CN112653173B - 基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法 - Google Patents

基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112653173B
CN112653173B CN202011520699.6A CN202011520699A CN112653173B CN 112653173 B CN112653173 B CN 112653173B CN 202011520699 A CN202011520699 A CN 202011520699A CN 112653173 B CN112653173 B CN 112653173B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
vsc
node
formula
alternating current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011520699.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112653173A (zh
Inventor
唐俊杰
郭小颖
林星宇
程虔
唐文静
钟伟杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN202011520699.6A priority Critical patent/CN112653173B/zh
Publication of CN112653173A publication Critical patent/CN112653173A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112653173B publication Critical patent/CN112653173B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开基于改进模态分析法对AC‑VSC‑MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,包括以下步骤:1)建立VSC换流站稳态模型;2)建立交直流混联系统的潮流模型;3)利用基于泰勒级数展开的牛顿‑拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到雅克比矩阵J;4)利用改进的模态分析法计算AC/VSC‑MTDC混联系统的静态电压稳定性指标。本发明可以分析交流系统、直流系统以及VSC换流站之间的影响。

Description

基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压 稳定性分析的方法
技术领域
本发明涉及交直流混联系统领域,具体是基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法。
背景技术
电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)技术相比于传统的电流源型高压直流输电(LCC-HVDC)技术有着控制灵活、无换相失败等优点,它可以实现向无源网络供电以及多落点受电的功能,且功率定向可控。VSC换流器灵活的控制方式更有利于形成多端交直流混联系统。当多端直流电网通过VSC换流站接入传统的交流电网后,会对交流电网的电压稳定性造成巨大的影响,且直流电网本身也存在电压稳定性的问题。因此,研究AC/VSC-MTDC混联系统的电压稳定性问题成为当前的焦点之一,其对保证交直流混联系统大电网安全可靠的运行具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,包括以下步骤:
1)建立VSC换流站稳态模型。
所述VSC换流站稳态模型包括VSC换流站、直流电网和交流电网。
交流电网通过换流变压器、交流滤波器和换相电抗器与VSC换流站连接。交流电网共有nac个交流节点,包含一个平衡节点,nPQ个 PQ节点和nPV个PV节点。
直流电网包括ndc个直流节点。
VSC换流站直流侧采用双极接线连接直流母线。
其中,VSC换流站注入到交流电网的有功功率Ps和无功功率 Qs如下所示:
Figure BDA0002849376350000011
Figure BDA0002849376350000012
式中,Us、Uf表示交流节点、滤波器节点电压幅值。δs、δf表示交流节点、滤波器节点电压相角。Gtf、Btf表示换流变压器的导纳。
VSC换流站交流侧的有功功率Pc和无功功率Qc如下所示:
Figure BDA0002849376350000021
Figure BDA0002849376350000022
式中,Uc、δc为VSC换流站交流侧的电压幅值和相角。Gcf、Bcf表示换相电抗器导纳。
交流滤波器注入的复功率Qf如下所示:
Figure BDA0002849376350000023
交流滤波器流向换流变压器的复功率如下所示:
Figure BDA0002849376350000024
Figure BDA0002849376350000025
式中,Psf和Qsf分别表示交流滤波器流向换流变压器的有功功率和无功功率。
注入换相电抗器的功率如下所示:
Figure BDA0002849376350000026
Figure BDA0002849376350000027
式中,Pcf和Qcf分别表示注入换相电抗器的有功功率和无功功率。
VSC换流站有功损耗Pc.loss与流过换流站电流Ic的关系方程如下所示:
Pc.loss=a|Ic|2+b|Ic|+c (10)
式中,a、b、c为关系系数。
其中,电流Ic如下所示:
Figure BDA0002849376350000028
VSC换流站注入到直流系统的功率Pc.dc如下所示:
Pc.dc=-Pc-Pc.loss (12)
式中,Pc.loss为有功损耗。
2)建立交直流混联系统的潮流模型。
所述交直流混联系统的潮流模型包括交流电网潮流模型FAC(X)、换流站潮流模型FVSC(X)和直流电网潮流模型FDC(X)。
所述交直流混联系统的潮流模型如下所示:
F(X)=[FAC(X)T,FVSC(X)T,FDC(X)T]T=0 (13)
建立交直流混联系统的潮流模型的步骤包括:
2.1)建立交流电网潮流模型的步骤包括:
2.1.1)计算交流电网任意节点i的注入有功功率Pac,i(U,δ)和无功功率Qac,i(U,δ),即:
Figure BDA0002849376350000031
式中,Ui、Uj分别表示节点i、j的电压幅值。δij表示节点i、j 的相角差。Gij、Bij表示节点i、j所在支路的导纳。
2.1.2)建立任意节点i的功率不平衡方程,即:
Figure BDA0002849376350000032
式中,ΔPac,i、ΔQac,i分别表示交流电网节点i的有功不平衡量和无功不平衡量。PGac,i和QGac,i分别表示有功和无功发电功率。PLac,i和QLac,i为对应的有功和无功负荷功率。
其中,有功功率PConac,i、无功功率QConac,i如下所示:
Figure BDA0002849376350000033
Figure BDA0002849376350000034
式中,Ps,i、Qs,i分别表示VSC换流站注入到交流电网节点i的有功功率和无功功率。
2.1.3)建立交流网络的潮流模型,即:
FAC(XAC)=[ΔPT,ΔQT]T=0 (18)
式中,XAC=[δT,UT]T为交流电网的状态变量向量,其中δ表示交流电网所有非平衡节点的电压相角,U表示交流电网所有PQ节点电压幅值。ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量,ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量。
2.2)建立VSC换流站潮流方程,即:
Figure BDA0002849376350000041
式中,VSC换流站采用单点电压控制,换流站的状态变量向量
Figure BDA0002849376350000042
ΔPf和ΔQf为滤波器节点的功率不平衡量,ΔPs和ΔQs为VSC换流站注入到交流电网的功率不平衡量。
其中,滤波器节点i的功率不平衡量、VSC换流站注入到交流电网节点i的功率不平衡量分别如下所示:
ΔPfi=Pcfi-Pfsi=0 (20)
ΔQfi=Qcfi-Qfsi-Qfi=0 (21)
Figure BDA0002849376350000043
Figure BDA0002849376350000044
式中,i为VSC换流站的编号。
Figure BDA0002849376350000045
Figure BDA0002849376350000046
分别为第i个换流站设定的有功、无功控制的参考值。Pcfi、Pfsi、Psi表示VSC换流站内部各节点潮流的有功控制变量。Qcfi、Qfsi、Qfi、Qsi表示VSC换流站内部各节点潮流的无功控制变量。ΔPfi和ΔQfi为滤波器节点i的有功功率不平衡量和无功功率不平衡量;ΔPsi和ΔQsi为第i个换流站设定的有功功率不平衡量、无功功率不平衡量。
2.3)建立直流网络的潮流模型,即:
Figure BDA0002849376350000047
式中:
Figure BDA0002849376350000048
为直流电网的状态变量向量,Udc为所有直流节点的电压幅值向量。ΔPdc为直流节点的有功不平衡量。
其中,直流节点i的有功不平衡量ΔPdci如下所示:
Figure BDA0002849376350000049
VSC换流站向直流电网注入的有功功率Pconverter-DC如下所示:
Figure BDA00028493763500000410
式中,PGdci和PLdci分别是发电机有功出力和有功负荷。
2.1.3)利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到雅克比矩阵J。
利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到:
Figure BDA0002849376350000051
公式(27)简记为F(X)=JΔX。其中J为交直流系统的雅可比矩阵。
4)利用改进的模态分析法计算AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标。
所述AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标包括 SIMPF指标和SIMS指标。SIMPF指标和SIMS指标分别用于表征系统状态对系统的最小特征值的贡献和控制灵敏度。
当SIMPF指标为负时,AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定。当SIMPF指标为正时,AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压不稳定。SIMS指标和AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性成正比。
利用改进的模态分析法计算AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标的步骤包括:
4.1)对交直流系统的雅可比矩阵求逆,得到交直流混联系统的状态变量的修正量方程,即:
Figure BDA0002849376350000052
其中,矩阵
Figure BDA0002849376350000053
矩阵
Figure BDA0002849376350000054
矩阵
Figure BDA0002849376350000055
JVSC为换流站雅可比矩阵,JAC-VSC为交流电网与换流站之间的雅可比矩阵。JAC为交流电网雅可比矩阵。
4.2)利用改进模态分析法分析交流电网的电压稳定性,步骤包括:
4.2.1)建立交直流系统中的交流电网修正方程,即:
Figure BDA0002849376350000061
式中,J、JPV、J、JQV为雅可比矩阵JAC中的元素。ΔP、ΔQ 为有功功率和无功功率修正量。Δδ、ΔU为电压相角和电压幅值修正量。U为电压幅值。
4.2.2)建立交流电网矩阵JAC,即:
Figure BDA0002849376350000062
4.2.3)计算交流电网节点注入有功Pi,即:
Figure BDA0002849376350000063
式中,Vi、Vj表示输入节点i、节点j的电压幅值。Yij为导纳矩阵。Gii为自电导;θij
Figure BDA0002849376350000064
表示相角差;vpq、vpv表示PQ节点、PV 节点。
计算交流部分中线路i,j中传输的有功功率Pij,即:
Figure BDA0002849376350000065
式中,Gij表示线路i,j电导;
4.2.4)计算交流部分雅可比矩阵中的元素JPV,即:
Figure BDA0002849376350000066
4.2.5)基于步骤4.2.3)和步骤4.2.4),更新交流部分雅可比矩阵中的元素JPV、元素J、元素JQV如下:
Figure BDA0002849376350000067
Figure BDA0002849376350000068
Figure BDA0002849376350000069
其中,元素
Figure BDA0002849376350000071
无功功率
Figure BDA0002849376350000072
Bii为自电纳。
4.2.6)更新交流电网矩阵JAC如下:
Figure BDA0002849376350000073
式中,元素
Figure BDA0002849376350000074
元素
Figure BDA0002849376350000075
元素
Figure BDA0002849376350000076
元素
Figure BDA0002849376350000077
元素
Figure BDA0002849376350000078
元素
Figure BDA0002849376350000079
交流电网矩阵JAC中,矩阵
Figure BDA00028493763500000710
包含元素
Figure BDA00028493763500000711
和元素 Vi 2Gij,用于表征电网耦合对最小特征值大小的贡献。矩阵
Figure BDA00028493763500000712
包含元素Pi,Qi,用于表征节点注入功率对最小特征值的贡献。矩阵
Figure BDA00028493763500000713
包含元素Pij,用于表征线路功率传输的贡献。
4.2.7)建立最小特征值方程,即:
Figure BDA00028493763500000714
式中,Cnet表示电力网络耦合强度对最小特征值的贡献。
Figure BDA00028493763500000715
表示最小特征值对应的右、左特征向量。ξpp∈Rn,ξpq∈Rd。ξp、ξq为右特征向量的元素;ηp、ηq为左特征向量的元素;
其中,贡献Cinj如下所示:
Figure BDA0002849376350000081
式中,ηqi、ηpi为节点i对应的左特征向量的元素;ξqi、ξqi、节点i对应的右特征向量的元素;
贡献Cline如下所示:
Figure BDA0002849376350000082
4.2.8)计算表征节点i有功功率和无功功率注入的SIMPF指标和SIMS指标,分别如下所示:
Figure BDA0002849376350000083
式中,
Figure BDA0002849376350000084
分别为用于表征节点i有功功率和无功功率注入的SIMPF指标。
Figure BDA0002849376350000085
式中,
Figure BDA0002849376350000086
分别为用于表征节点i有功功率和无功功率注入的SIM指标。
计算表征线路Lij之间传输功率的SIMPF指标Fij和SIMS指标Sij,分别如下所示:
Figure BDA0002849376350000087
式中,ξqj、ξpj为右特征向量元素;ηpi、ηqj为左特征向量元素; Pji为线路ji传输的有功功率;
Figure BDA0002849376350000088
4.3)用改进模态分析法分析直流系统的电压稳定,步骤包括:
4.3.1)建立直流电网的修正方程,即:
ΔPdc=JDCΔUdc (45)
4.3.2)基于步骤4.3.1),计算直流雅可比矩阵的最小特征值λcri,即:
λcri=ηcriJDCξcri (46)
式中,ηcri,ξcri分别为直流电网最小特征值λcri对应的左、右特征向量。
4.3.3)建立直流电网的雅可比矩阵JDC,得到:
Figure BDA0002849376350000091
4.3.4)分解直流电网的雅可比矩阵JDC,得到:
Figure BDA0002849376350000092
式中,元素
Figure BDA0002849376350000093
元素
Figure BDA0002849376350000094
矩阵
Figure BDA0002849376350000095
包含参数
Figure BDA0002849376350000096
用于表征直流线路之间的传输功率及耦合强度。矩阵
Figure BDA0002849376350000097
包含参数Pi,用于表征直流节点注入功率的贡献。
4.3.5)更新直流雅可比矩阵的最小特征值λcri如下:
Figure BDA0002849376350000098
式中,贡献
Figure BDA0002849376350000099
η为最小特征值λcri的左特征向量。
贡献
Figure BDA00028493763500000910
如下所示:
Figure BDA00028493763500000911
4.3.6)计算直流电网的SIMPF指标
Figure BDA00028493763500000912
和SIMS指标
Figure BDA00028493763500000913
分别如下所示:
Figure BDA00028493763500000914
式中,Pdci表示直流电网节点i的有功功率。
Figure BDA00028493763500000915
式中,ηcri-i、ξcri-i表示直流电网节点i最小特征值λcri-i对应的左、右特征向量。
本发明的技术效果是毋庸置疑的,本发明将整个交直流混联系统视为交流系统、VSC换流站和直流系统三个部分,提出交流系统和直流系统之间的相互影响是通过VSC换流站来传递的,因此可以对交流系统和直流系统进行解耦。并且通过本发明所提指标,可以分析交流系统、直流系统以及VSC换流站之间的影响。本发明对传统模态分析法的改进,将交直流混联系统进行解耦分析,同时将一种新的状态-模态指标应用到基于VSC换流站的交直流混联系统的静态电压稳定性分析中。
本专利发明了一种基于改进模态分析法对AC/VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法。本发明的基本思想是:传统的模态分析法只适用于纯交流系统,本发明首次将其应用于VSC交直流系统的电压稳定性分析中。在交直流混联系统中,由于VSC换流站中的整流站和逆变站对交流、直流的电压稳定性影响是矛盾的,因此将传统的模态分析法直接套用在交直流混联系统中是不可取的。因此,需要对传统的模态分析法进行改进。根据不同类型VSC换流站的影响,本发明提出将交直流系统进行解耦,分别对交流、支路系统进行模态分析,同时利用VSC换流站控制功率的改变,进一步量化交流系统和直流系统之间的相互影响。与此同时,还将一种新的状态-模态指标推广到交直流系统中,将交流、直流的系统状态表示为临界模态(最小特征值)的加权和,最后根据指标可以定位交流、直流系统中对电压稳定影响较大的关键节点,从而采取相应的补偿措施,进而提升整个交直流混联系统的静态电压稳定性。
附图说明
图1为VSC换流站结构示意图;
图2为经过修改的IEEE-57节点交流系统和一个包含5个VSC 换流站的七端直流电网组成的交直流混联系统节点网络。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1:
参见图1至图2,基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,包括以下步骤:
1)建立VSC换流站稳态模型。
所述VSC换流站稳态模型包括VSC换流站、直流电网和交流电网。
交流电网通过换流变压器、交流滤波器和换相电抗器与VSC换流站连接。交流电网共有nac个交流节点,包含一个平衡节点,nPQ个 PQ节点和nPV个PV节点。
直流电网包括ndc个直流节点。
VSC换流站直流侧采用双极接线连接直流母线。
其中,VSC换流站注入到交流电网的有功功率Ps和无功功率 Qs如下所示:
Figure BDA0002849376350000111
Figure BDA0002849376350000112
式中,Us、Uf表示交流节点、滤波器节点电压幅值。δs、δf表示交流节点、滤波器节点电压相角。Gtf、Btf表示换流变压器的导纳。
VSC换流站交流侧的有功功率Pc和无功功率Qc如下所示:
Figure BDA0002849376350000113
Figure BDA0002849376350000114
式中,Uc、δc为VSC换流站交流侧的电压幅值和相角。Gcf、Bcf表示换相电抗器导纳。
交流滤波器注入的复功率Qf如下所示:
Figure BDA0002849376350000115
交流滤波器流向换流变压器的复功率如下所示:
Figure BDA0002849376350000116
Figure BDA0002849376350000117
式中,Psf和Qsf分别表示交流滤波器流向换流变压器的有功功率和无功功率。
注入换相电抗器的功率如下所示:
Figure BDA0002849376350000118
Figure BDA0002849376350000121
式中,Pcf和Qcf分别表示注入换相电抗器的有功功率和无功功率。
VSC换流站损耗与流过换流站电流Ic的关系方程如下所示:
Pc.loss=a|Ic|2+b|Ic|+c (10)
式中,a、b、c为关系系数。
其中,电流Ic如下所示:
Figure BDA0002849376350000122
VSC换流站注入到直流系统的功率Pc.dc如下所示:
Pc.dc=-Pc-Pc.loss (12)
式中,Pc.loss为有功损失。
2)建立交直流混联系统的潮流模型。
所述交直流混联系统的潮流模型F(X)包括交流电网潮流模型 FAC(X)、换流站潮流模型FVSC(X)和直流电网潮流模型FDC(X)。
所述交直流混联系统的潮流模型如下所示:
F(X)=[FAC(X)T,FVSC(X)T,FDC(X)T]T=0 (13)
建立交直流混联系统的潮流模型的步骤包括:
2.1)建立交流电网潮流模型的步骤包括:
2.1.1)计算交流电网任意节点i的注入有功功率Pac,i(U,δ)和无功功率Qac,i(U,δ),即:
Figure BDA0002849376350000123
式中,Ui、Uj分别表示节点i、j的电压幅值。δij表示节点i、j 的相角差。Gij、Bij表示节点i、j所在支路的导纳。
2.1.2)建立任意节点i的功率不平衡方程,即:
Figure BDA0002849376350000124
式中,ΔPac,i、ΔQac,i分别表示交流电网节点i的有功不平衡量和无功不平衡量。PGac,i和QGac,i分别表示有功和无功发电功率。PLac,i和QLac,i为对应的有功和无功负荷功率。
其中,有功功率PConac,i、无功功率QConac,i如下所示:
Figure BDA0002849376350000131
Figure BDA0002849376350000132
式中,Ps,i、Qs,i分别表示VSC换流站注入到交流电网节点i的有功功率和无功功率。
2.1.3)建立交流网络的潮流模型FAC(XAC),即:
FAC(XAC)=[ΔPT,ΔQT]T=0 (18)
式中,XAC=[δT,UT]T为交流电网的状态变量向量,其中δ表示交流电网所有非平衡节点的电压相角,U表示交流电网所有PQ节点电压幅值。ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量,ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量。步骤2.1.1)-2.1.3)中节点为交流节点。
2.2)建立VSC换流站潮流方程,即:
Figure BDA0002849376350000133
式中,XVSC为换流站的状态变量向量。本发明中VSC换流站采用单点电压控制,因此
Figure BDA0002849376350000134
ΔPf和ΔQf为滤波器节点的功率不平衡量,ΔPs和ΔQs为VSC换流站注入到交流电网的功率不平衡量。
Figure BDA0002849376350000135
为滤波器节点的电压相角和幅值。
其中,滤波器节点i的功率不平衡量、VSC换流站注入到交流电网节点i的功率不平衡量分别如下所示:
ΔPfi=Pcfi-Pfsi=0 (20)
ΔQfi=Qcfi-Qfsi-Qfi=0 (21)
Figure BDA0002849376350000136
Figure BDA0002849376350000137
式中,i为VSC换流站的编号。
Figure BDA0002849376350000138
Figure BDA0002849376350000139
分别为第i个换流站设定的有功、无功控制的参考值。Pcfi、Pfsi、Psi表示VSC换流站内部各节点潮流的有功控制变量。Qcfi、Qfsi、Qfi、Qsi表示VSC换流站内部各节点潮流的无功控制变量。ΔPfi和ΔQfi为滤波器节点i的有功功率不平衡量和无功功率不平衡量;ΔPsi和ΔQsi为第i个换流站设定的有功功率不平衡量、无功功率不平衡量。
2.3)建立直流网络的潮流模型FDC(XDC),即:
Figure BDA0002849376350000141
式中:
Figure BDA0002849376350000142
为直流电网的状态变量向量,Udc为所有直流节点的电压幅值向量。ΔPdc为直流节点的有功不平衡量。
其中,直流节点i的有功不平衡量ΔPdci如下所示:
Figure BDA0002849376350000143
VSC换流站向直流电网注入的有功功率Pconverter-DC如下所示:
Figure BDA0002849376350000144
式中,PGdci和PLdci分别是发电机有功出力和有功负荷。Ydcij为直流电网导纳矩阵;Udci、Udcj为直流电网节点i、节点j的电压幅值; Pc,dci为VSC换流站注入到直流电网节点i的有功功率。
2.1.3)利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到雅克比矩阵J。
利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到:
Figure BDA0002849376350000145
公式(27)简记为F(X)=JΔX。其中
Figure BDA0002849376350000146
为交直流系统的雅可比矩阵。F(X)指代
Figure BDA0002849376350000151
Δ表示不平衡量。ΔXAC、ΔXVSC、ΔXDC分别表示交流电网、VSC、直流电网输入数据的不平衡量。
4)利用改进的模态分析法计算AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标。
所述AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标包括 SIMPF指标和SIMS指标。SIMPF指标和SIMS指标分别用于表征系统状态对系统的最小特征值的贡献和控制灵敏度。
当SIMPF指标为负时,AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定。当SIMPF指标为正时,AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压不稳定。SIMS指标和AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性成正比。
利用改进的模态分析法计算AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标的步骤包括:
4.1)对交直流系统的雅可比矩阵求逆,得到交直流混联系统的状态变量的修正量方程,即:
Figure BDA0002849376350000152
其中,矩阵
Figure BDA0002849376350000153
矩阵
Figure BDA0002849376350000154
矩阵
Figure BDA0002849376350000155
JVSC为换流站雅可比矩阵,JAC-VSC为交流电网与换流站之间的雅可比矩阵。JAC为交流电网雅可比矩阵。
4.2)利用改进模态分析法分析交流电网的电压稳定性,步骤包括:
4.2.1)建立交直流系统中的交流电网修正方程,即:
Figure BDA0002849376350000156
式中,J、JPV、J、JQV为雅可比矩阵JAC中的元素。ΔP、ΔQ 为有功功率和无功功率修正量。Δδ、ΔU为电压相角和电压幅值修正量。U为电压幅值。
4.2.2)建立交流电网矩阵JAC,即:
Figure BDA0002849376350000161
4.2.3)计算交流电网节点注入有功Pi,即:
Figure BDA0002849376350000162
式中,Vi、Vj表示输入节点i、节点j的电压幅值。Yij为节点i、 j所在支路的导纳矩阵。Gii为自电导;θij
Figure BDA0002849376350000163
表示相角差;vpq、vpv表示PQ节点、PV节点。
计算交流部分中线路i,j中传输的有功功率Pij,即:
Figure BDA0002849376350000164
式中,Gij表示线路i,j电导;
4.2.4)计算交流部分雅可比矩阵中的元素JPV,即:
Figure BDA0002849376350000165
4.2.5)基于步骤4.2.3)和步骤4.2.4),更新交流部分雅可比矩阵中的元素JPV、元素J、元素JQV如下:
Figure BDA0002849376350000166
Figure BDA0002849376350000167
Figure BDA0002849376350000168
其中,元素
Figure BDA0002849376350000169
无功功率
Figure BDA00028493763500001610
Bii为自电纳。
4.2.6)更新交流电网矩阵JAC如下:
Figure BDA0002849376350000171
式中,元素
Figure BDA0002849376350000172
元素
Figure BDA0002849376350000173
元素
Figure BDA0002849376350000174
元素
Figure BDA0002849376350000175
元素
Figure BDA0002849376350000176
元素
Figure BDA0002849376350000177
Qi为节点i的无功功率。()ij表示节点ij对应的数据。
交流电网矩阵JAC中,矩阵
Figure BDA0002849376350000178
包含元素
Figure BDA0002849376350000179
和元素 Vi 2Gij,用于表征电网耦合对最小特征值大小的贡献。矩阵
Figure BDA00028493763500001710
包含元素Pi,Qi,用于表征节点注入功率对最小特征值的贡献。矩阵
Figure BDA00028493763500001711
包含元素Pij,用于表征线路功率传输的贡献。
4.2.7)建立最小特征值方程,即:
Figure BDA00028493763500001712
式中,Cnet表示电力网络耦合强度对最小特征值的贡献。
Figure BDA00028493763500001713
表示最小特征值对应的右、左特征向量。ξpp∈Rn,ξpq∈Rd。ξp、ξq为右特征向量的元素;ηp、ηq为左特征向量的元素;Rn、Rd表示n维、d维实数,其上标表示维数。
其中,贡献Cinj如下所示:
Figure BDA00028493763500001714
式中,ηqi、ηpi为节点i对应的左特征向量的元素;ξqi、ξqi、节点i对应的右特征向量的元素;
贡献Cline如下所示:
Figure BDA0002849376350000181
4.2.8)计算表征节点i有功功率和无功功率注入的SIMPF指标和SIMS指标,分别如下所示:
Figure BDA0002849376350000182
式中,
Figure BDA0002849376350000183
分别为用于表征节点i有功功率和无功功率注入的SIMPF指标。
Figure BDA0002849376350000184
式中,
Figure BDA0002849376350000185
分别为用于表征节点i有功功率和无功功率注入的SIM指标。
计算表征线路Lij之间传输功率的SIMPF指标Fij和SIMS指标Sij,分别如下所示:
Figure BDA0002849376350000186
式中,ξqj、ξpj为右特征向量元素;ηpi、ηqj为左特征向量元素; Pji为线路ji传输的有功功率;
Figure BDA0002849376350000187
4.3)用改进模态分析法分析直流系统的电压稳定,步骤包括:
4.3.1)建立直流电网的修正方程,即:
ΔPdc=JDCΔUdc (45)
式中,ΔPdc为直流电网有功功率修正量(不平衡量),ΔUdc为直流电网电压幅值修正量。JDC为直流电网雅可比矩阵。
4.3.2)基于步骤4.3.1),计算直流雅可比矩阵的最小特征值λcri,即:
λcri=ηcriJDCξcri (46)
式中,ηcri,ξcri分别为直流电网最小特征值λcri对应的左、右特征向量。
4.3.3)建立直流电网的雅可比矩阵JDC,得到:
Figure BDA0002849376350000191
4.3.4)分解直流电网的雅可比矩阵JDC,得到:
Figure BDA0002849376350000192
式中,元素
Figure BDA0002849376350000193
元素
Figure BDA0002849376350000194
矩阵
Figure BDA0002849376350000195
包含参数
Figure BDA0002849376350000196
用于表征直流线路之间的传输功率及耦合强度。矩阵
Figure BDA0002849376350000197
包含参数Pi,用于表征直流节点注入功率的贡献。 Yii、Yij分别表示自导纳矩阵、互导纳矩阵。G、B分别表示导纳。
4.3.5)更新直流雅可比矩阵的最小特征值λcri如下:
Figure BDA0002849376350000198
式中,贡献
Figure BDA0002849376350000199
贡献
Figure BDA00028493763500001910
如下所示:
Figure BDA00028493763500001911
4.3.6)计算直流电网的SIMPF指标
Figure BDA00028493763500001912
和SIMS指标
Figure BDA00028493763500001913
分别如下所示:
Figure BDA00028493763500001914
式中,Pdci表示直流电网节点i的有功功率。
Figure BDA00028493763500001915
式中,ηcri-i、ξcri-i表示直流电网节点i最小特征值λcri-i对应的左、右特征向量。
实施例2:
参见图2,基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,包括以下步骤:
1)VSC换流站稳态模型的建立:
本发明采用精确计及VSC换流站损耗的模型。VSC可采用两电平、三电平中点钳位或模块化多电平换流器(MMC)结构。换流站直流侧采用双极接线,连接到直流母线。交流电网则通过换流变压器、滤波器和换相电抗器连接在VSC换流器上。
图中:换流变压器的等值阻抗为Zt=Rtf+jXtf,相应的导纳1/Zt=Gtf+jBtf;电抗器阻抗为Zc=Rcf+jXcf,相应的导纳1/Zc=Gcf+jBcf;滤波器电纳为 jBf;Us∠δs表示交流节点电压幅值和相角,Uf∠δf表示滤波器节点的电压幅值和相角,Uc∠δc为VSC换流站交流侧的电压幅值和相角。
以图1中的功率方向为正方向,则VSC换流站注入到交流电网的有功和无功功率则可分别表示为:
Figure BDA0002849376350000201
Figure BDA0002849376350000202
VSC换流站交流侧的有功和无功功率可以分别表示为:
Figure BDA0002849376350000203
Figure BDA0002849376350000204
设交流滤波器为无损滤波器,则滤波器注入的复功率可简化为:
Figure BDA0002849376350000205
而滤波器流向变压器的复功率可表示为:
Figure BDA0002849376350000206
Figure BDA0002849376350000207
类似地,注入换相电抗器的功率可给出如下:
Figure BDA0002849376350000208
Figure BDA0002849376350000209
本发明采用精确计及VSC换流站损耗的模型,VSC换流器损耗与流过换流器电流呈二次关系:
Pc.loss=a|Ic|2+b|Ic|+c (10)
这里参数a,b,c都是实际工程得到的系数,Ic可按下式计算。
Figure BDA00028493763500002010
从VSC直流侧来看,Pc.dc是VSC换流站注入到直流系统的功率。根据图1中定义的潮流方向,Pc.dc可由下式得到:
Pc.dc=-Pc-Pc.loss (12)
2)统一潮流算法求解交直流混联系统的潮流雅克比矩阵:
电力系统的潮流方程可分为以节点注入功率、电流和电压为网络注入量的三种类型。根据节点注入功率,可以建立一组非线性潮流方程。为了计算方便,本发明将交直流混联系统的潮流模型进行统一表达,主要分为三个部分:交流电网、换流站和直流电网。进而采用牛顿拉夫逊法进行迭代求解,并取最后一次迭代收敛的雅可比矩阵用于后续的模态分析。
2.1)交流系统的功率失配方程:
假设交流系统一共有nac个交流节点,其中包含一个平衡节点, nPQ个PQ节点和nPV个PV节点。任意节点i的注入有功和无功功率可通过计算下式得到:
Figure BDA0002849376350000211
任意节点i的功率不平衡方程可表示为:
Figure BDA0002849376350000212
为了简化表达,上面的两个方程纳入了PConaci,QConaci项,显而易见,对于没有连接LCC或VSC换流站的节点,这两项会被置零。
Figure BDA0002849376350000213
Figure BDA0002849376350000214
其中PGac,i和QGac,i分别是有功和无功发电功率。PLac,i和QLac,i为对应的有功和无功负荷功率。因此,交流网络的失配方程可写为
FAC(XAC)=[ΔPT,ΔQT]T=0 (17)
式中:XAC=[δT,UT]T为交流电网的状态变量向量,其中δ表示交流电网所有非平衡节点的电压相角,U表示交流电网所有PQ节点电压幅值;ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量,ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量。
2.2)VSC换流站的失配方程:
VSC换流站控制方式比较灵活多样,VSC换流站的控制方式不同,失配方程也有所不同。本发明中VSC换流站采用主从控制,因此相应的失配方程如下:
ΔPfi=Pcfi-Pfsi=0 (18)
ΔQfi=Qcfi-Qfsi-Qfi=0 (19)
Figure BDA0002849376350000221
Figure BDA0002849376350000222
式中:i为VSC换流站的编号;
Figure BDA0002849376350000223
Figure BDA0002849376350000224
分别为第i个换流站设定的有功、无功控制的参考值;Pcfi,Pfsi,Qcfi,Qfsi,Qfi,Psi,Qsi都是VSC 换流站内部各节点潮流的有功和无功控制变量,它们都是Uc∠δc, Uf∠δf的函数。利用上述四个方程(18)-(21)正好可求解Uc∠δc和Uf∠δf四个变量。
则本发明VSC换流站的失配方程矢量可以写为
Figure BDA0002849376350000225
式中:XVSC为换流站的状态变量向量。本发明中VSC换流站采用单点电压控制,因此
Figure BDA0002849376350000226
ΔPf和ΔQf为滤波器节点的功率不平衡量,ΔPs和ΔQs为VSC换流器注入到交流电网的功率不平衡量。
2.3)直流网络的失配方程:
根据直流节点的功率平衡,可得到下面功率失配方程。
Figure BDA0002849376350000227
Pconverter-DC表示VSC换流站向直流电网注入的有功功率,具体为:
Figure BDA0002849376350000231
式中,PGdci和PLdci分别是发电机有功出力和有功负荷。Ydcij为直流电网导纳矩阵;Udci、Udcj为直流电网节点i、节点j的电压幅值; Pc,dci为VSC换流站注入到直流电网节点i的有功功率。相应的,直流网络的失配方程可表示如下:
Figure BDA0002849376350000232
式中:
Figure BDA0002849376350000233
为直流电网的状态变量向量,其中Udc为所有直流节点的电压幅值向量;ΔPdc为直流节点的有功不平衡量。
2.4)求解交直流混联系统的潮流雅克比矩阵
由上述可知,式(17)、(22)及(25)组成了交直流系统潮流计算的非线性方程组:
F(X)=[FAC(X)T,FVSC(X)T,FDC(X)T]T=0 (26)
本发明采用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对非线性方程组(26)进行迭代求解,忽略泰勒展开式的高阶项,交流节点电压采用极坐标形式。其中所有待求电压幅值的初值设为1.0p.u.,相角初值设为0°。收敛精度设为10-6,即可得到相应的修正方程式如下:
Figure BDA0002849376350000234
为了方便后续推导计算,将上式简记为F(X)=JΔX,其中J为交直流系统的雅可比矩阵。
3)利用改进的模态分析法分析AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性
在传统的模态分析法中,若系统的降阶Q-V雅可比矩阵奇异 (最小特征值为0),则判断系统电压失稳。同样地,在交直流混联系统中,若交直流系统的雅可比矩阵J奇异,则整个交直流混联系统电压失稳。但是,VSC换流站中的整流站从交流电网吸收有功功率,注入到直流电网;逆变站则从直流电网吸收有功功率,注入到交流电网。这两种类型的换流站对交流电网和直流电网的电压稳定性影响是完全相反的。因此,直接对交直流系统的雅可比矩阵J进行模态分析是不可取的。本发明对交流分块矩阵JAC和直流分块矩阵JDC分别进行模态分析。接下来将证明JAC和JDC其中之一出现奇异,则J也会奇异,从而说明,通过分别对交流系统和直流系统进行模态分析,如果二者之中有任何一方失稳,则整个的交直流系统失稳。
3.1)推导交直流系统解耦分析的可行性
根据式(27),对矩阵J求逆,可以推导出交直流混联系统的状态变量的修正量表达式如下:
Figure BDA0002849376350000241
其中:
Figure BDA0002849376350000242
Figure BDA0002849376350000243
Figure BDA0002849376350000244
由式(28)可得出:交直流系统雅可比矩阵J的逆矩阵在很大程度上同时取决于交流分块矩阵JAC和直流分块矩阵JDC。而JAC和JDC是分别代表交直流系统在交流电网和直流电网的矩阵,如果这两个矩阵中有一个矩阵奇异,则不可能求出J的逆,故J也会奇异。上述结果说明JAC和JDC均包含了足够的信息来表征交流、直流系统的电压稳定性;而整体交直流混联系统中,一旦交流电网或直流电网任何一方失稳,都会导致整个交直流系统电压失稳,从而在理论上保证了将交直流系统解耦分析的可行性。因此,接下来将分别使用模态分析法对交流系统、直流系统进行电压稳定性分析。
3.2)用改进模态分析法分析交流系统的电压稳定
将交直流系统中的交流电网修正方程展开如下:
Figure BDA0002849376350000251
与传统的模态分析法不同,本发明基于整个交流雅可比矩阵JAC对交流电网进行静态电压稳定分析。因此,能够考虑有功功率对电压稳定性的影响。
本发明采用一种新的状态-模态角度,将交流系统的最小特征值指标表示成系统各个状态的加权和,可以量化系统状态对临界模态(最小特征值)的直接贡献。首先,将交流电网矩阵JAC进行拆分,进而将最小特征值表示外系统状态的加权和。
由式(29)可知,交流电网矩阵JAC为:
Figure BDA0002849376350000252
交流部分节点注入有功的表达式为:
Figure BDA0002849376350000253
交流部分中线路i,j中传输的有功功率表达式为:
Figure BDA0002849376350000254
而交流部分雅可比矩阵中的元素JPV表达式为:
Figure BDA0002849376350000255
观察式(31)、(32)和(33),可将JPV表示为:
Figure BDA0002849376350000256
同理,J,JQV可表示为:
Figure BDA0002849376350000257
Figure BDA0002849376350000258
式中:
Figure BDA0002849376350000259
因此,原本的交流分块矩阵JAC可以拆成以下形式:
Figure BDA0002849376350000261
式中:
Figure BDA0002849376350000262
Figure BDA0002849376350000263
Figure BDA0002849376350000264
通过重新拆写交流部分的分块矩阵JAC,可以将其写成具有不同物理意义的三个矩阵的总和:
Figure BDA0002849376350000265
包含
Figure BDA0002849376350000266
Figure BDA0002849376350000267
表示了线路的电耦合强度,因此矩阵
Figure BDA0002849376350000268
表示了电网耦合对最小特征值大小的贡献;
Figure BDA0002849376350000269
包含Pi,Qi表示了节点注入功率对最小特征值的贡献;
Figure BDA00028493763500002610
矩阵包含了Pij表示分别表示线路功率传输的贡献。
因此,最小特征值可以表示为:
Figure BDA00028493763500002611
由式(38)可以看出,最小特征值由三个部分组成,Cnet,Cinj,Cline越小,最小特征值就越小,系统越趋于不稳定,下面将对其分别进行分析:
Cnet:表示电力网络耦合强度对最小特征值的贡献。对于无损耗电力系统,JAC是实对称的,有ξ=η,并且
Figure BDA00028493763500002612
是正定的,因此Cnet>0;对于微损电力系统系统,JAC的不对称程度较低,ξ≈η因此Cnet>0 仍然保持不变。所以总的来说,网络耦合对电压稳定性有正向影响。由上述分析可知,Cnet恒为正,因此最小特征值减小甚至变负的主要取决于Cinj,Cline
将Cinj具体展开有:
Figure BDA0002849376350000271
将最小特征值对应的右、左特征向量进行拆分如下:
Figure BDA0002849376350000272
其中ξpp∈Rn,ξpq∈Rd
同理,将Cline的表达式具体展开为:
Figure BDA0002849376350000273
根据式(39),可以定义表征节点i有功功率和无功功率注入的 SIMPFS指标为:
Figure BDA0002849376350000274
对应的SIMS指标为:
Figure BDA0002849376350000275
同理,根据式(40),表征线路Lij之间传输功率的SIMPF指标可定义为:
Figure BDA0002849376350000276
一般可近似认为Pij≈-Pji,因此相应的SIMS指标为:
Figure BDA0002849376350000277
SIMPF和SIMS分别衡量相应系统状态对临界模态(即系统的最小特征值)的贡献和控制灵敏度。具有负SIMPF的系统状态有利于临界模式的形成,而具有正SIMPF的系统状态则不利于临界模式的形成。而SIMS的符号指示了调整相应系统状态以增强电压稳定性的方向。SIMS的绝对值越大,意味着调整相应的状态可以达到更好的效果。利用该指标可以识别交流系统中对电压稳定影响较大的关键和线路,同时也量化分析交、直流系统之间的相互影响,从而采取相应的补偿措施,提高整个交直流混联系的电压稳定性。
3.3)用改进模态分析法分析直流系统的电压稳定
状态-模态指标SIMPF和SIMS能够计及有功功率对系统电压稳定的影响,而直流电网只传输有功功率,因此,本发明首次将 SIMPF和SIMS指标推广应用于直流电网的电压稳定性评估。
设直流部分共有ndc个直流节点,与交流部分类似,直流部分的修正方程式为:
ΔPdc=JDCΔUdc (45)
同理,将直流雅可比矩阵的最小特征值λcri用直流电网系统状态表示:
λcri=ηdcJDCξdc (46)
式中ηcri,ξcri分别为直流电网最小特征值λcri对应的左右特征向量。
同样地,将直流部分的雅可比矩阵JDC进行分解,JDC可表示为:
Figure BDA0002849376350000281
不同于交流部分的雅可比矩阵,直流雅可比矩阵JDC中元素只有
Figure BDA0002849376350000282
且直流导纳矩阵Y中只有实部G而没有虚部B,因此JDC分解后只含有两部分,具体为:
Figure BDA0002849376350000283
其中:
Figure BDA0002849376350000284
Figure BDA0002849376350000285
包含
Figure BDA0002849376350000286
表示直流线路之间的传输功率及耦合强度;
Figure BDA0002849376350000287
所包含的Pi表示直流节点注入功率的贡献。
则将λcri具体展开为:
Figure BDA0002849376350000291
实际中,电力系统多为微损系统,因此JDC的不对称程度较低,η≈ξ;又由于
Figure BDA0002849376350000292
恒为正,因此
Figure BDA0002849376350000293
恒为正。η为最小特征值λcri的左特征向量。由此可知,λcri的变小甚至变负主要由
Figure BDA0002849376350000294
决定,现将其展开如下:
Figure BDA0002849376350000295
因此,直流部分的SIMPF指标可以定义为:
Figure BDA0002849376350000296
相应的控制灵敏度指标SIMS则为:
Figure BDA0002849376350000297
SIMPF指标反映了节点注入有功功率对直流系统最小特征值的直接贡献,而SIMS则定位了影响直流系统电压稳定的关键节点。利用该指标可以识别交流系统中对电压稳定影响较大的关键和线路,同时也量化分析交、直流系统之间的相互影响,从而采取相应的补偿措施,提高整个交直流混联系的电压稳定性。

Claims (8)

1.基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)建立VSC换流站稳态模型;
2)建立交直流混联系统的潮流模型;
3)利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到雅克比矩阵J;
4)利用改进的模态分析法计算AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标;
利用改进的模态分析法计算AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标的步骤包括:
4.1)对交直流系统的雅可比矩阵求逆,得到交直流混联系统的状态变量的修正量方程,即:
Figure FDA0003922517220000011
其中,矩阵
Figure FDA0003922517220000012
矩阵
Figure FDA0003922517220000013
矩阵
Figure FDA0003922517220000014
JVSC为换流站雅可比矩阵,JAC-VSC为交流电网与换流站之间的雅可比矩阵;JAC为交流电网雅可比矩阵;ΔXAC、ΔXVSC、ΔXDC分别表示交流电网、VSC、直流电网输入数据的不平衡量
4.2)利用改进模态分析法分析交流电网的电压稳定性,步骤包括:
4.2.1)建立交直流系统中的交流电网修正方程,即:
Figure FDA0003922517220000015
式中,J、JPV、J、JQV为雅可比矩阵JAC中的元素;ΔP、ΔQ为有功功率和无功功率修正量;Δδ、ΔU为电压相角和电压幅值修正量;U为电压幅值;
4.2.2)建立交流电网矩阵JAC,即:
Figure FDA0003922517220000021
4.2.3)计算交流电网节点注入有功Pi,即:
Figure FDA0003922517220000022
式中,Vi、Vj表示输入节点i、节点j的电压幅值;Yij为导纳矩阵;Gii为自电导;θij
Figure FDA0003922517220000023
表示相角差;
计算交流部分中线路i,j中传输的有功功率Pij,即:
Figure FDA0003922517220000024
式中,Gij表示线路i,j电导;
4.2.4)计算交流部分雅可比矩阵中的元素JPV,即:
Figure FDA0003922517220000025
4.2.5)基于步骤4.2.3)和步骤4.2.4),更新交流部分雅可比矩阵中的元素JPV、元素J、元素JQV如下:
Figure FDA0003922517220000026
Figure FDA0003922517220000027
Figure FDA0003922517220000028
其中,元素
Figure FDA0003922517220000029
无功功率
Figure FDA00039225172200000210
Bii为自电纳;
4.2.6)更新交流电网矩阵JAC如下:
Figure FDA00039225172200000211
式中,元素
Figure FDA00039225172200000212
元素
Figure FDA00039225172200000213
元素
Figure FDA0003922517220000031
元素
Figure FDA0003922517220000032
元素
Figure FDA0003922517220000033
元素
Figure FDA0003922517220000034
交流电网矩阵JAC中,矩阵
Figure FDA0003922517220000035
包含元素
Figure FDA0003922517220000036
和元素Vi 2Gij,用于表征电网耦合对最小特征值大小的贡献;矩阵
Figure FDA0003922517220000037
包含元素Pi,Qi,用于表征节点注入功率对最小特征值的贡献;矩阵
Figure FDA0003922517220000038
包含元素Pij,用于表征线路功率传输的贡献;
4.2.7)建立最小特征值方程λmin,即:
Figure FDA0003922517220000039
式中,Cnet表示电力网络耦合强度对最小特征值的贡献;
Figure FDA00039225172200000310
表示最小特征值对应的右、左特征向量;ξpp∈Rn,ξpq∈Rd;ξp、ξq为右特征向量的元素;ηp、ηq为左特征向量的元素;
其中,贡献Cinj如下所示:
Figure FDA00039225172200000311
式中,ηqi、ηpi为节点i对应的左特征向量的元素;ξqi、ξqi、节点i对应的右特征向量的元素;
贡献Cline如下所示:
Figure FDA00039225172200000312
4.2.8)计算表征节点i有功功率和无功功率注入的SIMPF指标和SIMS指标,分别如下所示:
Figure FDA0003922517220000041
式中,
Figure FDA0003922517220000042
分别为用于表征节点i有功功率和无功功率注入的SIMPF指标;
Figure FDA0003922517220000043
式中,
Figure FDA0003922517220000044
分别为用于表征节点i有功功率和无功功率注入的SIM指标;
计算表征线路Lij之间传输功率的SIMPF指标Fij和SIMS指标Sij,分别如下所示:
Figure FDA0003922517220000045
式中,ξqj、ξpj为右特征向量元素;ηpi、ηqj为左特征向量元素;Pji为线路ji传输的有功功率;
Figure FDA0003922517220000046
4.3)用改进模态分析法分析直流系统的电压稳定,步骤包括:
4.3.1)建立直流电网的修正方程,即:
ΔPdc=JDCΔUdc (18)
4.3.2)基于步骤4.3.1),计算直流雅可比矩阵的最小特征值λcri,即:
λcri=ηcriJDCξcri (19)
式中,ηcri,ξcri分别为直流电网最小特征值λcri对应的左、右特征向量;
4.3.3)建立直流电网的雅可比矩阵JDC,得到:
Figure FDA0003922517220000047
4.3.4)分解直流电网的雅可比矩阵JDC,得到:
Figure FDA0003922517220000051
式中,元素
Figure FDA0003922517220000052
元素
Figure FDA0003922517220000053
矩阵
Figure FDA0003922517220000054
包含参数
Figure FDA0003922517220000055
用于表征直流线路之间的传输功率及耦合强度;矩阵
Figure FDA0003922517220000056
包含参数Pi,用于表征直流节点注入功率的贡献;
4.3.5)更新直流雅可比矩阵的最小特征值λcri如下:
Figure FDA0003922517220000057
式中,贡献
Figure FDA0003922517220000058
η为最小特征值λcri的左特征向量;
贡献
Figure FDA0003922517220000059
如下所示:
Figure FDA00039225172200000510
式中,ηcri-i、ξcri-i表示直流电网节点i最小特征值λcri-i对应的左、右特征向量;
4.3.6)计算直流电网的SIMPF指标
Figure FDA00039225172200000511
和SIMS指标
Figure FDA00039225172200000512
分别如下所示:
Figure FDA00039225172200000513
式中,Pdci表示直流电网节点i的有功功率;
Figure FDA00039225172200000514
式中,ηcri-i、ξcri-i表示直流电网节点i最小特征值λcri-i对应的左、右特征向量。
2.根据权利要求1所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,所述VSC换流站稳态模型包括VSC换流站、直流电网和交流电网;
交流电网通过换流变压器、交流滤波器和换相电抗器与VSC换流站连接;交流电网共有nac个交流节点,包含一个平衡节点,nPQ个PQ节点和nPV个PV节点;
直流电网包括ndc个直流节点;
VSC换流站直流侧采用双极接线连接直流母线;
其中,VSC换流站注入到交流电网的有功功率Ps和无功功率Qs如下所示:
Figure FDA0003922517220000061
Figure FDA0003922517220000062
式中,Us、Uf表示交流节点、滤波器节点电压幅值;δs、δf表示交流节点、滤波器节点电压相角;Gtf、Btf表示换流变压器的导纳;
VSC换流站交流侧的有功功率Pc和无功功率Qc如下所示:
Figure FDA0003922517220000063
Figure FDA0003922517220000064
式中,Uc、δc为VSC换流站交流侧的电压幅值和相角;Gcf、Bcf表示换相电抗器导纳;
交流滤波器注入的复功率Qf如下所示:
Figure FDA0003922517220000065
交流滤波器流向换流变压器的复功率如下所示:
Figure FDA0003922517220000066
Figure FDA0003922517220000067
式中,Psf和Qsf分别表示交流滤波器流向换流变压器的有功功率和无功功率;
注入换相电抗器的功率如下所示:
Figure FDA0003922517220000068
Figure FDA0003922517220000069
式中,Pcf和Qcf分别表示注入换相电抗器的有功功率和无功功率;
VSC换流站有功损耗Pc.loss与流过换流站电流Ic的关系方程如下所示:
Pc.loss=a|Ic|2+b|Ic|+c (35)
式中,a、b、c为关系系数;
其中,电流Ic如下所示:
Figure FDA00039225172200000610
VSC换流站注入到直流系统的功率Pc.dc如下所示:
Pc.dc=-Pc-Pc.loss (37)
式中,Pc.loss为有功损耗。
3.根据权利要求1所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,所述交直流混联系统的潮流模型包括交流电网潮流模型FAC(X)、换流站潮流模型FVSC(X)和直流电网潮流模型FDC(X);
所述交直流混联系统的潮流模型如下所示:
F(X)=[FAC(X)T,FVSC(X)T,FDC(X)T]T=0 (38)。
4.根据权利要求3所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,建立交流电网潮流模型的步骤包括:
1)计算交流电网任意节点i的注入有功功率Pac,i(U,δ)和无功功率Qac,i(U,δ),即:
Figure FDA0003922517220000071
式中,Ui、Uj分别表示节点i、j的电压幅值;δij表示节点i、j的相角差;Gij、Bij表示节点i、j所在支路的导纳;
2)建立任意节点i的功率不平衡方程,即:
Figure FDA0003922517220000072
式中,ΔPac,i、ΔQac,i分别表示交流电网节点i的有功不平衡量和无功不平衡量;PGac,i和QGac,i分别表示有功和无功发电功率;PLac,i和QLac,i为对应的有功和无功负荷功率;
其中,有功功率PConac,i、无功功率QConac,i如下所示:
Figure FDA0003922517220000073
Figure FDA0003922517220000081
式中,Ps,i、Qs,i分别表示VSC换流站注入到交流电网节点i的有功功率和无功功率;
3)建立交流网络的潮流模型,即:
FAC(XAC)=[ΔPT,ΔQT]T=0 (43)
式中,XAC=[δT,UT]T为交流电网的状态变量向量,其中δ表示交流电网所有非平衡节点的电压相角,U表示交流电网所有PQ节点电压幅值;ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量,ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量。
5.根据权利要求3所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,VSC换流站潮流方程如下所示:
Figure FDA0003922517220000082
式中,VSC换流站采用单点电压控制,换流站的状态变量向量
Figure FDA0003922517220000083
ΔPf和ΔQf为滤波器节点的功率不平衡量,ΔPs和ΔQs为VSC换流站注入到交流电网的功率不平衡量;
其中,滤波器节点i的功率不平衡量、VSC换流站注入到交流电网节点i的功率不平衡量分别如下所示:
ΔPfi=Pcfi-Pfsi=0 (45)
ΔQfi=Qcfi-Qfsi-Qfi=0 (46)
Figure FDA0003922517220000084
Figure FDA0003922517220000085
式中,i为VSC换流站的编号;
Figure FDA0003922517220000086
Figure FDA0003922517220000087
分别为第i个换流站设定的有功、无功控制的参考值;Pcfi、Pfsi、Psi表示VSC换流站内部各节点潮流的有功控制变量;Qcfi、Qfsi、Qfi、Qsi表示VSC换流站内部各节点潮流的无功控制变量;ΔPfi和ΔQfi为滤波器节点i的有功功率不平衡量和无功功率不平衡量;ΔPsi和ΔQsi为第i个换流站设定的有功功率不平衡量、无功功率不平衡量。
6.根据权利要求3所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,直流网络的潮流模型如下所示:
Figure FDA0003922517220000091
式中:
Figure FDA0003922517220000092
为直流电网的状态变量向量,Udc为所有直流节点的电压幅值向量;ΔPdc为直流节点的有功不平衡量;
其中,直流节点i的有功不平衡量ΔPdci如下所示:
Figure FDA0003922517220000093
式中,PGdci和PLdci分别是发电机有功出力和有功负荷;Ydcij为直流电网导纳矩阵;Udci、Udcj为直流电网节点i、节点j的电压幅值;
VSC换流站向直流电网注入的有功功率Pconverter-DC如下所示:
Figure FDA0003922517220000094
式中,Pc,dci为VSC换流站注入到直流电网节点i的有功功率。
7.根据权利要求3所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的潮流模型进行迭代求解,得到:
Figure FDA0003922517220000095
公式(27)简记为F(X)=JΔX;其中J为交直流系统的雅可比矩阵。
8.根据权利要求1所述的基于改进模态分析法对AC-VSC-MTDC混合系统进行静态电压稳定性分析的方法,其特征在于,所述AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性指标包括SIMPF指标和SIMS指标;SIMPF指标和SIMS指标分别用于表征系统状态对系统的最小特征值的贡献和控制灵敏度;
当SIMPF指标为负时,AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定;当SIMPF指标为正时,AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压不稳定;SIMS指标和AC/VSC-MTDC混联系统的静态电压稳定性成正比。
CN202011520699.6A 2020-12-21 2020-12-21 基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法 Active CN112653173B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011520699.6A CN112653173B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011520699.6A CN112653173B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112653173A CN112653173A (zh) 2021-04-13
CN112653173B true CN112653173B (zh) 2022-12-20

Family

ID=75358733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011520699.6A Active CN112653173B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112653173B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113656941B (zh) * 2021-07-13 2024-03-22 华南理工大学 一种面向综合能源系统的静态电压稳定性指标计算方法
CN113644680B (zh) * 2021-10-14 2022-03-11 中国科学院电工研究所 一种交直流混联配电系统不确定扰动下的可达性分析方法
CN115327272A (zh) * 2022-08-17 2022-11-11 国网经济技术研究院有限公司 一种slcc换相技术的主回路参数计算方法、系统和可读介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102545237A (zh) * 2012-01-04 2012-07-04 河南省电力公司 一种计及运行方式变化及多svc对系统共同影响的布点方法
CN106021754A (zh) * 2016-05-26 2016-10-12 重庆大学 考虑vsc无功越限调整策略的混联电网概率潮流算法
CN106058847A (zh) * 2016-04-05 2016-10-26 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种用于辨识电网电压稳定性薄弱区域的方法
CN108134401A (zh) * 2017-12-19 2018-06-08 东北电力大学 交直流混合系统多目标潮流优化及控制方法
CN109524979A (zh) * 2018-10-16 2019-03-26 重庆大学 一种含vsc-mtdc的交直流互联电网连续潮流模型
CN110718918A (zh) * 2019-09-12 2020-01-21 重庆大学 一种基于hvac和lcc-vsc hvdc混合系统的潮流计算方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102545237A (zh) * 2012-01-04 2012-07-04 河南省电力公司 一种计及运行方式变化及多svc对系统共同影响的布点方法
CN106058847A (zh) * 2016-04-05 2016-10-26 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种用于辨识电网电压稳定性薄弱区域的方法
CN106021754A (zh) * 2016-05-26 2016-10-12 重庆大学 考虑vsc无功越限调整策略的混联电网概率潮流算法
CN108134401A (zh) * 2017-12-19 2018-06-08 东北电力大学 交直流混合系统多目标潮流优化及控制方法
CN109524979A (zh) * 2018-10-16 2019-03-26 重庆大学 一种含vsc-mtdc的交直流互联电网连续潮流模型
CN110718918A (zh) * 2019-09-12 2020-01-21 重庆大学 一种基于hvac和lcc-vsc hvdc混合系统的潮流计算方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Voltage Stability Analysis Using Conventional Methods;Mitali Chakravorty等;《International conference on Signal Processing, Communication, Power and Embedded System (SCOPES)》;20161231;第496-501页 *
基于PV曲线与改进模态法分析电网电压薄弱区域的研究;王惠平;《电气应用》;20160320;第35卷(第6期);第16-21页 *
基于功率增长优化模式的交直流电网可用输电能力计算;周明等;《中国电机工程学报》;20110805;第31卷(第22期);第48-54页 *
模态分析技术在系统薄弱环节分析中的应用;张忠会等;《电力系统保护与控制》;20140801;第42卷(第15期);第58-64页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112653173A (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112653173B (zh) 基于改进模态分析法对ac-vsc-mtdc混合系统进行静态电压稳定性分析的方法
CN110556871B (zh) 基于结构保持方法的大规模光伏发电系统聚合等值方法
CN111082427A (zh) 一种基于全纯函数的微电网潮流计算方法
CN109950922B (zh) 一种适用于vsc-hvdc的多步模型预测控制方法
Shu et al. Probabilistic power flow analysis for hybrid HVAC and LCC-VSC HVDC system
CN110718918B (zh) 一种基于hvac和lcc-vsc hvdc混合系统的潮流计算方法
CN112865181B (zh) 基于端口阻抗特性的光伏逆变器参数辨识方法及装置
CN113541146B (zh) 计及分布式电源的电力系统潮流计算优化方法
CN104794531A (zh) 基于网损等值负荷模型的改进直流最优潮流方法
CN110556859A (zh) 一种基于节点映射的光伏并网多逆变器系统谐振观测方法
CN107749628A (zh) 计及燃气机组无功调节及热电协调的多目标电压优化方法
CN105046588A (zh) 一种基于网损迭代的改进直流动态最优潮流的计算方法
Sundararaju et al. Modelling and analysis of real time power system with cascaded multilevel STATCOM using fuzzy controller
CN109830987B (zh) 计及分布式光伏随机性的主动配电网概率稳定性分析方法
CN111327048A (zh) 一种含三端snop的配电网鲁棒运行优化方法
CN113839396A (zh) 电网线损修复的动态无功补偿系统及方法
CN114629122A (zh) 一种交直流混合配电网线性潮流计算方法
CN109787234B (zh) 含vsc接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法
CN112039061A (zh) 基于电磁暂态仿真的潮流计算方法
CN110768285A (zh) 一种交直流混联直流多馈入受端电网强度获得方法
CN115588987A (zh) 一种llcl型电池储能变换器的有限集模型预测控制方法
CN105811394A (zh) 一种用于电力系统潮流近似计算的电压估算方法
CN108376981A (zh) 含柔性直流的电力系统静态电压稳定域边界搜索方法
Jianming et al. An improved power flow algorithm using equation changing method for AC/DC power system with VSC-HVDC
Du et al. Three-phase Power Flow Calculation and Static Voltage Stability Analysis of Low Voltage Distribution Network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant