值模型，结合上述交流网络潮流结果，进行VSC换流站相关的计算，获取换流器损耗Ploss、直流节点的有功功率大小；
3)依据换流站有功类控制方式确定直流网络节点类型，对各类直流节点分别构建全 纯型等式方程，形成全纯型直流潮流计算模型，进行直流网络潮流计算，获得直流网络潮 流解；
4)依据直流网络潮流数据，更新交流系统PCC有功功率，并与该数值的前一次结果作差，若差值大于设定阈值，重新执行步骤1)，若差值小于设定阈值，潮流收敛，获得交 直流混合系统的整体潮流分布，流程结束。
其中，所述考虑换流站有功类和无功类控制方式，构建不同控制方式下全纯型控制模 型具体为：
构建直流节点有功功率控制模型为：
Figure BDA0002476371010000021
其中，s表示嵌入的实数参数，Gij表示直流网络中i节点与j节点之间的电导，
Figure BDA0002476371010000022
表示 直流网络i节点功率的给定值，Vdci(s)表示直流网络中节点i的电压函数，Vdcj(s)表示直流 网络中节点j的电压函数，M表示直流节点数；
构建直流节点电压控制模型为：
Figure BDA0002476371010000031
式中，Vdcslack表示直流定电压节点电压，
Figure BDA0002476371010000032
表示直流节点电压设定值；
构建PCC无功功率控制模型为：
Figure BDA0002476371010000033
式中，α表示嵌入的复数参数，Yiktrans表示节点i与节点k之间的线路导纳，
Figure BDA0002476371010000034
表示 PCC节点i的自导纳，
Figure BDA0002476371010000035
表示VSC注入PCC节点i的有功功率值，Vk(α)表示节点k的隐 式电压函数，N表示交流网络节点数，
Figure BDA0002476371010000036
表示注入PCC节点无功功率的设定值，
Figure BDA0002476371010000037
表 示节点i的隐式电压函数的共轭函数，
Figure BDA0002476371010000038
表示PCC节点i的电压函数；
构建PCC无功功率控制模型为：
Figure BDA0002476371010000039
式中，
Figure BDA00024763710100000310
表示定交流电压节点的电压幅值，
Figure BDA00024763710100000311
表示
Figure BDA00024763710100000312
的共轭函数。
进一步地，所述全纯型直流潮流计算模型具体为：
构建新的全纯型定直流功率节点潮流模型如下：
Figure BDA00024763710100000313
式中，Pdci表示直流节点i的功率，Vi(s)表示节点i的电压函数，Vj(s)表示节点j的电 压函数；
构建电力系统直流潮流的幂级数求解模型：
Figure BDA00024763710100000314
Figure BDA00024763710100000315
式中，Vj[n]表示直流节点i的电压幂级数sn的系数；Wi[n]表示直流节点i的电压幂级 数系数Vj[n]的倒数；
基于直流潮流的幂级数求解模型，构建幂级数求解矩阵：
Figure BDA00024763710100000316
式中，VM[n]表示定直流功率节点的电压n阶幂级数系数，GM1、GM2、…表示线路互 电导，G11、G22、…GMM表示线路互电导，M表示直流系统节点数；
将求得电压幂级数系数代入下式，构建电压全纯函数表达式：
Vi(s)＝Vi[0]s0+Vi[1]s1+Vi[2]s2+…+Vi[n]sn
令α＝1，求取Vi(1)的值即为直流潮流电压解。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明相比现有电力系统交直流潮流计算方法，无需进行繁琐的潮流初值猜测工 作，即可准确求解出电力系统交直流系统潮流分布，有效避免了因猜测初值不当造成的潮 流不收敛现象，为电力系统研究人员提供更加方便快捷、可靠有效的潮流计算工具；
2、本发明将传统潮流计算模型转化为全纯型电压函数潮流求解模型，同时巧妙的构 造出具有常系数的潮流求解矩阵，大大降低了潮流计算工作量，提高了电力系统潮流计算 速度，从而电力系统调度人员可以快速的掌握系统各节点电压水平及潮流分布，方便进行 调度决策；
3、本发明提供了多种换流站控制模型，能够准确计算不同控制方式下的电力系统交 直流系统潮流，具有很强的通用性，可实现交直流电力系统中换流站控制方式转换功能， 防止电压过低或换流器传输功率过大问题的发生；
4、本发明考虑了网络拓扑中的电导与电纳，所以同时适用于电力系统输电网和配电 网的潮流计算，无需因网络性质不同而更换潮流算法，为实现电力系统输电网与配电网协 同提供了依据。
附图说明
图1为一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法的流程图；
图2为VSC换流站等值模型示意图；
图3是5节点系统交流侧网络拓扑图；
图4是5节点系统直流侧网络拓扑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详 细描述。
实施例1
一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，参见图1，该方法包括以下步骤：
101：基于传统交流系统节点功率、电压平衡模型，构建全纯型交流潮流计算模型，进行交流网络潮流计算，获得交流网络潮流解；
102：考虑换流站不同控制方式，构建各种控制方式下全纯型控制模型，并依据换流 站等值模型，结合上述交流网络潮流结果，进行VSC换流站相关的计算，获取换流器损耗Ploss、直流节点的有功功率大小等相关数据；
103：依据换流站有功类控制方式确定直流网络节点类型，对各类直流节点分别构建 全纯型等式方程，形成全纯型直流潮流计算模型，进行直流网络潮流计算；
104：根据所得直流网络潮流分布，更新交流系统公共耦合点(Point of CommonCoupling， PCC)有功功率，并与该数值的前一次结果作差，若差值大于设定阈值，则重新执行步骤101， 更新其求解模型中的相应数据，进行下一次循环计算；若差值小于设定阈值，潮流收敛， 获得交直流混合系统的整体潮流分布，流程结束。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤101-步骤104实现了无需潮流初值即可准确求 解出电力系统交直流系统潮流分布，有效避免了因猜测初值不当造成的交直流系统潮流不 收敛现象，为电力系统研究人员提供更加方便快捷、可靠有效的潮流计算工具。
实施例2
下面结合具体的计算公式、实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描 述：
201：输入交流网络节点编号、节点类型，其中包括VSC注入交流PCC节点编号；输入换流器节点数量并对其进行编号，并对其给定适当的有功类和无功类控制方式；输入直流网络节点数；设置最大交替计算次数R；设置交直流潮流收敛阈值ε；令交替计算次数 r＝0；
202：基于传统交流系统节点功率、电压平衡模型，构建全纯型PQ节点潮流模型、PV节点潮流模型和全纯型平衡节点的交流潮流计算模型，进行交流网络潮流计算；
其中，该步骤202包括：
1)构建交流系统PQ节点功率平衡方程：
Figure BDA0002476371010000051
式中，Si表示节点i的功率，其中i＝1，2，3…NPQ，NPQ表示交流系统PQ节点数；Vi表示节点i的电压，Vk表示与节点i直接相连的节点k的电压；Yik表示节点i与节点k之 间的导纳，其中k＝1，2，3…N，N表示交流系统节点数，*表示共轭运算符。
对PQ节点，通常已知量为节点功率S，待求量为节点电压V，对式(1)中的待求量电压V嵌入复变量α，形成电压的全纯函数V(α)，构建新的全纯型PQ节点潮流模型如下：
Figure BDA0002476371010000061
式中，α表示嵌入的复数参数，Yiktrans表示节点i与节点k之间的线路导纳，Yishunt表示 节点i自导纳；Vk(α)表示节点k的电压函数，Vi(α)表示节点i的电压函数，
Figure BDA0002476371010000062
表示电压函数Vi(α)的共轭函数。
2)构建PV节点功率平衡方程和电压平衡方程：
Figure BDA0002476371010000063
其中，
Figure BDA0002476371010000064
表示PV节点电压幅值的设定值，其中j＝1，2，3…NPV，NPV表示交流系统 PV节点数。
对于PV节点，通常已知节点电压幅值|V|和节点注入有功功率P，待求量为节点电压 相角θ和注入无功功率Q，同理在直角坐标系下，对式(3)中的待求量电压V和注入无功功率Q嵌入复变量α，形成电压的全纯函数V(α)和无功功率全纯函数Q(α)，构建全纯型PV 节点潮流模型如下：
Figure BDA0002476371010000065
式中，α表示嵌入的复数参数，
Figure BDA0002476371010000066
表示PV节点电压幅值，Qj(α)表示节点j的无功功率函数，Pj表示节点j的有功功率。
3)构建平衡节点电压平衡方程：
Figure BDA0002476371010000067
其中Vslack表示平衡节点电压，
Figure BDA0002476371010000068
表示平衡节点电压设定值。
对于平衡节点，通常已知节点电压幅值|V|和电压相角θ，考虑电压等式方程，对式(5) 中的平衡节点电压Vslack嵌入复变量α，形成电压的全纯函数Vslack(α)，构建全纯型平衡节 点潮流模型如下：
Figure BDA0002476371010000069
式中，α表示嵌入的复数参数，
Figure BDA00024763710100000610
表示平衡节点电压复数值。
4)针对所构建的全纯潮流模型，将全纯函数展开为麦克劳林幂级数，并比较同次幂 系数，构建电力系统交流潮流的幂级数求解模型：
Figure BDA00024763710100000611
Figure BDA0002476371010000071
Figure BDA0002476371010000072
式中，n表示幂级数阶次，Vk[n]表示k节点电压幂级数αn的系数，Vi[n-1]表示i节点电压幂级数αn-1的系数，
Figure BDA0002476371010000075
表示Vk[n-1]的倒数的共轭，Qj[n]表示j节点无功功率幂级数αn的系数，i∈[PQ节点]，j∈[PV节点]。其中Rhs_Known[n-1]表示幂级数αn-1的系数表 达式：
Figure BDA0002476371010000073
式中，I表示虚数单位，n表示幂级数阶次，Vj[n-1]表示j节点电压幂级数αn-1的系数。
5)基于交流潮流的幂级数求解模型形成幂级数求解矩阵：
Figure BDA0002476371010000074
式中，n表示幂级数的阶次，n＝1，2，3…，Re()表示对复数取实部操作，Im()表示对 复数取虚部操作，Vslack[n]表示平衡节点电压n阶幂级数所对应的系数；Vj[n]表示PV节点 j的电压n阶幂级数系数，Vi[n]表示PQ节点i的电压n阶幂级数系数；GjN表示线路jN对 应的电导；BjN表示线路jN对应的电纳。对于N个节点的交流系统，可构建2N维度的常 系数矩阵方程。
6)将求得电压幂级数系数分别代入下式，构建电压全纯函数的具体表达式：
Vi(α)＝Vi[0]α0+Vi[1]α1+Vi[2]α2+…+Vi[n]αn (12)
式中，Vi表示节点i的电压，Vi[n]表示由式(11)求得的电压幂级数系数。
当α＝1时全纯型潮流模型即转化为传统潮流模型，故Vi(1)即为交流系统的潮流解，完 成交流侧潮流计算。
203：构建不同控制方式下全纯型控制模型，并依据换流站等值模型，并结合交流潮 流结果，进行VSC换流站相关的计算，获取换流器及直流节点功率等相关数据；
其中，步骤203包括：
1)构建不同控制方式下全纯型控制模型
定直流功率控制，即直流功率为给定值
Figure BDA0002476371010000081
构建直流节点有功功率控制模型为：
Figure BDA0002476371010000082
其中，s表示嵌入的实数参数，Gij表示直流网络中i节点与j节点之间的电导，
Figure BDA0002476371010000083
表示直流网络i节点功率为给定值，Vdci(s)表示直流网络中节点i的电压函数，Vdcj(s)表示直流网络中节点j的电压函数，M表示直流节点数。
定直流电压控制，即直流电压为指定值
Figure BDA0002476371010000084
构建直流节点电压控制模型为：
Figure BDA0002476371010000085
式中，Vdcslack表示直流定电压节点电压，
Figure BDA0002476371010000086
表示直流节点电压设定值。
定无功功率控制，即VSC注PCC节点无功功率设置为定值
Figure BDA0002476371010000087
构建PCC无功功率 控制模型为：
Figure BDA0002476371010000088
式中，α表示嵌入的复数参数，Yiktrans表示节点i与节点k之间的线路导纳，
Figure RE-GDA0002558350620000089
表示 PCC节点i的自导纳，Pi PCC表示VSC注入PCC节点i的有功功率值，
Figure RE-GDA00025583506200000810
表示VSC注入 PCC节点i的无功功率值。
定交流节点电压控制，即PCC节点电压幅值为指定值
Figure BDA00024763710100000812
构建PCC无功功率控制模型为：
Figure BDA00024763710100000813
式中，α表示嵌入的复数参数，
Figure BDA00024763710100000820
表示定交流电压节点的电压幅值，
Figure BDA00024763710100000814
表示PCC 节点i的电压函数，
Figure BDA00024763710100000815
表示
Figure BDA00024763710100000816
的共轭函数。
2)构建换流站简化等值模型如图2所示，基于简化等值模型计算换流站功率滤波器 侧功率：
Figure BDA00024763710100000817
Vtf＝VPCC+Itf*Ztf (18)
Figure BDA00024763710100000818
Figure BDA00024763710100000819
Scf＝Ssf+Qf (21)
式中，SVSC表示VSC注入PCC节点功率，VPCC表示PCC节点电压，Itf表示变压器流 过电流；Ztf表示变压器增效阻抗，Vtf表示换流站变压器侧电压，Stf表示换流站变压器侧功 率，Bf表示滤波器等效电纳，Vf表示滤波器节点电压，Qf表示滤波器注入无功功率，Scf表 示滤波器侧功率。
基于换流站功率滤波器侧功率值，计算换流器侧功率：
Figure BDA0002476371010000091
Vc＝Vf+Ic*Zc (23)
Sc＝Vc*Ic * (24)
式中，Ic表示换流器流过电流，Vc表示换流器电压，Sc表示换流流过功率，Zc表示VSC 的换流桥臂等效损耗。
3)计算换流器非线性损耗Ploss：
Figure BDA0002476371010000096
式中，A表示固定损耗；B表示与Ic成正比的损耗系数；C表示与Ic平方成正比的损耗系数；Ic表示换流站侧交流母线与交流系统母线之间的电流。
4)计算直流节点功率Pdc为：
Figure BDA0002476371010000095
式中，Pc表示换流器流过的有功功率。
204：依据换流站有功类控制方式，对直流网络中的定电压节点和定功率节点分别构 建全纯型直流潮流计算模型，进行直流网络潮流计算；
其中，步骤204包括：
1)构建直流系统定功率节点功率平衡方程：
Figure BDA0002476371010000092
对直流定功率节节点，通常已知量为节点有功功率Pdci，待求量为节点电压Vi，对式 (27)中的待求量电压V嵌入实变量s，形成电压的全纯函数V(s)，构建新的全纯型定直流功 率节点潮流模型如下：
Figure BDA0002476371010000093
式中，Pdci表示直流节点i的功率，Vi表示直流节点i的电压；Gij表示节点i与节点j之间的导纳，其中i＝1，2，3…MP，MP表示直流系统定功率节点数；Vi(s)表示节点i的电 压函数，Vj(s)表示节点j的电压函数，M表示直流节点数。
2)构建直流系统定电压节点功率平衡方程：
Figure BDA0002476371010000094
对直流定功率节节点，同理将式(29)中的待求量电压V嵌入实变量s，形成电压的全纯 函数V(s)，构建新的全纯型定直流功率节点潮流模型如下：
Figure BDA0002476371010000101
式中，s表示嵌入的实数参数，Vdcslack表示直流定电压节点电压。
3)针对所构建的全纯流潮流模型，将全纯函数展开为麦克劳林幂级数，并比较同次 幂系数，构建电力系统直流潮流的幂级数求解模型：
Figure BDA0002476371010000102
Figure BDA0002476371010000103
式中，Vj[n]表示直流节点i的电压幂级数sn的系数；Wi[n]表示直流节点i的电压幂级 数系数Vj[n]的倒数；n表示幂级数阶数，i∈[定直流功率节点标号]。
4)基于直流潮流的幂级数求解模型，构建幂级数求解矩阵：。
Figure BDA0002476371010000104
式中，n表示幂级数的阶次，n＝1，2，3…，V1[n]表示直流定电压节点的电压n阶幂级 数系数，，VM[n]表示定直流功率节点的电压n阶幂级数系数，GM1、GM2、…表示线路互电导，G11、G22、…GMM表示线路互电导，M表示直流系统节点数，对于M个节点的交流系 统，可构建2M维度的常系数求解矩阵。
5)构建电压全纯函数的具体表达式，并将求得电压幂级数系数分别代入下式：
Vi(s)＝Vi[0]s0+Vi[1]s1+Vi[2]s2+…+Vi[n]sn (34)
式中，Vi表示节点i的电压；Vi[n]即为式(33)求得的直流电压幂级数；
当α＝1时全纯型潮流模型即为传统潮流模型，故Vi(1)即为直流系统的潮流解，完成直 流侧潮流计算。
205：交直流潮流收敛性判定；
其中，步骤205包括
1)根据所得直流潮流分布更新交流PCC节点有功功率，并将其与上次交替所得PCC有功功率作差：
ΔP＝P-Ppro (35)
式中，P表示本次计算所得交流PCC节点有功功率，Ppro表示上次计算所得交流PCC节点有功功率。
2)判断ΔP＜ε是否成立，若成立，结束算法，输出交直流系统潮流计算结果；
3)若不成立，进而判断r＜R是否成立，若成立，令r＝r+1，并返回步骤202，更新交流幂级数求解模型中对应功率数值，进行下一次循环计算；若不成立，算法结束，发出警 告潮流不收敛。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤201-步骤205，通过引入嵌入参数，构建含有 全纯函数的交直流潮流计算模型，提出了一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法， 本发明相比现有电力系统交直流潮流计算方法，无需进行繁琐的潮流初值猜测工作，即可 准确求解出电力系统交直流系统潮流分布，为电力系统研究人员提供方便快捷的潮流计算 工具；同时，本发明将传统潮流计算模型转化为全纯型电压函数潮流求解模型，巧妙地构 造出具有常系数的潮流求解矩阵，大大降低了潮流计算工作量，提高了电力系统潮流计算 速度，从而电力系统调度人员可以快速的掌握系统各节点电压水平及潮流分布，方便进行 调度决策。
实施例3
下面结合具体的实例对实施例1和2中的方案进行可行性验证，详见下文描述：
本实例以修改的IEEE-5节点交直流系统为例，进行仿真分析，验证本发明的有效性， 该交直流系统由5节点交流输电网络和3端直流输电网络构成交直流混合输电网络，交流 系统拓扑如图3所示，直流系统拓扑和VSC连接方式如图4所示。其交流额定功率和直流额定功率均为100MVA，交流母线额定电压为345kV。3个VSC换流器均采用正弦波脉宽 调制，且参数相同，换流站参数标幺值如下：Ztf＝0.0015+0.1121j，Bf＝0.0887， Zc＝0.0001+0.16428j；与直流母线额定电压为345kV，直流线路电阻R12＝0.073，R23＝0.052， R31＝0.0073，收敛精度ε＝10-4。换流站控制控制方式及参数如表1所示。
表1 VSC初始运行参数
Figure BDA0002476371010000111
为验证本发明的准确性，将本发明潮流计算结果与采用N-R算法的开源的交直流潮流 计算软件MATACDC的计算结果进行对比，具体潮流结果如表2至表4所示。
表2交流网络节点电压对比
Figure BDA0002476371010000112
Figure BDA0002476371010000121
表3交流网络节点功率对比
Figure BDA0002476371010000122
表4直流网络节点电压与节点功率对比
Figure BDA0002476371010000123
分析表2和表3可知，本发明方法得到的交流系统节点电压和节点功率与MATACDC的计算结果两者完全一致，有效验证了发明方法求取交流系统潮流的正确性。由表4分析可知，发明方法得到的直流系统各节点电压与节点功率与MATACDC计算结果完全一致， 有效验证了发明方法求取直流系统潮流的正确性。通过上述分析可知，本发明所提交直流 潮流计算方法可实现交直流系统潮流的准确求解。
为验证所提算法的在不同换流器控制方式下潮流解的正确性，故对换流器进行相应的 控制方式转换，将转换后的潮流计算结果与MATACDC计算结果进行对比如下表所示。
表4交流侧与直流侧电压幅值潮流最大误差
Figure BDA0002476371010000124
Figure BDA0002476371010000131
表4详细给出了误差最大时两种算法所得交流节点电压负荷和直流节点电压幅值的数 值及相对误差。分析表4可知，对于不同控制方式的转换，本方法得到的是交流和直流节 点电压幅值与MATACDC计算结果近似相等，二者的最大相对误差均小于0.20％，验证了本发明所提方法能够适应不同控制方式下的潮流计算。
为检验所提算法潮流计算效率，以修改的IEEE5节点交直流系统算例进行测试，将所 提潮流算法与MATACDC计算时间和交替次数进行对比，结果如表5所示：
表5迭代次数与中功率不平衡量关系
Figure BDA0002476371010000132
由表5可知，交直流交替计算的收敛标准均为10-4，虽然所提方法与传统MATACDC的交替次数均为4次，但是本发明算法所用计算时间远远小于传统方法，其计算速度几乎是传统方法的5.3倍。这是由于所提交直流潮流计算方法具有全局收敛性，与传统牛拉法相比，本算法没有迭代计算过程，且本发明方法形成的求解矩阵为常系数矩阵，计算过程中无需更新计算矩阵，所以在相同的收敛精度10-4情况下，所提方法具有更快的计算速度。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号 仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，其特征在于，所述方法包括：
1)基于传统交流系统节点功率、电压平衡模型，构建全纯型交流潮流计算模型，进行交流网络潮流计算，获得交流网络潮流解；
2)考虑换流站不同控制方式，构建各种控制方式下全纯型控制模型，并依据换流站等值模型，结合上述交流网络潮流结果，进行VSC换流站相关的计算，获取换流器损耗、直流节点的有功功率大小；
3)依据换流站有功类控制方式确定直流网络节点类型，对各类直流节点分别构建全纯型等式方程，形成全纯型直流潮流计算模型，进行直流网络潮流计算，获得直流网络潮流解；
4)依据直流网络潮流数据，更新交流系统PCC有功功率，并与该数值的前一次结果作差，若差值大于设定阈值，重新执行步骤1)；若差值小于设定阈值，获取交直流混合系统的整体潮流分布，流程结束。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，其特征在于，所述考虑换流站有功类和无功类控制方式，构建不同控制方式下全纯型控制模型具体为：
构建直流节点有功功率控制模型为：
Figure RE-FDA0002558350610000011
其中，s表示嵌入的实数参数，Gij表示直流网络中i节点与j节点之间的电导，
Figure RE-FDA0002558350610000012
表示直流网络i节点功率的给定值，Vdci(s)表示直流网络中节点i的电压函数，Vdcj(s)表示直流网络中节点j的电压函数，M表示直流网络节点数；
构建直流节点电压控制模型为：
Figure RE-FDA0002558350610000013
式中，Vdcslack表示直流定电压节点电压，
Figure RE-FDA0002558350610000014
表示直流节点电压设定值；
构建PCC无功功率控制模型为：
Figure RE-FDA0002558350610000015
式中，α表示嵌入的复数参数，Yiktrans表示节点i与节点k之间的线路导纳，
Figure RE-FDA0002558350610000016
表示PCC节点i的自导纳，Pi PCC表示VSC注入PCC节点i的有功功率值，Vk(α)表示节点k的隐式电压函数，N表示交流网络节点数，
Figure RE-FDA0002558350610000017
表示注入PCC节点无功功率的设定值，Vi *(α*) 表示节点i的隐式电压函数的共轭函数，Vi PCC(α)表示PCC节点i的电压函数；
构建PCC无功功率控制模型为：
Figure RE-FDA0002558350610000021
式中，|Vi sp|表示定交流电压节点的电压幅值，Vi PCC*(α*)表示Vi PCC(α)的共轭函数。
3.根据权利要求2所述的一种电力系统交直流潮流的全纯嵌入计算方法，其特征在于，所述全纯型直流潮流计算模型具体为：
构建新的全纯型定直流功率节点潮流模型如下：
Figure FDA0002476369000000022
式中，s表示嵌入的实数参数，Pdci表示直流节点i的功率，Vi(s)表示节点i的电压函数，Vj(s)表示节点j的电压函数，M表示直流节点数；
构建电力系统直流潮流的幂级数求解模型：
Figure FDA0002476369000000023
Figure FDA0002476369000000024
式中，Vj[n]表示直流节点i的电压幂级数sn的系数；Wi[n]表示直流节点i的电压幂级数系数Vj[n]的倒数；
基于直流潮流的幂级数求解模型，构建幂级数求解矩阵：
Figure FDA0002476369000000025
式中，VM[n]表示定直流功率节点的电压n阶幂级数系数，GM1、GM2、…表示线路互电导，G11、G22、…GMM表示线路互电导，M表示直流系统节点数；
将求得电压幂级数系数代入下式，构建电压全纯函数表达式：
Vi(s)＝Vi[0]s0+Vi[1]s1+Vi[2]s2+…+Vi[n]sn
令α＝1，求取Vi(1)的值即为直流潮流电压解。
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