CN111697607B - 一种多端柔性直流输电受端电网接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，包括甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线；甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站；遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵；归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型；基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型；求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。同时也公开了相应的方法。本发明将多端柔直入网优化问题转换为单端柔直入网优化问题，计算更加简单速度快，可为柔性直流输电的规划、建设及其在实际电网中的落点选择提供参考。

Description

一种多端柔性直流输电受端电网接入方法及系统

技术领域

本发明涉及一种多端柔性直流输电受端电网接入方法及系统，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

我国能源紧张，尤其是负荷较重地区缺电情况严重，常需要大量区外来电。现国家积极推进水电、火电等大容量电源长距离外送至负荷较重区域。柔性直流输电(VSC-HVDC，简称柔直)在远距离输电并网场合具有较好的应用远景。然而，柔直在受端电网的落点选择直接影响受端电网的稳定及安全，大功率的区外来电注入会引起受端电网关键断面、母线短路电流超限等情况。

目前，针对多端柔直接入电网方案与常规电源规划类似，通过优先顺序法，但是对于多端的柔直落点选择，由于不同单端的落点组合形式过多，直接利用软件计算的方法过于繁琐。

发明内容

本发明提供了一种多端柔性直流输电受端电网接入方法及系统，解决了传统方法存在的上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，包括，

甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线；

甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站；

遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵；

归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型；

基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型；

求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

关键断面甄选规则如下，

若P_n′≥ηP_n′max，则断面n为关键断面；

其中，P_n′为柔直接入受端电网前，断面n′的潮流值；P_n′max为柔直接入受端电网前，断面n′允许最大潮流；η为限制系数；

受限母线甄选规则如下，

若I_m′≥δI_m′max，则母线m为受限母线；

其中，I_m′为柔直接入受端电网前，母线m′的短路电流；I_m′max为柔直接入受端电网前，母线m′的短路电流最大值；δ为限制系数。

关键断面潮流变化率矩阵ΔA′为，

其中，A_j0为没有接入柔值时关键断面j的潮流值，j∈[1,n]，n为关键断面总数，A_ji为柔直接入备选变电站i时关键断面j的潮流值，i∈[1,x]，x为备选变电站总数，

为柔直接入备选变电站i时关键断面j的潮流值变化率；

受限母线短路电流变化率矩阵ΔB′，

其中，B_l0为没有接入柔值时受限母线l的短路电流，l∈[1,m]，m为受限母线总数，B_li为柔直接入备选变电站i时受限母线l的短路电流，

为柔直接入备选变电站i时受限母线l的短路电流变化率。

关键断面潮流变化率矩阵归一化的矩阵ΔA″为，

其中，

受限母线短路电流变化率矩阵归一化的矩阵ΔB″为，

其中，

单端柔直入网方案优化模型为，

其中，f为单端柔直入网方案优化模型的目标函数，f最小时为单端柔直接入最佳备选变电站，C_imax为关键断面潮流变化率矩阵归一化的矩阵ΔA″中变化率增量最大值，D_imax为受限母线短路电流变化率矩阵归一化的矩阵ΔB″中变化率增量最大值，α+β＝1，α,β为权重系数。

多端柔直入网方案优化模型为，

f_∑＝f₁+f₂+…+f_z

其中，f_∑为多端柔直入网方案优化模型的目标函数，f_∑最小时为多端柔直接入最佳备选变电站，z为单端柔直数量，f_t为单端柔直t入网方案优化模型的目标函数；

约束条件为，

关键断面潮流约束：P_j≤P_jmax；

其中，P_j为关键断面j的潮流值，P_jmax为关键断面j允许最大潮流；

受限母线短路电流约束：I_l≤I_lmax；

其中，I_l为母线l的短路电流，I_lmax为母线l的短路电流最大值。

利用模拟退火粒子群算法求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

一种多端柔性直流输电受端电网接入系统，包括，

关键断面和受限母线甄选模块：甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线；

备选变电站甄选模块：甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站；

变化率矩阵计算模块：遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵；

单端柔直入网方案优化模型构建模块：归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型；

多端柔直入网方案优化模型构建模块：基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型；

最佳方案求解模块：求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行多端柔性直流输电受端电网接入方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行多端柔性直流输电受端电网接入方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明将多端柔直入网优化问题转换为单端柔直入网优化问题，计算更加简单速度快，可为柔性直流输电的规划、建设及其在实际电网中的落点选择提供参考。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，包括以下步骤：

步骤1，根据受端电网发电、负荷、网架结构、运行方式数据，对受端电网进行潮流、短路计算，确定柔直接入的电压等级，进而甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线。

关键断面甄选规则如下：

若P_n′≥ηP_n′max，则断面n为关键断面；其中，P_n′为柔直接入受端电网前，断面n′的潮流值；P_n′max为柔直接入受端电网前，断面n′允许最大潮流；η为限制系数，η＜1，具体取值根据柔直容量确定。

受限母线甄选规则如下：

若I_m′≥δI_m′max，则母线m为受限母线；

其中，I_m′为柔直接入受端电网前，母线m′的短路电流；I_m′max为柔直接入受端电网前，母线m′的短路电流最大值；δ为限制系数，δ＜1，具体取值根据柔直容量确定。

步骤2，利用变电站是否具备间隔、特高压交、直流工程的落点或消纳范围等因素，对变电站进行筛选，甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站。

步骤3，遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵。

初始时，关键断面的潮流初始矩阵A₀如下：

其中，A₀为x×n阶矩阵，A_j0为没有接入柔值时关键断面j的潮流值，j∈[1,n]，n为关键断面总数，x为备选变电站总数。

柔直接入一个备选变电站，则可得出n个关键断面的潮流值，如果依次接入x个备选变电站那么可得到关键断面的潮流矩阵A如下：

其中，A_ji为柔直接入备选变电站i时关键断面j的潮流值，i∈[1,x]；

从而可得潮流变化率矩阵为：

其中，

为柔直接入备选变电站i时关键断面j的潮流值变化率。

同理，受限母线短路电流变化率矩阵ΔB′为：

其中，B_l0为没有接入柔值时受限母线l的短路电流，l∈[1,m]，m为受限母线总数，B_li为柔直接入备选变电站i时受限母线l的短路电流，

为柔直接入备选变电站i时受限母线l的短路电流变化率。

步骤4，归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型。

关键断面潮流变化率矩阵归一化的矩阵ΔA″为：

其中，

受限母线短路电流变化率矩阵归一化的矩阵ΔB″为：

其中，

单端柔直入网方案优化模型为：

其中，f为单端柔直入网方案优化模型的目标函数，f最小时为单端柔直接入最佳备选变电站，C_imax为ΔA″中变化率增量最大值，代表单端柔直接入备选变电站i时n个关键断面中变化率增量最大值，D_imax为ΔB″中变化率增量最大值，代表单端柔直接入备选变电站i时m个受限母线短路电流变化率增量最大值，α+β＝1，α,β为权重系数。

步骤5，基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型。

将多端柔直入网转换成多个单端柔直入网，那么该多端柔直入网方案优化模型即为多个单端柔直入网方案优化模型之和，具体如下：

f_∑＝f₁+f₂+…+f_z

其中，f_∑为多端柔直入网方案优化模型的目标函数，f_∑最小时为多端柔直接入最佳备选变电站，z为单端柔直数量，f_t为单端柔直t入网方案优化模型的目标函数；

约束条件为，

关键断面潮流约束：P_j≤P_jmax；

其中，P_j为关键断面j的潮流值，P_jmax为关键断面j允许最大潮流；

受限母线短路电流约束：I_l≤I_lmax；

其中，I_l为母线l的短路电流，I_lmax为母线l的短路电流最大值。

步骤6，利用模拟退火粒子群算法(SA-PSO算法)多端柔直入网方案优化模型，求解多端柔直入网方案优化模型，得到若干组接入方案，基于目标函数最小原则，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

模拟退火粒子群算法采用带压缩因子的PSO算法，在搜索过程中增加了SA算法的优势，具有概率突跳能力，能够有效避免搜索过程中陷入局部极小解。假定s和v分别为粒子在搜索域中的位置和速度，则第q个粒子的速度和位置更新公式可表示为：

v_q(k+1)＝χ[v_q(k)+c₁r₁(p_best,q(k)-s_q(k))+c₂r₂(f_best,q(k)-s_q(k))]

s_q(k+1)＝s_q(k)+v_q(k+1)

其中，q∈[1,Q]，Q为粒子群规模，k为当前迭代次数，v_q(k+1)，v_q(k)分别为第k+1和第k次迭代时第q个粒子的速度，c₁,c₂为加速常数，r₁,r₂为0～1均匀分布的随机数，p_best,q(k)为第k次迭代时第q个粒子搜索到的最优位置，f_best,q(k)为第k次迭代时第q个粒子的全局最优位置，s_q(k+1)，s_q(k)为第k+1和第k次迭代时第q个粒子的位置，χ为压缩有因子，取决于加速常数，其计算公式为

根据电网的线路参数、主变参数以及线路电流限制参数，构建潮流、短路计算必须的边界条件，利用SA-PSO算法，在边界条件限制下，计算多端柔直接入备选变电站的方案，从多个方案中选取一个目标函数值最小的方案，即可接入的最优方案。

上述方法直入网优化问题转换为单端柔直入网优化问题，计算更加简单速度快，可为柔性直流输电的规划、建设及其在实际电网中的落点选择提供参考。

一种多端柔性直流输电受端电网接入系统，包括：

关键断面和受限母线甄选模块：甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线。

备选变电站甄选模块：甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站。

变化率矩阵计算模块：遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵。

单端柔直入网方案优化模型构建模块：归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型。

多端柔直入网方案优化模型构建模块：基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型。

最佳方案求解模块：求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行多端柔性直流输电受端电网接入方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行多端柔性直流输电受端电网接入方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，其特征在于：包括，

甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线；

甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站；

遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵；

归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型，其中，单端柔直入网方案优化模型为，

其中，f为单端柔直入网方案优化模型的目标函数，f最小时为单端柔直接入最佳备选变电站，C_imax为关键断面潮流变化率矩阵归一化的矩阵ΔA″中变化率增量最大值，D_imax为受限母线短路电流变化率矩阵归一化的矩阵ΔB″中变化率增量最大值，α+β＝1，α,β为权重系数；

基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型，其中，多端柔直入网方案优化模型为，

f_∑＝f₁+f₂+…+f_z

其中，f_∑为多端柔直入网方案优化模型的目标函数，f_∑最小时为多端柔直接入最佳备选变电站，z为单端柔直数量，f_t为单端柔直t入网方案优化模型的目标函数；

约束条件为，

关键断面潮流约束：P_j≤P_jmax；

其中，P_j为关键断面j的潮流值，P_jmax为关键断面j允许最大潮流；

受限母线短路电流约束：I_l≤I_lmax；

其中，I_l为母线l的短路电流，I_lmax为母线l的短路电流最大值；

求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

2.根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，其特征在于：关键断面甄选规则如下，

若P_n′≥ηP_n′max，则断面n为关键断面；

其中，P_n′为柔直接入受端电网前，断面n′的潮流值；P_n′max为柔直接入受端电网前，断面n′允许最大潮流；η为限制系数；

受限母线甄选规则如下，

若I_m′≥δI_m′max，则母线m为受限母线；

其中，I_m′为柔直接入受端电网前，母线m′的短路电流；I_m′max为柔直接入受端电网前，母线m′的短路电流最大值；δ为限制系数。

3.根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，其特征在于：关键断面潮流变化率矩阵ΔA′为，

其中，A_j0为没有接入柔值时关键断面j的潮流值，j∈[1,n]，n为关键断面总数，A_ji为柔直接入备选变电站i时关键断面j的潮流值，i∈[1,x]，x为备选变电站总数，

为柔直接入备选变电站i时关键断面j的潮流值变化率；

受限母线短路电流变化率矩阵ΔB′，

其中，B_l0为没有接入柔值时受限母线l的短路电流，l∈[1,m]，m为受限母线总数，B_li为柔直接入备选变电站i时受限母线l的短路电流，

为柔直接入备选变电站i时受限母线l的短路电流变化率。

4.根据权利要求3所述的一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，其特征在于：关键断面潮流变化率矩阵归一化的矩阵ΔA″为，

其中，

受限母线短路电流变化率矩阵归一化的矩阵ΔB″为，

其中，

5.根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电受端电网接入方法，其特征在于：利用模拟退火粒子群算法求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

6.一种多端柔性直流输电受端电网接入系统，其特征在于：包括，

关键断面和受限母线甄选模块：甄选出受端电网中关键断面和短路容量受限母线；

备选变电站甄选模块：甄选出受端电网中具备柔直接入条件的备选变电站；

变化率矩阵计算模块：遍历所有备选变电站，计算单端柔直接入不同备选变电站时的关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵；

单端柔直入网方案优化模型构建模块：归一化关键断面潮流变化率矩阵和受限母线短路电流变化率矩阵，构建单端柔直入网方案优化模型，其中，单端柔直入网方案优化模型为，

其中，f为单端柔直入网方案优化模型的目标函数，f最小时为单端柔直接入最佳备选变电站，C_imax为关键断面潮流变化率矩阵归一化的矩阵ΔA″中变化率增量最大值，D_imax为受限母线短路电流变化率矩阵归一化的矩阵ΔB″中变化率增量最大值，α+β＝1，α,β为权重系数；

多端柔直入网方案优化模型构建模块：基于单端柔直入网方案优化模型，构建多端柔直入网方案优化模型，其中，多端柔直入网方案优化模型为，

f_∑＝f₁+f₂+…+f_z

其中，f_∑为多端柔直入网方案优化模型的目标函数，f_∑最小时为多端柔直接入最佳备选变电站，z为单端柔直数量，f_t为单端柔直t入网方案优化模型的目标函数；

约束条件为，

关键断面潮流约束：P_j≤P_jmax；

其中，P_j为关键断面j的潮流值，P_jmax为关键断面j允许最大潮流；

受限母线短路电流约束：I_l≤I_lmax；

其中，I_l为母线l的短路电流，I_lmax为母线l的短路电流最大值；

最佳方案求解模块：求解多端柔直入网方案优化模型，得到多端柔直接入的最佳备选变电站方案。

7.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。

8.一种计算设备，其特征在于：包括，

一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法的指令。

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