CN111725809B - 交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端，包括：交流子系统、直流子系统以及连接于交流子系统和直流子系统之的变流器VSC。根据变流器VSC的控制信息是否上传到本地调度中心为分类原则，将已知控制信息的变流器VSC称为可观型VSC，将未知控制信息的变流器VSC称为不可观型VSC；分别基于控制信息和高斯混合模型对可观型VSC和不可观型VSC的伪量测方程进行建模。本发明不依赖于量测配置和调度中心与VSC间的通信过程，具有良好的实用性和抗差性，未来可扩展到三相不平衡交直流配电网状态估计中。

Description

交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端

技术领域

本发明涉及配电网状态评估技术领域，具体地，涉及一种交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端。

背景技术

随着直流源荷的接入与柔性直流电力电子设备的发展，含多种分布式电源(Distributed Generation，DG)的交直流混联电网被认为将是未来配电网的主流架构，这给系统操作带来了更多灵活性，同时也加剧了系统状态估计的难度与量测数据的不足。

目前成熟的交流状态估计未计及直流系统状态量和量测量的特征及各类DG出力的不确定性，且通常默认换流器控制方式已知，对换流器控制方法未知时的伪量测建模技术有待研究。

通过VSC入网的负荷或电源形式多种多样，以DG为例，DG可以通过VSC接入交流子系统，也可以通过VSC接入直流子系统。为了提高不可观型VSC的伪量测数据的精确度，应计入DG出力的不确定性。近年来，已有不少学者对DG的不确定性进行了合理研究。

经过检索发现：

Woolley N C,Milanovic J V.Statistical Estimation of the Source andLevel of Voltage Unbalance in Distribution Network[J].IEEE Transactions onPower Delivery,2012,27(3):1450-1460.，通过在大量历史数据统计的基础上，建立了DG出力和负荷功率的概率密度函数来描述其不确定性，该技术基于历史数据只拟合出一个正态分布函数，描述DG出力和负荷功率不确定性的精确性有待提高。

徐俊俊,吴在军,胡秦然,等.考虑多类型分布式电源和负荷不确定性的主动配电网区间状态估计[J].中国电机工程学报,2018,38(11):3255-3266.(Xu Junjun,WuZaiJun,Hu Qinran,et al.Interval state estimation for active distributionnetworks considering uncertainties of multiple types of DGs and Loads[J].Proceedings of the CSEE,2018,38(11):3255-3266.)，采用区间数理论来对DG出力的不确定性进行分析和定量描述，该技术的区间数方法只能得到状态变量的分布范围，无法提供更加精确的信息如概率分布。

另外，VSC作为连接交直流系统的重要控制元件，需要对其进行合理建模。文献[6]采用了不计损耗的换流器模型。例如，孙国强,李育燕,卫志农,等.含VSC-HVDC的交直流混合系统状态估计[J].电力自动化设备,2010,30(9):6-12.(Sun Guoqiang,Li Yuyan,WeiZhinong,et al.State estimation of power system with VSC-HVDC[J].ElectricPower Automation Equipment,2010,30(9):6-12.)采用了用等效电阻来描述VSC内部损耗和换流变压器损耗。柴润泽,窦竟铭,张保会.含电压源换流器的交直流混合电网潮流统一表达与可行解求取[J].中国电机工程学报,2016,36(5):1260-1268.(Chai Runze,DouJingming,Zhang Baohui.Unified power flow expressions and algorithm to obtainfeasible solution for hybrid AC/DC grids incorporating VSCs[J].Proceedings ofthe CSEE,2016,36(5):1260-1268.)采用了损耗模拟系数来描述VSC工作损耗。但是，这两种VSC模型仍默认换流器控制方式已知，未对换流器控制方法未知时的伪量测建模提出任何可供参考的意见。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，采用计及电压源变流器(VoltageSource Converter，VSC)损耗的模型，对控制方式已知的VSC和控制方法未知的VSC分别采用基于控制信息和基于高斯混合模型(Gaussian Mixture Model，GMM)的伪量测建模方法，提出了一种改进的交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端，该交直流混联电网模型系统可用于对配电网状态的评估。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种变流器VSC的建模方法，根据所述变流器VSC的控制信息是否上传到本地调度中心为分类原则，将已知控制信息的变流器VSC称为可观型VSC，将未知控制信息的变流器VSC称为不可观型VSC；所述建模方法包括：

分别对可观型VSC和不可观型VSC的伪量测方程进行建模；其中：

对所述可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，基于控制信息，将可观型VSC控制的状态变量作为伪量测数据，并依此建立伪量测方程；

对所述不可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，基于高斯混合模型，采用与不可观型VSC相连的流子系统或直流子系统的负荷或出力值估计值作为伪量测数据，并依此建立伪量测初步方程，采用高斯混合模型将不规则的出力曲线等效为正态分布函数从而求取其均值和标准差，将均值和标准差作为伪量测初步方程中对应值的替换值，最终形成伪量测方程。

优选地，对可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，包括：

设每一个可观型VSC能够同时控制直流侧某一状态变量和交流侧某一状态变量，其中，直流侧状态变量包括：直流电压、直流功率和直流电流，交流测状态变量包括：交流侧电压和交流侧无功功率，则：

此时伪量测数据选择为：

式中，σ表示量测数据的标准差，作为状态估计中的量测数据的权值；

可观型VSC的伪量测方程为：

式中，P_si表示交流电网注入变流器有功功率，Q_si表示交流电网注入变流器无功功率，

分别表示P_si、Q_si的量测误差，上标m表示该数据为量测数据形式。

优选地，对不可观型VSC的量测模型的方法包括：

采用与不可观型VSC相连的交流子系统或直流子系统的负荷或出力值的估计值作为伪量测数据，并在功率数据的基础上添加功率的标准差σ作为最终的伪量测数据如下：

式中：P_{s_es}、Q_{s_es}为与不可观型VSC连接的交流子系统的负荷或出力的估计值；P_{d_es}为与不可观型VSC连接的直流子系统的负荷或出力的估计值；σ为对应负荷或出力值的标准差；

相应添加到交流子系统或直流子系统的伪量测初步方程为：

式中，

分别表示P_si、Q_si的量测误差，

为注入直流功率量测P_di的量测误差；

采用高斯混合模型将不规则的出力曲线等效为正态分布函数从而求取其均值和标准差，则出力预测概率密度函数被等效为几个不同的正态分布函数：

式中：N为子高斯函数的个数；μ_i、∑_i分别是第i个子高斯函数的均值和方差；ω_i为第i个子高斯函数的权重值；

这些子高斯函数满足：

等效的出力高斯函数的均值μ_DG和方差

求解如下：

由此得到具有高斯分布的等效功率随机概率密度函数，其均值和标准差即作为式(12)-(13)的伪量测数据；将对应出力的均值作为P_{s_es},Q_{s_es},P_{d_es}的替换值、将σ_DG作为σ的替换值代入相应伪量测初步方程，得到最终的伪量测方程。

根据本发明的另一个方面，提供了一种交直流混联电网模型系统，包括：交流子系统、直流子系统以及连接于交流子系统和直流子系统之间并采用上述任一项所述的方法建模得到的变流器VSC。

优选地，所述交流子系统经换流变压器Z_ti、滤波器Z_fi和换相电抗器Z_ci与变流器VSC母线连接；所述变流器VSC直流侧采用双极接线连接到直流母线，采用Y-Δ变换消去滤波器Z_fi支路节点得到交流电网注入变流器VSC有功功率P_si、无功功率Q_si及注入VSC母线处有功功率P_ci。

优选地，所述交直流混联电网模型系统的量测方程为：

式中：Y_tci＝G_tci+jB_tci、Y_cfi＝G_cfi+jB_cfi、Y_tfi＝G_tfi+jB_tfi分别为由换流变压器、滤波器、换向电抗器导纳，G_tci为Y_tci的实部，B_tci为Y_tci的虚部，G_cfi为Y_cfi的实部，B_cfi为Y_cfi的虚部，G_tfi为Y_tfi的实部，B_tfi为Y_tfi的虚部，下标i表示节点；

设注入变流器VSC的功率方向为正，则有以下功率平衡关系：

P_di＝P_ci-P_c,lossi (2)

式中：P_di为VSC注入直流电网功率；P_c,lossi为变流器损耗。

优选地，所述交流子系统的量测方程为：

所述交流子系统的量测量包括：节点电压幅值量测U_i、节点注入有功功率量测P_i、节点注入无功功率量测Q_i、交流支路潮流有功功率P_ij、交流支路潮流无功功率Q_ij；

则：

对N_ac-N_vsc个不与VSC相连的交流子系统内部节点，量测方程为：

式中：下标j和下标i分别表示节点，其中，节点j直接和节点i相连；θ_ij为节点i和节点j间的相角差，G_ij为节点i和节点j间的电导，B_ij为节点i和节点j间的电纳，G_si为节点i的对地电导，B_si为节点i的对地电纳，上标m表示该数据为量测数据类型；

对N_vsc个接有VSC的交流子系统边界节点，需要修正交流侧注入功率，则量测方程为：

式中：P_si、Q_si当交流系统向直流系统注入功率时取负号；

式(3)和式(4)中：

分别代表第i个交流节点的节点电压幅值量测U_i，节点注入有功功率量测P_i、节点注入无功功率量测Q_i、交流支路潮流有功功率P_ij、交流支路潮流无功功率Q_ij的量测误差。

优选地，所述直流子系统的量测方程为：

所述直流子系统的量测量包括：节点电压幅值量测U_di、节点注入直流功率量测P_di、节点注入电流I_di；

则：

对N_dc-N_vsc个直流子系统内部节点，量测方程为：

对N_vsc个与VSC相连接的直流子系统边界节点，量测方程为：

式(5)中：

分别代表直流子系统第i个节点的电压幅值量测U_di、注入直流功率量测P_di、注入电流I_di的量测误差，G_dij为直流网络电导矩阵中的元素。

根据本发明的第三个方面，提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时能够用于执行上述任一项所述的方法。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端，不依赖于量测配置和调度中心与VSC间的通信过程，伪量测数据动态描述能力优于6次采样扩展卡尔曼滤波算法(Extend Kalman Filter,EKF)，具有良好的实用性和抗差性，未来可扩展到三相不平衡交直流配电网状态估计中。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例中交直流混联电网模型系统示意图；

图2为本发明一优选实施例中变流器VSC等效电路示意图；

图3为本发明一优选实施例中GMM原理示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对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。

本发明实施例提供了一种变流器VSC的建模方法，根据所述变流器VSC的控制信息是否上传到本地调度中心为分类原则，将已知控制信息的变流器VSC称为可观型VSC，将未知控制信息的变流器VSC称为不可观型VSC；所述建模方法包括：

分别对可观型VSC和不可观型VSC的伪量测方程进行建模；其中：

对所述可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，基于控制信息，将可观型VSC控制的状态变量作为伪量测数据，并依此建立伪量测方程；

对所述不可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，基于高斯混合模型，采用与不可观型VSC相连的流子系统或直流子系统的负荷或出力值估计值作为伪量测数据，并依此建立伪量测初步方程，采用高斯混合模型将不规则的出力曲线等效为正态分布函数从而求取其均值和标准差，将均值和标准差作为伪量测初步方程中对应值的替换值，最终形成伪量测方程。

随着DG、储能系统、微电网、电动汽车等在电网中的渗透率的提高，电力系统面临的随机性和波动性也日益增加。通常，本地调度中心需要与各个VSC变流器进行通信以获取其运行模式和控制信息。因此，可观型VSC带来的已知控制信息可以作为伪量测数据来提高状态估计的精确度。当通信出现干扰或无法通信时，VSC由可观型转为不可观型；同时对于未配置量测信息的DG等设备，其VSC的运行模式与相应控制信息也难以实时获取。因此本实施例将分别讨论两种VSC伪量测建模方法：可观型VSC采用VSC的控制特性方程统一伪量测形式，将控制信息纳入伪量测数据；不可观型VSC通过GMM方法提取历史负荷或者出力预测数据的不确定性信息来得到精度较高的伪量测数据。

作为一优选实施例，基于控制信息对可观型VSC伪量测方程建模：

接受集中控制的或控制信息可及时传达至调度主站的可观型VSC主要考虑基于已知控制信息及其方程进行伪量测建模。由于VSC采用全控型开关器件，每个变流器可以同时控制直流侧某一状态变量(直流电压、直流功率或直流电流)和交流侧某一状态变量(交流侧电压或交流侧无功功率)，因而有四种控制方式。由于VSC控制的目标值接近于实际运行值，可认为由此添加的伪量测值较为精确，并且能反映当前时间断面或一段时间内的系统运行状况，因而可给定较高权值σ。

本实施例考虑4种VSC控制策略，随系统的控制目标和控制方式不同，可增添相应的伪量测方程如下：

(1)定P_s、定Q_s

此时伪量测数据可直接选择如下：

(2)定P_s、定U_s(交流侧电压)

基于VSC量测方程(1)，已知第i个VSC交流母线侧电压U_i，可联立P_di、P_si解得U_ci、δ_i-δ_ci，进一步求出Q_si、因而伪量测数据与(7)相同。

(3)定U_d、定Q_s

VSC变流器需满足电压约束：

式中，M为调制比；

由(8)可得U_ci、再由(1)可联立P_di、U_ci、Q_si得到U_i和δ_i-δ_ci，进一步求出Q_si，因而伪量测数据与(7)相同。

(4)定U_d、定U_s(交流侧电压)

由(1)可知，已知第i个VSC交流母线侧电压U_i，可联立P_di、U_ci解得δ_i-δ_ci，进一步求出P_si、Q_si，其伪量测数据形式与(7)相同。

上述分析表明采用基于控制信息的可观型VSC伪量测方程(一种控制特性方程)，可将以不同控制方式运行的可观型VSC伪量测建模用统一形式表达如(9)所示，从而简化伪量测方程形式为：

式中：

分别代表P_si、Q_si的量测误差，上标m表示该数据为量测数据形式。

作为一优选实施例，基于GMM对不可观型VSC伪量测方程建模：

当系统进行状态估计时，若对不可观型VSC控制信息暂时无法获取，则不能同可观型VSC一样根据控制方式写出具体伪量测方程。

仿照VSC伪量测方程形式(9)，本实施例采用与VSC相连的可估计交流子系统或直流子系统的负荷或出力值作为伪量测数据。由于通过历史数据或出力预测等信息进行估计拟合时，其精度较低，因而在功率数据的基础上添加功率的标准差σ(该标准差σ作为状态估计中量测数据的权值使用)作为伪量测数据如下：

式中：P_{s_es}、Q_{s_es}为与VSC连接的交流子系统的负荷或出力的估计值；P_{d_es}为与VSC连接的直流子系统的负荷或出力的估计值；σ为对应负荷或出力值的标准差。

其相应添加到交流子系统或直流子系统的伪量测方程为：

为注入直流功率量测P_di的量测误差。

本实施例采用高斯混合模型(Gaussian Mixture Model，GMM)将一个不规则的出力曲线等效为一个正态分布函数从而求取其均值和标准差。以DG为例，在GMM里，DG的出力预测概率密度函数可被等效为几个不同的正态分布函数：

式中：N为子高斯函数的个数；μ_i、∑_i分别是第i个子高斯函数的均值和方差；ω_i为第i个子高斯函数的权重值。

这些子高斯函数满足：

等效的DG出力高斯函数的均值和方差求解如下：

其原理如图3所示。

由此可得一个具有高斯分布的等效DG功率随机概率密度函数，其均值和标准差即可作为式(12)-(13)的伪量测数据。因此，利用GMM描述DG的不确定性即将对应DG出力的均值作为P_{s_es},Q_{s_es},P_{d_es}代入相应伪量测方程，并将σ_DG作为σ替换下文交直流混联状态估计中对应位置上原有的量测权重值进行求解，以此将伪量测中含有的不确定性纳入状态估计的计算中。

本发明另一实施例提供了一种交直流混联电网模型系统，包括：交流子系统、直流子系统以及连接于交流子系统和直流子系统之间并采用上述任一项所述的方法建模得到的变流器VSC。

交直流混联电网模型系统如图1所示，交流子系统通过VSC与直流子系统相连接。假设交流子系统共有N_ac个交流节点，直流子系统共有N_dc个直流节点，VSC个数为N_vsc。由此可将交直流系统分区化为以上三部分。图1中δ,U分别为交流子系统节点电压相角、幅值；U_c,δ_c分别为VSC的交流侧电压幅值、相角；U_d为直流子系统节点电压幅值。本实施例状态估计的目的即求取这些状态变量的值。

其中，以VSC控制信息是否上传到本地调度中心为分类原则，将已知控制信息的VSC称为可观型VSC，未知控制信息的VSC称为不可观型VSC。

由图1可知，为保证更高计算精度且简化计算，本实施例采取了计及损耗的VSC模型，如图2所示。

图2中，U_i∠δ_i为交流母线电压；U_ci∠δ_ci为VSC母线电压；P_si为交流电网注入VSC有功功率，Q_si为交流电网注入VSC无功功率，P_ci为注入VSC母线处有功功率，Q_ci为注入VSC母线处无功功率，P_di为VSC注入直流电网功率，Z_ti为换流变压器，k_i为变压器变比，Z_ci为换相电抗器，Z_fi为滤波器。

作为一优选实施例，交直流系统稳态运行时，交流子系统经换流变压器Z_ti、滤波器Z_fi和换相电抗器Z_ci与VSC母线连接。VSC直流侧采用双极接线连接到直流母线，采用Y-Δ变换可消去滤波器支路节点得到交流电网注入变流器有功功率P_si、无功功率Q_si及注入VSC母线处有功功率P_ci。

作为一优选实施例，基于上述关系，交直流混联电网模型系统的量测方程为：

式中：Y_tci＝G_tci+jB_tci、Y_cfi＝G_cfi+jB_cfi、Y_tfi＝G_tfi+jB_tfi分别为由换流变压器、滤波器、换向电抗器导纳，G_tci为Y_tci的实部，B_tci为Y_tci的虚部，G_cfi为Y_cfi的实部，B_cfi为Y_cfi的虚部，G_tfi为Y_tfi的实部，B_tfi为Y_tfi的虚部，下标i表示节点；

选取图2中功率方向为正，则有以下功率平衡关系：

P_di＝P_ci-P_c,lossi (2)

式中：P_di为VSC注入直流电网功率；P_c,lossi为变流器损耗。

作为一优选实施例，交流子系统的量测方程为：

交流子系统的量测量主要采用传统的节点电压幅值量测U_i、节点注入有功功率量测P_i、节点注入无功功率量测Q_i、交流支路潮流有功功率P_ij、交流支路潮流无功功率Q_ij；

对N_ac-N_vsc个不与VSC相连的交流子系统内部节点，有以下量测方程：

式中：下标j和下标i分别表示节点，其中，节点j直接和节点i相连；θ_ij为节点i和节点j间的相角差，G_ij为节点i和节点j间的电导，B_ij为节点i和节点j间的电纳，G_si为节点i的对地电导，B_si为节点i的对地电纳，上标m表示该数据为量测数据类型；

对N_vsc个接有VSC的交流子系统边界节点，需要修正交流侧注入功率，量测方程如下：

式中：P_si、Q_si当交流系统向直流系统注入功率时取负号；

式(3)和式(4)中：

分别代表第i个交流节点的节点电压幅值量测U_i，节点注入有功功率量测P_i、节点注入无功功率量测Q_i、交流支路潮流有功功率P_ij、交流支路潮流无功功率Q_ij的量测误差。

作为一优选实施例，直流子系统的量测方程为：

直流子系统的量测量主要采用传统的节点电压幅值量测U_di、节点注入直流功率量测P_di、节点注入电流I_di。

对N_dc-N_vsc个直流子系统内部节点，可得到如下量测方程：

对N_vsc个与VSC相连接的直流子系统边界节点，可得到如下量测方程：

式(5)中：

分别代表直流子系统第i个节点的电压幅值量测U_di、注入直流功率量测P_di、注入电流I_di的量测误差，G_dij为直流网络电导矩阵中的元素。

下面结合一具体应用实例，将本实施例所提供的交直流混联电网模型系统应用于对交直流混联电网系统的状态评估中，以体现本实施例所提供的交直流混联电网模型系统的有效性。

将待估计交直流混联系统待求状态变量和量测方程列写如下：

式中，x_ac表示交流系统的状态变量，x_vsc表示VSC的状态变量，x_dc表示直流系统的状态变量，z_ac表示交流系统的量测量，z_dc表示直流系统的量测量，z_vsc表示VSC的量测量，h_ac表示交流系统的量测函数，h_dc表示直流系统的量测函数，

表示交流系统的量测误差，

表示直流系统的量测误差，

表示VSC的量测误差。

由于电力系统非线性加权最小二乘状态估计算法中量测方程具有冗余度，故量测方程个数大于状态变量个数，因此构造如下目标函数使量测误差方差加权求和最小：

式中，J_ac表示交流系统的目标函数，J_dc表示直流系统的目标函数，R_ac表示交流量测权重系数的对角阵，R_dc表示直流量测权重系数的对角阵，k表示第k次迭代。

各状态变量的迭代计算公式如下：

式中：上标k表示第k次迭代；Δz表示量测的不平衡量，Δx表示状态变量的不平衡量，x表示系统状态变量，z表示系统量测量，h(·)表示系统的量测函数，H表示h(·)的雅可比阵，R表示量测量权重系数的对角阵。

其中量测方程的雅可比矩阵可写为：

式中，H_aa表示交流量测对交流状态变量求导的雅可比阵，H_ad表示交流量测对直流状态变量求导的雅可比阵，H_da表示直流量测对交流状态变量求导的雅可比阵，H_dd表示直流量测对直流状态变量求导的雅可比阵。

由于直流网络的各状态变量不会出现在交流网络的各量测方程中，故可知：

H_ad＝0 (22)

由此简化，记：

式中，G为H^(k)TR^-1H^(k)的简化表示，K为H^(k)TR^-1的简化表示；

将式(23)、(24)代入迭代公式可得：

结合式(25)和式(18)，即可迭代求解出交流子系统节点电压幅值,相角δ,U、VSC的交流侧电压幅值,相角U_c,δ_c以及直流子系统节点电压幅值U_d，进而实现状态估计。

由此可知，本实施例所提供的交直流混联电网模型系统，可有效应用于对交直流混联电网系统的状态评估。

本发明第三个实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时能够用于执行上述任一项所述的方法。

可选地，存储器，用于存储程序；存储器，可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)，如静态随机存取存储器(英文：static random-access memory，缩写：SRAM)，双倍数据率同步动态随机存取存储器(英文：Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，缩写：DDR SDRAM)等；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)。存储器62用于存储计算机程序(如实现上述方法的应用程序、功能模块等)、计算机指令等，上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。

上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。

处理器，用于执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。

处理器和存储器可以是独立结构，也可以是集成在一起的集成结构。当处理器和存储器是独立结构时，存储器、处理器可以通过总线耦合连接。

本发明上述实施例所提供的交直流混联电网模型系统及其变流器的建模方法、终端，在经过修改的IEEE-14节点系统中进行大量仿真计算分析，结果表明本发明上述实施例所提供的交直流混联电网模型系统，不依赖于量测配置和调度中心与VSC间的通信过程，伪量测数据动态描述能力优于6次采样扩展卡尔曼滤波算法(Extend Kalman Filter,EKF)，具有良好的实用性和抗差性，未来可扩展到三相不平衡交直流配电网状态估计中。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种变流器VSC的建模方法，其特征在于，根据所述变流器VSC的控制信息是否上传到本地调度中心为分类原则，将已知控制信息的变流器VSC称为可观型VSC，将未知控制信息的变流器VSC称为不可观型VSC；所述建模方法包括：

分别对可观型VSC和不可观型VSC的伪量测方程进行建模；其中：

对所述可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，基于控制信息，将可观型VSC控制的状态变量作为伪量测数据，并依此建立伪量测方程；

对所述不可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，基于高斯混合模型，采用与不可观型VSC相连的交流子系统或直流子系统的负荷或出力值估计值作为伪量测数据，并依此建立伪量测初步方程，采用高斯混合模型将不规则的出力曲线等效为正态分布函数从而求取其均值和标准差，将均值和标准差作为伪量测初步方程中对应值的替换值，最终形成伪量测方程。

2.根据权利要求1所述的变流器VSC的建模方法，其特征在于，对可观型VSC的伪量测方程进行建模的方法，包括：

设每一个可观型VSC能够同时控制直流侧某一状态变量和交流侧某一状态变量，其中，直流侧状态变量包括：直流电压、直流功率和直流电流，交流测状态变量包括：交流侧电压和交流侧无功功率，则：

此时伪量测数据选择为：

式中，σ表示量测数据的标准差，作为状态估计中的量测数据的权值；

可观型VSC的伪量测方程为：

式中，P_si表示交流电网注入变流器有功功率，Q_si表示交流电网注入变流器无功功率，

分别表示P_si、Q_si的量测误差，上标m表示该数据为量测数据形式。

3.根据权利要求1所述的变流器VSC的建模方法，其特征在于，对不可观型VSC的量测模型的方法包括：

采用与不可观型VSC相连的交流子系统或直流子系统的负荷或出力值的估计值作为伪量测数据，并在功率数据的基础上添加功率的标准差σ作为最终的伪量测数据如下：

式中：P_{s_es}、Q_{s_es}为与不可观型VSC连接的交流子系统的负荷或出力的估计值；P_{d_es}为与不可观型VSC连接的直流子系统的负荷或出力的估计值；σ为对应负荷或出力值的标准差；

相应添加到交流子系统或直流子系统的伪量测初步方程为：

式中，

分别表示P_si、Q_si的量测误差，

为注入直流功率量测P_di的量测误差；

采用高斯混合模型将不规则的出力曲线等效为正态分布函数从而求取其均值和标准差，则出力预测概率密度函数被等效为几个不同的正态分布函数：

式中：N为子高斯函数的个数；μ_i、∑_i分别是第i个子高斯函数的均值和方差；ω_i为第i个子高斯函数的权重值；

这些子高斯函数满足：

等效的出力高斯函数的均值μ_DG和方差

求解如下：

由此得到具有高斯分布的等效功率随机概率密度函数，其均值和标准差即作为式(12)-(13)的伪量测数据；将对应出力的均值作为P_{s_es}，Q_{s_es}，P_{d_es}的替换值、将σ_DG作为σ的替换值代入相应伪量测初步方程，得到最终的伪量测方程。

4.一种交直流混联电网模型系统，其特征在于，包括：交流子系统、直流子系统以及连接于交流子系统和直流子系统之间并采用权利要求1-3任一项所述的方法建模得到的变流器VSC。

5.根据权利要求4所述的交直流混联电网模型系统，其特征在于，所述交流子系统经换流变压器Z_ti、滤波器Z_fi和换相电抗器Z_ci与变流器VSC母线连接；所述变流器VSC直流侧采用双极接线连接到直流母线，采用Y-Δ变换消去滤波器Z_fi支路节点得到交流电网注入变流器VSC有功功率P_si、无功功率Q_si及注入VSC母线处有功功率P_ci。

6.根据权利要求5所述的交直流混联电网模型系统，其特征在于，所述交直流混联电网模型系统的量测方程为：

式中：Y_tci＝G_tci+jB_tci、Y_cfi＝G_cfi+jB_cfi、Y_tfi＝G_tfi+jB_tfi分别为由换流变压器、滤波器、换向电抗器导纳，G_tci为Y_tci的实部，B_tci为Y_tci的虚部，G_cfi为Y_cfi的实部，B_cfi为Y_cfi的虚部，G_tfi为Y_tfi的实部，B_tfi为Y_tfi的虚部，下标i表示节点；

设注入变流器VSC的功率方向为正，则有以下功率平衡关系：

P_di＝P_ci-P_c，lossi (2)

式中：P_di为VSC注入直流电网功率；P_c，lossi为变流器损耗。

7.根据权利要求4所述的交直流混联电网模型系统，其特征在于，所述交流子系统的量测方程为：

所述交流子系统的量测量包括：节点电压幅值量测U_i、节点注入有功功率量测P_i、节点注入无功功率量测Q_i、交流支路潮流有功功率P_ij、交流支路潮流无功功率Q_ij；

则：

对N_ac-N_vsc个不与VSC相连的交流子系统内部节点，量测方程为：

式中：下标j和下标i分别表示节点，其中，节点j直接和节点i相连；θ_ij为节点i和节点j间的相角差，G_ij为节点i和节点j间的电导，B_ij为节点i和节点j间的电纳，G_si为节点i的对地电导，B_si为为节点i的对地电纳，上标m表示该数据为量测数据类型；

对N_vsc个接有VSC的交流子系统边界节点，需要修正交流侧注入功率，则量测方程为：

式中：P_si、Q_si当交流系统向直流系统注入功率时取负号；

式(3)和式(4)中：

分别代表第i个交流节点的节点电压幅值量测U_i，节点注入有功功率量测P_i、节点注入无功功率量测Q_i、交流支路潮流有功功率P_ij、交流支路潮流无功功率Q_ij的量测误差。

8.根据权利要求4所述的交直流混联电网模型系统，其特征在于，所述直流子系统的量测方程为：

所述直流子系统的量测量包括：节点电压幅值量测U_di、节点注入直流功率量测P_di、节点注入电流I_di；

则：

对N_dc-N_vsc个直流子系统内部节点，量测方程为：

对N_vsc个与VSC相连接的直流子系统边界节点，量测方程为：

式(5)中：

分别代表直流子系统第i个节点的电压幅值量测U_di、注入直流功率量测P_di、注入电流I_di的量测误差，G_dij为直流网络电导矩阵中的元素。

9.一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时能够用于执行权利要求1至3中任一项所述的方法。

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