CN112290553B - 一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统，包括：基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；基于换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；基于交流电网潮流模型以及直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对交直流混联系统的潮流计算。本发明建模换流站无功出力约束和电压调整的相互作用，建立换流站稳态模型，解决计算在遇到换流站无功越限时需要重新启动的问题；建立定雅可比矩阵直流电网潮流计算模型，解决雅克比矩阵需重复计算和LU分解的问题；提供了解耦计算框架，解决交替迭代法中迭代次数过多及统一潮流计算的每次迭代中计算量大的问题。

Description

一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及电力电网技术领域，尤其涉及一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统。

背景技术

基于电压源换流站的高压直流系统(voltage source converter based highvoltage direct current,简称VSC-HVDC)因控制灵活、谐波水平低、不会换相失败，在电力系统中的运用越来越广泛。电压源换流站(简称VSC)的潮流控制比电网换相换流站(linecommutated converter,简称LCC)更灵活，使得其极易形成多端直流电网(multi-terminaldirect current,简称MTDC)，而在进行多点间的功率传输时，MTDC电网比两端的HVDC系统更有优势。对于含VSC-MTDC的交直流混联系统，其潮流计算不仅是稳态分析的关键部分，而且是动态分析、控制器设计和保护设置等的基础。

对于含VSC-MTDC的交直流混联系统，其潮流计算方法通常可以分为两类：统一迭代法和交替迭代法。

关于统一迭代法，其优点优点是收敛性好，例如在文献《The modelingmultiterminal VSC-HVDC in power flow calculation using unified methodology》中基于MATLAB中的“fsolve”提出了一种含MTDC交直流混联系统统一潮流计算方法，该方法虽然可以适用于任意拓扑的直流电网，但因为使用的是“fsolve”，造成其效率相对较低；此外，该方法仅考虑了直流电网的定直流电压控制。

为了克服上述不足，文献《A general unified AC/DC power flow algorithmwith MTDC》中提出了一种考虑直流电网下垂控制的交直流混流系统统一潮流计算方法，但其也存在以下不足：该方法中未考虑换流站的容量限制，使得获取的潮流解不是可行解。

进一步地，文献《Unified power flow algorithm based on the NR method forhybrid AC/DC grids incorporating VSCs》中提出了一种考虑换流站容量限制的统一潮流计算方法，通过越限时控制方式的切换使得该方法能够收敛到可行解。然而，统一法是对传统交流算法的完全替代，实现困难。除此之外，其高维雅克比的矩阵的运算需要大量的内存。

为了避免这些问题，有文献提出了交替迭代法。如在文献《On the convergenceof the sequential power flow for multiterminal VSC AC/DC systems》中，提出了一种交直流混联系统交替迭代算法。该方法通过将换流站考虑进直流电网的模型中，使得交替潮流计算模型的结构很好，进而使得计算效率提高。但为了使得到的潮流结果为可行解，还需要将换流站的容量限制考虑到潮流计算中。

由此，文献《Generalized steady-state VSC MTDC model for sequential AC/DC power flow algorithms》提出了一种考虑变换器容量限制的交替潮流计算方法，但该方法仅考虑了定直流电压控制，没有考虑直流电压下斜控制等其他控制方式。为了填补这一空白，文献《Power flow algorithms for multi-terminal VSC-HVDC with droopcontrol》提出了一种考虑下斜控制的交直流混联系统潮流计算方法。

但综合考虑上述现有技术中关于交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，至少还存在以下几方面不足：

首先，换流站Q轴控制的启发式切换和重启动方法使得效率很低，进而与NR迭代过程产生冲突，造成接口量跳变和反复循环迭代，影响潮流计算的收敛性。

其次，在上述方法中的雅克比矩阵都时刻在变，需要在每次迭代中进行重复的计算和LU分解，使得效率较低。

最后，现有的统一迭代法和交替迭代法均存在效率低下的缺陷，统一潮流计算方法的矩阵维度很高，使得每次迭代中的计算量很大；而交替迭代法虽然通过将统一法中的雅克比矩阵分为多个部分，减少了每次迭代中的计算量，但是交替迭代法严重增加的迭代次数使得交替法的计算效率比统一法更低。

发明内容

本发明实施例提供一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统，用以克服在交直流混联系统快速解耦潮流计算中，目前的计算方法中所存在的计算量大、效率低或收敛性差等缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，主要包括：基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；基于换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；基于交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对交直流混联系统的潮流计算。

优选地，上述基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型，包括建立换流站稳态模型包括建立换流站控制方程以及建立换流站潮流方程；其中，建立换流站控制方程，主要包括：建立每个换流站的d轴控制方程和q轴控制方程。其中，建立换流站潮流方程，主要包括：基于互补约束确定换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系；利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对约束关系进行近似处理，获取换流站潮流方程。

进一步地，在上述建立每个换流站的d轴控制方程和q轴控制方程中，d轴控制方程主要包括：定直流电压控制方程、定有功功率控制方程、电压-电流下斜控制方程以及电压-功率下斜控制方程；q轴控制方程主要包括：定交流功率控制方程和定交流电压控制方程。

进一步地，定直流电压控制方程为：U_dck-U_dcrefk＝0；定有功功率控制方程为：P_sk＝P_srefk；电压-电流下斜控制方程为：(U_dck-U_dcrefk)+k_Ik(I_dck-I_dcrefk)＝0；电压-功率下斜控制方程为：(U_dck-U_dcrefk)+k_Pk(P_dck-P_dcrefk)＝0；定交流功率控制方程为：Q_sk＝Q_srefk；定交流电压控制方程为：U_sk＝U_srefk；

其中，U_dcrefk、I_dcrefk、P_dcrefk、P_srefk分别表示运行参考点的直流电压、直流电流、直流功率和交流功率；k_Ik和k_pk表示电压-电流下斜和压-功率下斜特性的系数；U_dck、I_dck、P_dck换流站注入的电压、功率和电流；P_sk和P_srefk分别为换流站交流侧PCC母线的有功功率及有功功率参考值；Q_sk和Q_srefk为换流站交流侧PCC母线的无功功率及无功功率参考值；U_sk、U_srefk分别表示换流站交流侧PCC母线的电压及其参考值。

进一步地，上述基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系为：

其中，y_k和z_k是两个附加变量，分别表示PV节点电压幅值相对于参考电压的正偏移量和负偏移量；

和

分别为换流站的无功功率的极大值和极小值；⊥表示互补，将其表示为：

则利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对约束关系进行近似处理，获取换流站潮流方程，包括：

将Fisher-Burmeister函数

进行近似处理，获取光滑函数

令γ’(a,b)＝0，获取光滑互补约束模型

基于光滑互补约束模型，对约束关系进行近似处理，获取换流站无功功率限制的潮流方程：

其中，g_k为…，

为…，

为…；y_k和z_k分别为附加变量，

和

分别为换流站的无功功率的极大值和极小值，U_sk、U_srefk的定义分别为…；ζ为预设的一个小的误差；Q_sk为交流侧PCC母线的无功功率。

优选地，在构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型中，构建所述交流电网潮流模型，主要包括：

分别确定交流电网中不与换流站相连的母线的潮流方程、定交流电压控制换流站的潮流方程以及定无功功率控制换流站的潮流方程；基于牛顿-拉夫逊算法，构建初始交流电网潮流模型；利用快速分解法(Fast Decoupled Load Flow简称FDLF)对所述初始交流电网潮流模型进行简化，获取交流电网的变量修正方程。

进一步地，构建恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型，主要包括：确定直流电网的节点有功功率方程；将所述d轴控制方程代入所述节点有功功率方程后，共同简化为一个恒定的雅克比矩阵；基于恒定雅克比矩阵，获取直流电网的变量修正方程。

优选地，上述交流电网中不与换流站相连的母线的潮流方程可以为：

其中，P_Gi和Q_Gi分别为母线i的发电机有功和无功；P_Li和Q_Li分别为母线i的有功负荷和无功负荷；U_i和θ_i分别为母线i电压和相角；U_j和θ_j分别为母线j的电压和相角；母线i和母线j的相角差表示为θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij和B_ij分别为线路i-j的电导和电纳；

进一步地，定交流电压控制换流站的潮流方程可以为：

其中，ΔP为换流站交流侧PCC母线的有功功率方程的不平衡量，ΔQ_i为换流站交流侧PCC母线的无功功率方程的不平衡量；P_sk的定义为换流站交流侧PCC母线的有功功率；Q_sk为换流站交流侧PCC母线的无功功率；

进一步地，定无功功率控制换流站的潮流方程可以为：

进一步地，初始交流电网潮流模型可以为：

J₁₁，J₁₂，J₂₁，J₂₂与未考虑无功约束的潮流计算中的元素保持一致的；

J₃₄＝-I_v,J₃₅＝I_v

J₃₃＝J₅₄＝J₄₅＝0_v

其中，F_ac为不平衡方程向量；v为定无功功率控制换流站的个数，y_v、z_v分别为第v个定无功功率控制换流站的附加变量，y_k、z_k分别为第k个定无功功率控制换流站的附加变量，n_ac为交流电网母线的条数，

为第n_ac-1条母线的电压相角，m_ac为PQ母线的条数，

为第m_ac条母线的电压相角，0_v表示v维的零矩阵；

进一步地，交流电网的变量修正方程可以为：

ΔP＝B′Δθ

其中，

为包含F_ac中后四部分；x_q为包含x_ac中的后四部分；J_q是J_ac矩阵中的后四行四列；B′、ΔP、Δθ、Δx_q的分别为交流电网的导纳矩阵、有功功率方程的不平衡量、交流母线电压相角的修正量、交流母线无功类变量对应的修正量向量。

优选地，上述直流电网的节点有功功率方程可以为：

其中，P_dck为直流节点k的注入有功功率；U_dck和U_dcl分别为直流节点k和直流节点l的直流电压；G_dkl为线路k-l的电导；n_dc为直流网络节点总数；

所述恒定的直流电网雅克比矩阵为：

设

为V-I下斜控制换流站的个数、τ为V-P下斜控制换流站的个数，定义如下矩阵和向量：

K_p＝diag(1/K_P1 1/K_P2 … 1/K_Pτ)

G_VP＝[G_VPV G_VPVI G_VPVP G_VPP]

G_P＝[G_PV G_PVI G_PVP G_PP]

其中，K_I、K_p分别是V-I控制换流站、V-P控制换流站下斜系数向量，K_I1、K_I2和

分别是第一个、第二个、第

个V-I下斜控制换流站的下斜系数，K_P1、K_P2和K_Pτ分别是第一个、第二个、第τ个V-P下斜控制换流站的下斜系数。U_dc为直流电压向量，U_dc1、U_dcVI、U_dcVP、U_dcP分别是定直流电压控制换流站、V-I下斜控制换流站、V-P下斜控制换流站、定有功功率控制换流站的直流电压。G_dc为直流电导矩阵，G_VV、G_VIVI、G_VPVP、G_PP分别是直流电网中定直流电压换流站、V-I下斜控制换流站、V-P下斜控制换流站、定有功功率换流站的自导纳。G_VVI、G_VVP、G’_VP、G_VIV、G_VIVP、G_VIP、G_VPV、G_VPVI、G_VPP、G_PV、G_PVI、G_PVP是它们之间的互导纳。G_VP为G_dc中与V-P下斜控制换流站对应的行，G_p为G_dc中与定交流有功功率控制换流站对应的行。

根据以上定义，恒定的直流电网雅克比矩阵的元素可以分别表示为：

J_VV＝-1,J_VVI＝U_dc1G_VVI,

J_VVP＝U_dc1G_VVP,J_VP＝U_dc1G_VP,

J_VIVP＝G_VIVP,J_VIP＝G_VIP,

J_VPV＝0_τ×1,J_VPVI＝diag(U_dcVP)G_VPVI,

J_VPVP＝diag(U_dcVP)G_VPVP+K_P+diag(G_VPU_dc),

J_VPP＝diag(U_dcVP)G_VPP,

J_PVP＝diag(U_dcP)G_PVP,

J_PP＝diag(U_dcP)G_PP+diag(G_PU_dc)

其中，m_dc为定Ps换流站的个数；

是

维的零矩阵；0τ×₁是τx1维的零矩阵；

是m_dcx1维的零矩阵。

所述直流电网的变量修正方程为：

其中，Δx_dc为直流电网的待求变量，

f_V1、f_VI、f_VP、f_P分别为直流电网中定直流电压控制换流站潮流方程的不平衡量、V-I下斜控制换流站潮流方程的不平衡量、V-P下斜控制换流站潮流方程的不平衡量、定有功功率控制换流站潮流方程的不平衡量。

优选地，上述基于交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对交直流混联系统的潮流计算，具体可以包括：

步骤S31：对交直流混联系统进行初始化，获取交直流混联系统的给定变量初值以及雅可比矩阵；

步骤S32：基于换流站稳态模型，计算定有功功率下换流站的潮流；

步骤S33：基于直流电网潮流模型，进行直流系统潮流计算；

步骤S34：进行电压控制下换流站的潮流计算，获取换流站交流母线功率以及PCC母线的功率；

步骤S35：若结果不收敛，则基于交流电网潮流模型，进行交流潮流计算；

步骤S36：若结果不收敛，则迭代执行所述步骤S32-所述步骤S35，直至结果收敛，输出此时的交直流混联系统的潮流计算结果。

第二方面，本发明实施例提供一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的系统，主要包括第一运算单元、第二运算单元以及第三运算单元，其中：

第一运算单元主要用于基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；

第二运算单元主要用于基于所述换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；

第三运算单元主要用于基于所述交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对所述交直流混联系统的潮流计算。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如第一方面任一所述的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一所述的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法的步骤。

本发明实施例提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统，一方面，利用互补约束建模了换流站无功出力约束和电压调整的相互作用，建立换流站稳态模型，解决了潮流计算在遇到换流站无功越限时需要重新启动的问题；另一方面，建立了定雅可比矩阵直流电网潮流计算模型，解决了雅克比矩阵需要重复计算和需要重复LU分解的问题；最后，提供了交直流混联系统潮流解耦计算框架，解决了交替迭代法中迭代次数过多以及统一潮流计算法中每次迭代中计算量大的问题，有效的提高了交直流混联系统快速解耦潮流计算的计算效率和收敛性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种换流站的稳态模型的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种非线性约束关系的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种交直流混联系统解耦潮流计算框架图；

图5为本发明实施例提供的一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的系统的结构示意图

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构图；

图7为本发明实施例提供的一种改进后的测试对象系统的节点系统图；

图8为本发明实施例提供的作为另一测试对象的含张北直流电网的华北电网局部示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着柔性直流技术的不断成熟，基于VSC的交直流混合配电网成为未来城市配电网的发展趋势。目前，交直流混联配电网潮流计算方法主要分为统一迭代法和交替迭代法两种。统一迭代法将交流系统方程和直流系统方程联立，对交流系统变量和直流系统变量统一进行迭代求解，完整地考虑了交、直流系统间的耦合关系。虽然统一迭代法具有良好的收敛性，但难以处理交直流系统灵活运行方式和复杂的控制策略。而交替迭代法则是在迭代计算过程中将交流系统方程和直流系统方程分别进行迭代求解，易于处理复杂的控制策略，但现有的交替迭代法一方面未考虑到换流站的容量限制，且未综合直流电压下斜控制等控制方式，并且交替迭代法严重增加的迭代次数使得交替法的计算效率比统一法更低。

为了克服现有的解耦潮流计算存在的诸多缺陷，本发明实施例在现有技术的基础上，提供了一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，如图1所示，包括但不限于以下步骤：

步骤S1：基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；

步骤S2：基于所述换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；

步骤S3：基于交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对所述交直流混联系统的潮流计算。

其中，在步骤S1中，建立了换流站的稳态模型，综合了定交流电压控制换流站的无功出力约束，即利用互补约束建模了换流站无功出力约束和电压调整之间的相互作用。

作为一种可选实施例，上述基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型，建立换流站稳态模型，具体包括：建立换流站控制方程以及建立换流站潮流方程；其中，建立换流站控制方程，主要包括：建立每个所述换流站的d轴控制方程和q轴控制方程。

其中，建立换流站潮流方程，包括：基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系；利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对所述约束关系进行近似处理，获取换流站潮流方程。

VSC换流站的稳态模型一般包含两个部分，即控制模型和潮流模型。首先，在本发明实施例中，先对VSC换流站的控制模型的构建方法进行说明：

由于VSC中一般采用了全控电力电子器件以及利用了矢量控制技术，因此，每个VSC换流站需要两个控制方程来描述，它们可以分为两组：d轴控制方程和q轴控制方程。

其中，d轴控制也称为有功类控制，主要包含以下四种控制：定直流电压(U_dc)控制、定有功功率(P_s)控制、电压-电流(V-I)下斜控制、电压-功率(V-P)下斜控制，这四种控制方式的控制方程具体可以是：

定U_dc控制换流站k：U_dck-U_dcrefk＝0 公式1

定P_s控制换流站k：P_sk＝P_srefk 公式2

定V-I下斜控制换流站k：(U_dck-U_dcrefk)+k_Ik(I_dck-I_dcrefk)＝0 公式3

定V-I下斜控制换流站k：(U_dck-U_dcrefk)+k_Pk(P_dck-P_dcrefk)＝0 公式4

其中：U_dcrefk、I_dcrefk、P_dcrefk、P_srefk分别表示运行参考点的直流电压、直流电流、直流功率和交流功率；k_Ik和k_pk表示V-I和V-P下斜特性的系数；U_dck、I_dck、P_dck分别表示换流站注入功率和电流；P_sk和P_srefk分别表示交流侧PCC母线的有功功率及其参考值。

进一步地，q轴控制主要包含两类控制，即定交流功率控制和定交流电压控制，它们的控制方程如公式5和公式6所示：

Q_sk＝Q_srefk 公式5

U_sk＝U_srefk 公式6

其中，Q_sk和Q_srefk为换流站交流侧PCC母线的无功功率及无功功率参考值；U_sk、U_srefk分别表示换流站交流侧PCC母线的电压及其参考值。

基于上述实施例的内容，换流站的控制方式则可以具体分为8种模式，如表1所示。

表1柔性直流换流站的控制方式

进一步地，在本发明实施例中，提供一种换流站潮流方程的建立方法，图2为换流站的一种稳态模型的结构示意图，如图2所示，R_tk和X_tk表示换流站k的变压器的电阻和电抗，I_ck是换流器电流。P_ck是换流器母线的注入电流。

由图2可以获知，注入换流器母线的功率P_ck可以表示为换流器直流侧功率P_dck和换流器损耗P_lossk之和：

P_ck＝P_dck+P_lossk 公式7

其中，换流器的损耗P_lossk近似为换流器电流I_ck的二次函数：

P_lossk＝a_kI_ck ²+b_kI_ck+c_k 公式8

其中，a_k、b_k和c_k分别为二次函数的损耗系数，可由实测后曲线拟合得到。

故I_ck可以由公式9表示：

由此可以获取到注入到换流器的有功功率和无功功率可以分别表示为：

进一步地，在本发明实施例中综合考虑到为了保证换流器的安全运行，则保持换流器的稳态运行点必须位于其容量限值内。因此，换流器的有功功率和无功功率则应该满足公式12所示的不等式：

无功功率Q_sk可以表示为：

其中，S_Nk表示换流站的容量，

和

分别为换流站的无功功率的极大值和极小值。

本发明实施例在建立换流站稳态模型，充分结合通过考虑到换流器容量限制，使建立的模型更为准确度和正确性。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在交流潮流中，将定交流电压控制换流站的PCC母线近似视作为PV母线，则当换流站的无功功率到达限值时，定交流电压控制会切换为定无功功率控制，则上述基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系，可以用公式15进行表示：

其中，y_k和z_k是两个附加变量，分别表示PV节点电压幅值相对于参考电压的正偏移量和负偏移量；⊥表示互补关系，该互补关系可以描述为：

即若a与b为互补关系，则a和b的乘积约为0。

进一步地，在本发明实施例中，利用Fischer-Burmeister函数进行处理互补约束问题的近似处理。

其中，将Fischer-Burmeister函数表示为：

对比公式16和公式17，可以获知互补约束0≤a⊥b≥0与γ(a,b)＝0等价。如图3所示，其中的L1示出了γ(a,b)＝0的可行集合，但此时γ(a,b)在(0,0)处不可微。不可微函数(non-differentiable function)微分不存在的函数，如果二元函数在某点不可微,就意味着函数图像在该点不存在切平面.。

为了解决上述问题，对Fisher-Burmeister函数进行近似处理，获取到如公式18所示的光滑函数：

其中，ζ是预设的一个小的误差，令γ’(a,b)＝0,即获取公式19：

进一步地，由于公式19与公式20所表示的函数相等价：

a≥0,b≥0,ab＝ζ/2 公式20

上述公式20的可行域可以利用图3中所示的L2线进行表示。同理，可以利用公式19中的光滑互补约束模型，对约束关系(公式15)进行近似处理，进而获取到换流站无功功率限制的潮流方程为：

其中，g_k为电压方程的不平衡量，

为是换流站无功功率下限方程的不平衡量，

为换流站无功功率上限方程的不平衡量；y_k和z_k分别为附加变量，

和

分别为换流站的无功功率的上限值和下限值，U_sk、U_srefk的定义分别为换流站交流侧PCC母线的电压及其参考值；Q_sk为换流站交流侧PCC母线的无功功率。

本发明实施例提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，在建立换流器的稳态模型时，综合考虑了定交流电压控制换流站的无功出力约束，同时利用互补约束建模了换流器无功出力约束和电压调整之间的相互作用，并用光滑的近似Fisher-Burmeister函数进行处理，解决了目前交直流潮流计算方法在遇到换流器无功越限时需要重新启动的问题，避免了重新启动带来的大量的计算量和重启动可能造成的不收敛。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，提供一种如上述步骤S2所述的构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型的方法。

其中，构建所述交流电网潮流模型，具体包括：分别确定交流电网中不与换流站相连的母线的潮流方程、定交流电压控制换流站的潮流方程以及定无功功率控制换流站的潮流方程；基于牛顿-拉夫逊算法，构建初始交流电网潮流模型；利用快速分解法(FastDecoupled Load Flow，简称FDLF方法)对初始交流电网潮流模型进行简化，获取交流电网的变量修正方程；

其中，构建恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型，具体包括：确定直流电网的节点有功功率方程；将d轴控制方程代入节点有功功率方程后，共同简化为一个恒定雅克比矩阵；基于恒定雅克比矩阵，获取直流电网的变量修正方程。

具体的，在交流电网潮流模型的构建方法中，交流电网中不与换流站相连的母线i的潮流方程可以表示为：

其中，P_Gi和Q_Gi分别为母线i的发电机有功和无功；P_Li和Q_Li分别为母线i的有功负荷和无功负荷；U_i和θ_i分别为母线i电压和相角；U_j和θ_j分别为母线j的电压和相角；母线i和母线j的相角差表示为θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij和B_ij分别为线路i-j的电导和电纳。

进一步地，对定交流电压控制换流站，其潮流方程可以表示为

进一步地，对定无功功率控制换流站，潮流方程可以表示为：

进一步地，根据牛顿-拉夫逊算法，潮流方程可以计算如下：

其中，F_ac是不平衡方程向量。x_ac和J_ac分别表示为：

其中，雅克比矩阵中的元素分别为：

J₁₁，J₁₂，J₂₁，J₂₂与常规的未考虑无功约束的潮流计算中的元素保持一致；

其中，v为定无功功率控制换流站的个数，y_v、z_v分别为第v个定无功功率控制换流站的附加变量，y_k、z_k分别为第k个定无功功率控制换流站的附加变量，n_ac为交流电网母线的条数，

为第n_ac-1条母线的电压相角，m_ac为PQ母线的条数，

为第m_ac条母线的电压相角，0_v表示v维的零矩阵。

进一步地，为了进一步地提升计算效率，可以利用FDLF方法对上司雅克比矩阵进行简化，具体为：

将J₂₁和J₁₂都置为0、J₁₁≈B′、J₂₂≈B″′。其中，B’为不含平衡节点的导纳矩阵的虚部；B″′为与PQ节点和定交流电压控制换流站PCC母线对应的行和列所确定的矩阵。此时，交流电网的修正方程则可以转换为

其中，

为包含F_ac中后四部分；x_q为包含x_ac中的后四部分；J_q是J_ac矩阵中的后四行四列；B′、ΔP、Δθ、Δx_q的分别为交流电网的导纳矩阵的虚部、有功功率方程的不平衡量、交流母线电压相角的修正量、交流母线无功类变量对应的修正量向量。

作为一种可选实施例，提供一种构建恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型的方法，主要包括以下步骤：

构建直流电网的节点有功功率方程为：

其中，P_dck为直流节点k的注入有功功率；U_dck和U_dcl分别为直流节点k和直流节点l的直流电压；G_dkl为线路k-l的电导；n_dc为直流网络节点总数。

在上述公式35中，由于直流电网的网络节点数为n_dc，对应的直流电网的潮流方程个数是n_dc，但其总变量的个数为2n_dc，因此，需要补充n_dc个控制方程。假设直流电网中有1个定U_dc、

个V-I下斜控制、τ个V-P下斜控制换流站，其余m_dc个换流站为定P_s站，将公式1-公式4所示的个控制方程输入至公式35中，则可以分别获取以下方程：

其中，P_dck可以表示为：

在公式36-公式39中，待求变量为：

由此，建立直流电网的变量修正方程为：

其中，雅克比矩阵J_dc的各元素分别为：

J_VV＝-1,J_VVI＝U_dc1G_VVI,

J_VVP＝U_dc1G_VVP,J_VP＝U_dc1G_VP,

J_VIVP＝G_VIVP,J_VIP＝G_VIP,

J_VPV＝0_τ×1,J_VPVI＝diag(U_dcVP)G_VPVI,

J_VPVP＝diag(U_dcVP)G_VPVP+K_P+diag(G_VPU_dc),

J_VPP＝diag(U_dcVP)G_VPP,

J_PVP＝diag(U_dcP)G_PVP,

J_PP＝diag(U_dcP)G_PP+diag(G_PU_dc) 公式45

其中：

K_p＝diag(1/K_P1 1/K_P2 … 1/K_Pτ)

G_VP＝[G_VPV G_VPVI G_VPVP G_VPP]

G_P＝[G_PV G_PVI G_PVP G_PP]. 公式46

其中，U_dc为直流电压向量，G_dc为直流电导矩阵，G_VP为G_dc中与V-P下斜控制换流站对应的行，G_p为G_dc中与定交流有功功率控制换流站对应的行，

为V-I下斜控制换流站的个数、τ为V-P下斜控制换流站的个数，m_dc为定P_s换流站的个数。

进一步地，将上述公式36-公式39的两边分别同时除以U_dck，可获取：

Δx_dc＝-(J_dc′)^-1*F_dc′ 公式47

其中，

f′_V1＝f_V1/U_dcl

其中

在本发明实施例中，考虑到直流电网中所有节点的电压都在额定电压附近，直流电压U_dck可以近似为1，U_dck、U_dcl也可以近似为1。通过这个简化，可以得到一个恒定的雅克比矩阵。

本发明实施例提供的直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，建立了定雅可比矩阵直流电网潮流计算模型，避免了现有交直流潮流计算方法中雅可比矩阵需要重复计算和重复LU分解的问题，提升了计算效率。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，本发明实施例提供一种直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，包括基于所述交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对所述交直流混联系统的潮流计算，如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤S31：对交直流混联系统进行初始化，获取交直流混联系统的给定变量初值以及雅可比矩阵；

步骤S32：基于换流站稳态模型，计算定有功功率下换流站的潮流；

步骤S33：基于直流电网潮流模型，进行直流系统潮流计算；

步骤S34：进行电压控制下换流站的潮流计算，获取换流站交流母线功率以及PCC母线的功率；

步骤S35：若结果不收敛，则基于交流电网潮流模型，进行交流潮流计算；

步骤S36：若结果不收敛，则迭代执行所述步骤S32-所述步骤S35，直至结果收敛，输出此时的交直流混联系统的潮流计算结果。

本发明实施例提供的方法以潮流计算的初始化开始，然后，进行潮流计算的迭代过程。需强调的是：在每次迭代过程中，直流潮流和交流潮流都只计算一次，而在交替迭代法中，计算交流电网潮流或直流电网潮流时，另一个必须收敛。

具体地，关于解耦潮流计算的初始化：这一步主要是对直流电网进行初始化，也就是计算雅可比矩阵和给定变量初值。

关于定有功功率控制换流站的潮流计算：这一步使得在解耦潮流计算的初始化中，交流系统对直流系统的影响就被考虑到，以使得直流电网的潮流结果在每一步中更加接近于结果。具体地，可以利用公式40进行定有功功率控制换流站的潮流计算。

进一步地，关于直流电网的潮流计算：利用公式52中所示的恒定雅可比矩阵求解公式47，在每次迭代过程中，公式47只计算一次。

进一步地，关于电压控制换流站的潮流计算：首先根据公式8求解换流站交流母线功率，然后计算PCC母线的功率。

进一步地，关于交流网络的潮流计算：利用FDLF进行交流潮流的计算。与直流电网潮流计算一致，在每次迭代过程中，只计算一次。

本发明实施例提供的直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，提出了一种交直流混联系统解耦潮流计算框架，从而解决了现有交替迭代法中迭代次数过多的问题和统一潮流计算的每次迭代中计算量大的问题，提升了计算效率和收敛性。

本发明实施例提供一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的系统，如图5所示，主要包括第一运算单元、第二运算单元以及第三运算单元，其中：

第一运算单元，用于基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；第二运算单元，用于基于换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；第三运算单元，用于基于交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对交直流混联系统的潮流计算。

需要说明的是，本发明实施例提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的系统，在具体运行时，可用于执行上述任一实施例中所述的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，再次不作一一赘述。

本发明实施例提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的系统，一方面，利用互补约束建模了换流站无功出力约束和电压调整的相互作用，建立换流站稳态模型，解决了潮流计算在遇到换流站无功越限时需要重新启动的问题；另一方面，建立了定雅可比矩阵直流电网潮流计算模型，解决了雅克比矩阵需要重复计算和需要重复LU分解的问题；最后，提供了交直流混联系统潮流解耦计算框架，解决了交替迭代法中迭代次数过多以及统一潮流计算法中每次迭代中计算量大的问题，有效的提高了交直流混联系统快速解耦潮流计算的计算效率和收敛性。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行如下方法：基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；基于换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；基于交流电网潮流模型以及直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对交直流混联系统的潮流计算。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；基于换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；基于交流电网潮流模型以及直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对交直流混联系统的潮流计算。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后，为了有效的验证本发明实施例提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法及系统的可行性、正确性以及高效性，在本实施例中通过在两个测试系统上，对本实施例的方法进行仿真。

一、测试系统和测试平台

(1)如图7所示为修改后的10机39节点系统：将IEEE39节点系统进行了修改，接入了一个五端柔性直流电网。该系统中的控制器参数如表2所示。参考方向是由交流系统流向直流系统。另外，线路1-2，1-5，2-3，2-5，3-4和4-5的电阻分别为1，1，2，0.5，1.5和2欧。

表2含四端五节点系统的参数

2)如图8所示为实际的华北交直流混联系统的网架架构，选用含张北柔性直流电网的华北交直流电网对本发明实施例的方法进行验证。直流电网的参数如表3所示。康保-张北，张北-昌平，昌平-丰宁和丰宁-康保线路的电阻分别是2.029，0.483，2.014和1.841欧。

表3张北柔性直流电网参数

本实施例中所采用的仿真平台是Intel(R)Core(TM)i7-1051CPU，2.30GHZ，12GB内存，64位Windows 10操作系统，所有的测试都在MATLAB中实现。

二、准确性验证

1)关于修改的IEEE39节点：分别利用现有文献《Unified power flow algorithmbased on the NR method for hybrid AC/DC grids incorporating VSCs》(简称：文献1)中记载的统一潮流计算方法、文献《Generalized steady-state VSC MTDC model forsequential AC/DC power flow algorithms》(简称：文献2)中的交替迭代法以及本发明实施例所提供的方法(简称：本方案)分别对系统进行潮流计算，具体结果比较如表4所示。如表4所示，虽然三种方法均可以收敛到相同的结果，但值得注意的是，换流器3的无功功率是67.84MW，与该换流站的无功功率限值一样，其原因为：当定交流电压控制换流站的无功功率超过其限值时，q轴控制将由定交流电压控制转为定无功功率控制。

表4含五端直流电网的IEEE39节点系统

2)实际的华北电网：进一步地，分别利用上述三种方法对华北电网进行潮流进行计算，如表5所示。如表5所示，三种方法的结果之间的误差基本可忽略。

表5含张北直流电网的华北电网

综上所述，通过对上述两个测试系统的各种测试结果的获取，充分验证了本发明实施例所提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算方法的正确性和适应性。

三、效率验证

为了进一步的验证本发明实施例提供的计算方法的高效性，比较了上述三种方法对两个测试系统的测试时间，如表6所示。可以发现，本发明实施例所提出的方法的效率更高。例如，当计算华北电网的潮流时，本方案的方法对另外两种方法的提速因子分别为5.48和9.54。

表6不同方法的效率对比

通过上述仿真实验，进一步的论证了本发明实施例所提供的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法和系统的可行性以及运行效率均高于现有技术。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，其特征在于，包括：

基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；

基于所述换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；

基于所述交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对所述交直流混联系统的潮流计算；

所述基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型，建立换流站稳态模型，具体包括：建立换流站控制方程以及建立换流站潮流方程；

所述建立换流站控制方程，包括：

建立每个所述换流站的d轴控制方程和q轴控制方程；

所述建立换流站潮流方程，包括：

基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系；利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对所述约束关系进行近似处理，获取所述换流站潮流方程；

在所述建立每个所述换流站的d轴控制方程和q轴控制方程中，

所述d轴控制方程包括：定直流电压控制方程、定有功功率控制方程、电压-电流下斜控制方程以及电压-功率下斜控制方程；

所述q轴控制方程包括：定交流功率控制方程和定交流电压控制方程；

所述定直流电压控制方程为：U_dck-U_dcrefk＝0；

所述定有功功率控制方程为：P_sk＝P_srefk；

定电压-电流下斜控制方程为：(U_dck-U_dcrefk)+k_Ik(I_dck-I_dcrefk)＝0；

定电压-功率下斜控制方程为：(U_dck-U_dcrefk)+k_Pk(P_dck-P_dcrefk)＝0；

所述定交流功率控制方程为：Q_sk＝Q_srefk；

所述定交流电压控制方程为：U_sk＝U_srefk；

其中，U_dcrefk、I_dcrefk、P_dcrefk分别表示换流站的的直流参考电压、直流参考电流、直流参考功率；k_Ik和k_pk表示电压-电流下斜和压-功率下斜特性的系数；U_dck、I_dck、P_dck换流站的直流电压、直流功率和直流电流；P_sk和P_srefk分别为换流站交流侧PCC母线的有功功率及有功功率参考值；Q_sk和Q_srefk为换流站交流侧PCC母线的无功功率及无功功率参考值；U_sk、U_srefk分别表示换流站交流侧PCC母线的电压和电压参考值；

所述基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系为：

其中，y_k、z_k分别为第k个定无功功率控制换流站的附加变量，分别表示PV节点电压幅值相对于参考电压的正偏移量和负偏移量；

和

分别为换流站的无功功率的极大值和极小值；

⊥表示互补，将其表示为：

则所述利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对所述约束关系进行近似处理，获取所述换流站潮流方程，包括：

将Fisher-Burmeister函数

进行近似处理，获取光滑函数

令γ’(a,b)＝0，获取光滑互补约束模型

基于所述光滑互补约束模型，对所述约束关系进行近似处理，获取所述换流站无功功率限制的潮流方程：

其中，g_k为电压方程的不平衡量，

为为换流站无功功率下限方程的不平衡量，

为换流站无功功率上限方程的不平衡量；

和

分别为换流站的无功功率的上限值和下限值；ζ为预设的一个小的误差；Q_sk为交流侧PCC母线的无功功率；

在所述构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型中，

构建所述交流电网潮流模型，包括：

分别确定交流电网中不与换流站相连的母线的潮流方程、定交流电压控制换流站的潮流方程以及定无功功率控制换流站的潮流方程；基于牛顿-拉夫逊算法，构建初始交流电网潮流模型；利用FDLF方法对所述初始交流电网潮流模型进行简化，获取交流电网的变量修正方程；

构建恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型，包括：

确定直流电网的节点有功功率方程；

将所述d轴控制方程代入所述节点有功功率方程后，共同简化为一个恒定雅克比矩阵；

基于所述恒定雅克比矩阵，获取直流电网的变量修正方程。

2.根据权利要求1所述的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，其特征在于，

所述交流电网中不与换流站相连的母线的潮流方程为：

其中，P_Gi和Q_Gi分别为母线i的发电机有功和无功；P_Li和Q_Li分别为母线i的有功负荷和无功负荷；U_i和θ_i分别为母线i电压和相角；U_j和θ_j分别为母线j的电压和相角；母线i和母线j的相角差表示为θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij和B_ij分别为线路i-j的电导和电纳；

所述定交流电压控制换流站的潮流方程为：

其中，ΔP为换流站交流侧PCC母线的有功功率方程的不平衡量，ΔQ_i为换流站交流侧PCC母线的无功功率方程的不平衡量；P_sk的定义为换流站交流侧PCC母线的有功功率；Q_sk为换流站交流侧PCC母线的无功功率；

所述定无功功率控制换流站的潮流方程为：

所述初始交流电网潮流模型为：

J₁₁，J₁₂，J₂₁，J₂₂与未考虑无功约束的潮流计算中的元素保持一致的；

J₃₄＝-I_v,J₃₅＝I_v

J₃₃＝J₅₄＝J₄₅＝0_v

其中，F_ac为不平衡方程向量；v为定无功功率控制换流站的个数，y_v、z_v分别为第v个定无功功率控制换流站的附加变量，y_k、z_k分别为第k个定无功功率控制换流站的附加变量，n_ac为交流电网母线的条数，

为第n_ac-1条母线的电压相角，m_ac为PQ母线的条数，

为第m_ac条母线的电压相角，0_v表示v维的零矩阵；

所述交流电网的变量修正方程为：

ΔP＝B′Δθ

其中，

为包含F_ac中后四部分；x_q为包含x_ac中的后四部分；J_q是J_ac矩阵中的后四行四列；B′、ΔP、Δθ、Δx_q的分别为…交流电网的导纳矩阵的虚部、有功功率方程的不平衡量、交流母线电压相角的修正量、交流母线无功类变量对应的修正量向量。

3.根据权利要求2所述的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，其特征在于，

所述直流电网的节点有功功率方程为：

其中，P_dck为直流节点k的注入有功功率；U_dck和U_dcl分别为直流节点k和直流节点l的直流电压；G_dkl为线路k-l的电导；n_dc为直流网络节点总数；

所述恒定的直流电网雅克比矩阵为：

设

为V-I下斜控制换流站的个数、τ为V-P下斜控制换流站的个数，定义如下矩阵和向量：

K_p＝diag(1/K_P1 1/K_P2 … 1/K_Pτ)

G_VP＝[G_VPV G_VPVI G_VPVP G_VPP]

G_P＝[G_PV G_PVI G_PVP G_PP]

其中，K_I、K_p分别是V-I控制换流站、V-P控制换流站下斜系数向量，K_I1、K_I2和

分别是第一个、第二个、第

个V-I下斜控制换流站的下斜系数，K_P1、K_P2和K_Pτ分别是第一个、第二个、第τ个V-P下斜控制换流站的下斜系数；U_dc为直流电压向量，U_dc1、U_dcVI、U_dcVP、U_dcP分别是定直流电压控制换流站、V-I下斜控制换流站、V-P下斜控制换流站、定有功功率控制换流站的直流电压；G_dc为直流电导矩阵，G_VV、G_VIVI、G_VPVP、G_PP分别是直流电网中定直流电压换流站、V-I下斜控制换流站、V-P下斜控制换流站、定有功功率换流站的自导纳；G_VVI、G_VVP、G’_VP、G_VIV、G_VIVP、G_VIP、G_VPV、G_VPVI、G_VPP、G_PV、G_PVI、G_PVP是定直流电压换流站、V-I下斜控制换流站、V-P下斜控制换流站、定有功功率换流站之间的互导纳；G_VP为G_dc中与V-P下斜控制换流站对应的行，G_p为G_dc中与定交流有功功率控制换流站对应的行；

根据以上定义，恒定的直流电网雅克比矩阵的元素分别表示为：

J_VV＝-1,J_VVI＝U_dc1G_VVI,

J_VVP＝U_dc1G_VVP,J_VP＝U_dc1G_VP,

J_VIVP＝G_VIVP,J_VIP＝G_VIP,

J_VPV＝0_τ×1,J_VPVI＝diag(U_dcVP)G_VPVI,

J_VPVP＝diag(U_dcVP)G_VPVP+K_P+diag(G_VPU_dc),

J_VPP＝diag(U_dcVP)G_VPP,

J_PVP＝diag(U_dcP)G_PVP,

J_PP＝diag(U_dcP)G_PP+diag(G_PU_dc)

其中，m_dc为定有功功率控制换流站的个数；

是

维的零矩阵；0_τ×1是τx1维的零矩阵；

是m_dcx1维的零矩阵；

所述直流电网的变量修正方程为：

其中，Δx_dc为直流电网的待求变量，

f_V1、f_VI、f_VP、f_P分别为直流电网中定直流电压控制换流站潮流方程的不平衡量、V-I下斜控制换流站潮流方程的不平衡量、V-P下斜控制换流站潮流方程的不平衡量、定有功功率控制换流站潮流方程的不平衡量。

4.根据权利要求3所述的交直流混联系统快速解耦潮流计算的方法，其特征在于，所述基于所述交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对所述交直流混联系统的潮流计算，具体包括：

步骤S31：对所述交直流混联系统进行初始化，获取所述交直流混联系统的给定变量初值以及所述恒定雅可比矩阵；

步骤S32：基于所述换流站稳态模型，计算定有功功率下换流站的潮流；

步骤S33：基于所述直流电网潮流模型，进行直流系统潮流计算；

步骤S34：进行电压控制下换流站的潮流计算，获取换流站交流母线功率以及PCC母线的功率；

步骤S35：若结果不收敛，则基于所述交流电网潮流模型，进行交流潮流计算；

步骤S36：若结果不收敛，则迭代执行所述步骤S32-所述步骤S35，直至结果收敛，输出此时的交直流混联系统的潮流计算结果。

5.一种交直流混联系统快速解耦潮流计算的系统，其特征在于，包括：

第一运算单元，用于基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型；

所述基于定交流电压控制换流站的无功出力约束，建立换流站稳态模型，建立换流站稳态模型，具体包括：建立换流站控制方程以及建立换流站潮流方程；

所述建立换流站控制方程，包括：

建立每个所述换流站的d轴控制方程和q轴控制方程；

所述建立换流站潮流方程，包括：

基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系；利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对所述约束关系进行近似处理，获取所述换流站潮流方程；

在所述建立每个所述换流站的d轴控制方程和q轴控制方程中，

所述d轴控制方程包括：定直流电压控制方程、定有功功率控制方程、电压-电流下斜控制方程以及电压-功率下斜控制方程；

所述q轴控制方程包括：定交流功率控制方程和定交流电压控制方程；

所述定直流电压控制方程为：U_dck-U_dcrefk＝0；

所述定有功功率控制方程为：P_sk＝P_srefk；

定电压-电流下斜控制方程为：(U_dck-U_dcrefk)+k_Ik(I_dck-I_dcrefk)＝0；

定电压-功率下斜控制方程为：(U_dck-U_dcrefk)+k_Pk(P_dck-P_dcrefk)＝0；

所述定交流功率控制方程为：Q_sk＝Q_srefk；

所述定交流电压控制方程为：U_sk＝U_srefk；

其中，U_dcrefk、I_dcrefk、P_dcrefk分别表示换流站的的直流参考电压、直流参考电流、直流参考功率；k_Ik和k_pk表示电压-电流下斜和压-功率下斜特性的系数；U_dck、I_dck、P_dck换流站的直流电压、直流功率和直流电流；P_sk和P_srefk分别为换流站交流侧PCC母线的有功功率及有功功率参考值；Q_sk和Q_srefk为换流站交流侧PCC母线的无功功率及无功功率参考值；U_sk、U_srefk分别表示换流站交流侧PCC母线的电压和电压参考值；

所述基于互补约束确定所述换流站的无功功率约束与电压调整之间的约束关系为：

其中，y_k、z_k分别为第k个定无功功率控制换流站的附加变量，分别表示PV节点电压幅值相对于参考电压的正偏移量和负偏移量；

和

分别为换流站的无功功率的极大值和极小值；

⊥表示互补，将其表示为：

则所述利用光滑近似Fisher-Burmeister函数对所述约束关系进行近似处理，获取所述换流站潮流方程，包括：

将Fisher-Burmeister函数

进行近似处理，获取光滑函数

令γ’(a,b)＝0，获取光滑互补约束模型

基于所述光滑互补约束模型，对所述约束关系进行近似处理，获取所述换流站无功功率限制的潮流方程：

其中，g_k为电压方程的不平衡量，

为为换流站无功功率下限方程的不平衡量，

为换流站无功功率上限方程的不平衡量；

和

分别为换流站的无功功率的上限值和下限值；ζ为预设的一个小的误差；Q_sk为交流侧PCC母线的无功功率；

第二运算单元，用于基于所述换流站稳态模型，构建交流电网潮流模型和恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型；

其中，构建所述交流电网潮流模型，包括：

分别确定交流电网中不与换流站相连的母线的潮流方程、定交流电压控制换流站的潮流方程以及定无功功率控制换流站的潮流方程；基于牛顿-拉夫逊算法，构建初始交流电网潮流模型；利用FDLF方法对所述初始交流电网潮流模型进行简化，获取交流电网的变量修正方程；

其中，构建恒定雅可比矩阵的直流电网潮流模型，包括：

确定直流电网的节点有功功率方程；

将所述d轴控制方程代入所述节点有功功率方程后，共同简化为一个恒定雅克比矩阵；

基于所述恒定雅克比矩阵，获取直流电网的变量修正方程；

第三运算单元，用于基于所述交流电网潮流模型以及所述直流电网潮流模型，构建交直流混联系统解耦潮流计算框架，以完成对所述交直流混联系统的潮流计算。

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