CN113794206A - 一种考虑vsc控制策略的交直流混合电网潮流计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电网潮流技术领域，具体涉及到一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，包括以下步骤：基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；基于VSC功率控制模型，建立含VSC‑MTDC混合电网潮流模型；基于含VSC‑MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组；采用统一迭代法对潮流方程组进行求解。本发明基于T型电路模型构造换流站内π型等效电路，建立换流站对交流电网输出功率与VSC控制参数MI、站内直流母线电压的联系；使得变换后混合电网的潮流计算不再需要简化VSC换流站的模型，可通过VSC换流站对交流电网设定的有功、无功以及交流电压值直接计算站内各个节点的电气参数。本发明引入VSC有功调制度控制策略，实现了不同MI值下的潮流计算。

Description

一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法
技术领域
本发明涉及电网潮流技术领域，具体涉及到一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法。
背景技术
电压源换流器(Voltage source converter, VSC)通过控制全控电力电子器件的开通和关断，改变输出电压的相角和幅值，可实现对交流侧有功功率和无功功率的独立控制。基于此优势，以VSC为基础的高压直流输电(VSC-HVDC)能够提高清洁能源的并网效率，优化城市和孤岛供电、完成不同区域电网的互联、以及实现远海风电场电力的集中输送等，现已得到快速发展。为了增强直流电网的稳定性，提高混合电网调度控制的灵活性，以及实现可再生能源的充分利用，基于VSC的多端直流输电系统(Multi-terminal High VoltageDirect Current Transmission Based on VSC, VSC-MTDC)成为当前交直流混合电网的主要发展方向。相较双端VSC-HVDC，VSC-MTDC混合电网中VSC控制策略更加多样，电网的运行方式也更加灵活，考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法成为亟需研究的重要问题。
国内外针对VSC的控制策略和含VSC交直流混合电网的潮流计算现已开展了大量研究。当前对含VSC-MTDC混合电网潮流计算的研究，主要有以下不足：
VSC换流站多采用简化电路模型，而不是采用完整的T型电路模型。这些研究在建立换流站输出功率与站内直流电压之间的联系时，为了简化计算往往忽略了站内滤波器母线，或忽略了站内升压变压器，而使得潮流计算结果欠准确。
缺乏考虑VSC采用自适应下垂控制策略的潮流计算方法。当前含VSC交直流混合电网潮流计算的一部分研究考虑了VSC采用定系数下垂控制策略，尚未涉及VSC的自适应下垂控制策略。VSC下垂控制正朝着自适应下垂控制策略的方向发展，相较定系数下垂控制，自适应下垂控制策略中下垂系数值随着VSC的传输功率与直流电压的变化而改变，定系数下垂控制策略的潮流计算方法无法求解含自适应下垂控制策略VSC的潮流问题。自适应下垂控制策略中下垂系数值成为新的变量，需要在求解模型以及潮流结果中体现。
未考虑定MI值的潮流计算。MI作为VSC的控制变量，关系到VSC的最佳PWM模式、VSC交流侧对直流电压波动的抗谐波能力，以及VSC-HVDC的最优潮流问题，所以研究不同MI值时的混合电网潮流计算方法很有必要。
针对上述不足，有必要从VSC的控制策略出发，提出VSC不同控制策略下VSC-MTDC混合电网的潮流计算模型。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法；
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，包括以下步骤：
步骤1，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；其中，VSC为电压源换流器的简称；
步骤2，基于VSC功率控制模型，建立含VSC-MTDC混合电网潮流模型；其中，VSC-MTDC为基于VSC的多端直流输电系统的简称；
步骤3，基于含VSC-MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组；
步骤4，采用统一迭代法对潮流方程组进行求解。
进一步的，在步骤1中，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型包括：
VSC换流站的站内共有4处母线，包括：与交流电网连接的母线s，连接变压器、换相电抗器和滤波器的母线f，换流站交流出口母线c以及站内直流母线dc；
稳态运行时，VSC与交流系统间传输的有功功率与无功功率大小，一方面受换流桥额定线电流I c的限制，同时还取决于换流桥输出线电压U c的大小，U c由直流侧电压U dc、直流电压利用率μ以及MI值λ共同决定，当VSC采用空间矢量调制，直流采用双极性系统时，有如下关系：
Figure 352457DEST_PATH_IMAGE001
（1）
VSC对交流系统的功率控制以有功功率和无功功率为目标，有功功率控制目标的指令是交流电网侧有功功率P s或直流侧电压U dc；无功功率控制目标是交流侧无功功率Q s或交流侧电压U s；在dq0坐标系下，由瞬时功率理论，VSC对电网的输出功率有如下公式；
Figure 228009DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式中，u sd是网侧电压d轴分量；i d、i q分别是d轴电流、q轴电流；
VSC有功包括三种控制策略，无功包括两种控制策略，共五种控制策略，其中：策略一是有功下垂控制，策略二是定有功功率控制，策略三是定直流电压控制，策略四是定交流电压控制，策略五是定无功功率控制；在VSC正常运行时，有功功率和无功功率分别选择相应的控制对象，VSC-MTDC各控制方式中的有功选择如下：
主从控制，主站的有功功率选择策略三，从站的有功功率选择策略二；
电压裕度控制，主站有功功率选择策略三，从站有功功率选择策略二，当主站功率越限时，主站的有功功率从策略三切换到策略二，事先指定的作为后备主站的从换流站将有功功率从策略二切换到策略三；
电压下垂控制，换流站有功功率选择策略一；
电压下垂控制策略是通过多个具有直流电压、功率调节能力的换流站共同控制，共同承担功率平衡和稳定直流电压；下垂控制对象有VSC输出交流功率P s、VSC直流功率P dc、VSC直流电流i dc以及VSC输出频率w；采用VSC下垂控制有如下公式：
Figure 4948DEST_PATH_IMAGE003
（3）
式中，
Figure 42174DEST_PATH_IMAGE004
分别是VSC下垂控制的电压、有功功率参考值；C i 是下垂曲线的斜率；当C i =0时，下垂控制变为定有功控制，有功功率值为
Figure 55130DEST_PATH_IMAGE005
；P vd,i 是VSC下垂控制策略下的输出功率，U dc,i 指i换流站直流母线电压；
采用自适应下垂控制策略构造关于C i 的方程h c,i 如下式所示：
Figure 468793DEST_PATH_IMAGE006
（4）
式中，C 0,i 、
Figure 103168DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 311296DEST_PATH_IMAGE008
分别为第i个VSC换流站下垂系数的当前值、最大整流功率、直流电压滞环阈值，当直流电压与额定值之差在阈值范围内时，保持当前下垂系数值C 0 , i 不变；
Figure 280389DEST_PATH_IMAGE009
为直流系统电压所允许的最大偏差，可选取直流电压参考值的5%，式(4)中h c,i 值为0。
进一步的，在步骤2中，基于VSC功率控制模型，建立含VSC-MTDC混合电网潮流模型包括：
步骤2.1、建立交流电网潮流模型：
混合电网中交流电网潮流模型可建立交流电网功率方程h P,i 、h Q,i 如下：
Figure 497743DEST_PATH_IMAGE010
（5）
式中，i是交流电网的母线编号，i=1,2,…,n，以下公式对交流电网单个母线列写公式时，都以i表示，其中当i属于1~p表示编号为1~p的换流站依次连接在1~p交流电网母线处，j表示i母线所连接的其他母线序号；另外在下文步骤2.4中，i表示连接换流站的直流母线编号：i=1,2,…,p，在下文步骤2.5中，i表示直流电网内部母线的编号，即不连接换流站的直流母线编号，由于混合电网中共有k条直流母线，有p条母线连接换流站，内部直流母线即i=1,2,…,k-p；以下公式中变量的下缀带有“,i”表示针对第i条母线的公式参数；P i 、Q i 分别表示交流母线i注入的有功功率和无功功率；η i 表示交流母线i是否连接VSC换流站，取值1或0，且1表示连接，0表示不连接；δ i 表示交流母线i电压的相位，δ j 表示交流母线j电压的相位，δ ij =δ i -δ j 则表示母线i与母线j的电压相位差；P vsc,i 、Q vsc,i 分别表示交流电网对VSC换流站输出的有功、无功，与P s、Q s相对应；当有功控制策略为策略一或策略二时：P vsc,i =P vd,i ；当有功控制为策略三时，VSC的输出功率是未知量，并视为直流电网的松弛母线，用以平衡直流电网内换流站的有功功率，可由潮流结果计算得到；G ij 、B ij 是交流电网支路导纳参数；U i 是i换流站所连接交流电网母线的电压，U j 是与交流电网i母线连接的j交流电网母线电压；
步骤2.2、建立VSC换流站输出功率潮流模型：
将交流电网与VSC换流站之间的连接电路进行Y-△变换，变换前后 U s、 U c、 I s、 I c不变，其中 U s、 U c、 I s、 I c分别是换流站连接交流母线电压的复数值、站内交流侧电压的复数值、交流电网注入换流站的电流复数值，站内注入交流侧母线的交流电流复数值；可得站内π型电路线路导纳参数公式：
Figure 986625DEST_PATH_IMAGE011
（6）
式中，Y s-e,i 、Y s-c,i 、Y c-e,i 分别表示转换后换流站连接的电网母线的对地导纳、电网母线与换流站内交流母线的连接导纳，以及站内交流母线的对地导纳；Y s-f,i 、Y f,i 、Y f-c,i 分别指换流站所连接电网的交流母线与站内滤波母线的连接导纳、站内滤波母线的对地导纳、滤波母线与站内交流母线的连接导纳；
电路变换后，母线s与母线c之间的连接变成典型的π型电路，交流电网流输出至VSC换流站的视在功率为
Figure 631233DEST_PATH_IMAGE012
，其中S vsc,i 的实部为有功功率P vsc,i ，虚部为无功率Q vsc,i ，其中
Figure 87622DEST_PATH_IMAGE013
是交流电网注入i换流站电流的共轭值，每个VSC换流站看作交流电网的一条支路，可由潮流公式得到P vsc,i 、Q vsc,i 计算公式如下：
Figure 843088DEST_PATH_IMAGE014
（7）
Figure 452055DEST_PATH_IMAGE015
（8）
式中，i=1,2,…,p，G s-c,i 、B s-c,i ，G s-e,i 、B s-e,i 分别表示电路变换后，换流站所连接电网的交流母线与站内交流母线的连接电导、电纳，换流站所连接电网的交流母线的对地电导、电纳；δ s-c,i 是换流站所连接交流电网母线电压与站内交流侧母线电压的相位差；
再联立公式(1)，即可建立P vsc,i 、Q vsc,i 与λ i 、调制波的相位δ c,i 、以及U dc,i 的关系式；当VSC选择下垂控制和定Q vsc控制时，可建立VSC换流站的有功方程h vp,i 和无功方程h vq,i ；
Figure 267564DEST_PATH_IMAGE016
（9）
式中，
Figure 945670DEST_PATH_IMAGE017
是换流站输出无功功率的设定值；P vsc,i 、Q vsc,i 分别表示换流站输出的有功功率和无功功率；对于采用定U s控制的VSC换流站，连接的交流电网母线为视为PV类型，采用式(5)中的h Q,i 建立VSC换流站的无功平衡；
步骤2.3、滤波器母线的潮流模型：
每一个VSC换流站模型均含有一个滤波器母线f；f母线的外部注入功率P f,i 、Q f,i 为0，可以等效交流电网的PQ节点，采用交流电网PQ节点的潮流公式建立U f,i 、δ f,i 的方程；f母线有两条支路：f-c、f-s，滤波电容器的导纳Y f是母线f的对地导纳，于是有f母线的功率方程h Pf,i 、h Qf,i ：
Figure 504828DEST_PATH_IMAGE018
（10）
Figure 225091DEST_PATH_IMAGE019
（11）
式中，i=1,2,…,p，其中G f-f、B f-f是母线的自电导、自电纳，U s,i 、U f,i 、U c,i 分别表示换流站连接的交流电网母线电压、站内滤波器母线电压、站内交流母线电压；δ f-s,i 、δ f-c,i 、分别表示站内滤波母线与电网母线、滤波母线与站内交流母线的相位差；G f-s,i 、B f-s,i ，G f-c,i 、B f-c,i ，G f-f,i 、B f-f,i 分别是换流站内滤波母线与电网母线的连接电导、电纳，滤波母线与站内交流母线的连接电导、电纳，滤波母线的自电导、自电纳；
步骤2.4、建立VSC直流母线功率平衡：
VSC换流站将交流有功功率与直流功率进行转换，以流入VSC的功率方向为正方向，母线c处的交流有功功率P c,i 、直流功率P dc,i 、换流站的开关损耗P loss,i 以及站内直流母线的负载P dcl,i 构成平衡方程h dcv,i 如下：
Figure 211502DEST_PATH_IMAGE020
（12）
式中，i=1,2,…,p，其中：
Figure 642483DEST_PATH_IMAGE021
（13）
Figure 21643DEST_PATH_IMAGE022
（14）
式中，Y dc,ij 是直流电网母线i、j的连接导纳，G c-f,i 、B c-f,i 分别表示站内交流母线与滤波母线连接的电导、电纳，δ c-f,i 是站内交流母线与滤波母线的相位差；换流站开关损耗采用二次方程模型如下：
Figure 933098DEST_PATH_IMAGE023
（15）
式中，α i 、β i 、γ i 分别为第i个VSC换流站的固定损耗系数、线性损耗系数、二次项损耗系数，I c,i 是站内交流母线流出的电流，且有：
Figure 90410DEST_PATH_IMAGE024
（16）
其中，P c,i 、Q c,i 分别是第i个VSC换流站站内交流母线的有功功率和无功功率；
步骤2.5、建立直流电网内部母线功率平衡：
在直流电网中，除VSC换流站直流母线dc，其他直流电网内部母线的功率平衡方程h dcn,i 满足：
Figure 743109DEST_PATH_IMAGE025
（17）
式中，i=1,2,…,k-p，P dcn、U dcn分别表示直流电网内部母线的注入功率与母线电压；
步骤2.6、建立主站直流电压平衡：
VSC-MTDC混合电网中若设置VSCp为主换流站，则主站直流电压保持不变，有直流电压平衡方程h dc,p ：
Figure 394801DEST_PATH_IMAGE026
（18）
式中，
Figure 347713DEST_PATH_IMAGE027
为主站电压设定值，U dc,p 是站内直流母线电压。
进一步的，在步骤3中，基于含VSC-MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组包括：
含VSC交直流混合电网的潮流方程组包括：交流电网的潮流方程、VSC换流站潮流方程以及直流电网内部母线的潮流方程；
交流电网的潮流方程按照公式(5)处理，当VSC采用定有功功率控制策略时，公式(5)中的P vsc,i 为定值；当VSC采用下垂控制策略时，P vsc,i 为下垂控制表达式P vd,i ；当VSC为主站时，P vsc,i 为公式(7)中的表达式；交流电网i母线为PQ节点时，交流电网的潮流方程需要公式(5)中h Q,i ；若VSCi采用定交流电压控制策略，交流电网的i母线应按照PV节点求解潮流，此时h Q,i 用以建立VSC换流站的无功方程，为区分表述，将用于建立VSC无功方程的h Q,i 标记为h Qv,i ；
在n节点交流电网中，假设第n节点为交流电网松弛母线，第1~p节点连接VSC；可令第1~m端VSC换流站为自适应下垂控制，m+1~t端VSC换流站为常系数下垂控制，t+1~p-1端VSC换流站为定有功功率控制；令第p换流站为主站，无功采用定无功功率控制；假设交流电网中PQ节点集合为N PQ，定无功功率控制VSC的集合为N VQ；定交流电压控制VSC的集合为N VV，由于VSC的无功控制只有定无功功率和定交流电压两种策略，所以N VQ∪N VV是VSC的全集，总数为p；联立交流电网潮流方程与VSC换流站潮流方程，可建立混合电网的非线性潮流方程组；变量和方程统计如下：
变量：δ i (i=1~n-1)；U i (i∈N PQ)；δ f , i ，U f,i ，δ c , i ，λ i (i=1~p)；U dc,i (i=1~k)；C i (i=1~m)，数量共计n+k+m+4p+N PQ -1；
方程：h P,i (i=1~n-1)；h Q,i (i∈N PQ)；h Pf,i ，h Qf,i ，h dcv,i (i=1~p)；h vp,i (i=1~p-1)；h vq,i (i∈N VQ)；h Qv,i (i∈N VV)；h dcn,i (i=1~k-p)；h dc,p ；h c,i (i=1~m)，总数与变量相同，可采用牛顿法求解；
将上述变量写成向量X形式如下：
Figure 675927DEST_PATH_IMAGE028
（19）
式中X s=[δ i , U i ]T，X f=[δ f , i , U f , i ]T，X v=[δ c , i , λ i , U dc , i , C i ]T；将上述方程h看做变量X的函数，并写成向量H形式：
Figure 815921DEST_PATH_IMAGE029
（20）
式中H s=[h P,i , h Q,i ]T，H f=[h Pf,i ,h Qf,i ]T，H v=[H δc,H λ, H D, H C]T，其中H δc=[h vp,i ,h vq,p ]T，H λ=[h vq,i , h Qv,i , h dcv,p ]T，H D=[h dcv,1~p-1, h dc,p , h dcn,i ]T，H C=[h c,i ]T，于是上述问题转化为H为0时，求X的值，可建立牛顿潮流方程：
Figure 2795DEST_PATH_IMAGE030
（21）
式中J是H的雅克比矩阵，∆X为X的修正量，∆H是H的不平衡量。
进一步的，在步骤3中，包括对PM控制策略进行转换，具体如下：
在方程组H中，λ i 是自由变量，大小主要受U s,i 或Q vsc,i 取值的影响，当U s,i 或Q vsc,i 设置不合理时，潮流结果可能出现λ i >1的情况，意味着VSC处于过调制状态，计算结果无法接受，此时为得到合理的潮流结果，应限制λ i 在小于或等于1的某一个数值；设
Figure 544635DEST_PATH_IMAGE031
是换流站i的调制度设定值，则有以下等式：
Figure 43749DEST_PATH_IMAGE032
（22）
如采用式(22)控制策略，λ i 相应的求解方程变为
Figure 671040DEST_PATH_IMAGE033
，其控制策略变为定调制度控制，简称为PM控制策略；VSC选择PM控制策略，如同交流电网节点类型转换，换流站的无功控制量将不再保持恒定；VSC换流站在PM控制策略下求得的潮流结果，可通过将相应VSC修改为定P vsc、定Q vsc的控制策略重新计算潮流，检验其结果是否与PM控制策略下的潮流结果一致来验证，以实现不同MI值下的潮流计算。
进一步的，在步骤4中，对潮流方程组进行求解，包括：
步骤4.1，读入交直流电网参数以及VSC换流站内的支路参数，并设置收敛精度值ε；
步骤4.2，形成交流电网与直流电网的支路导纳矩阵；
步骤4.3，判断VSC的控制策略方式，进而选择不同的求解方程；
步骤4.4，由交流电网的潮流模型、VSC换流站的潮流模型、直流电网的潮流模型构建混合电网的潮流方程组；
步骤4.5，输入初始变量值X 0；
步骤4.6，计算初始误差△H=0-H(X0) ；
步骤4.7，判断误差是否满足max(△H)<ε；
步骤4.8，步骤4.7满足，则判断X是否满足限制条件；
步骤4.9，X不满足限制条件，则更新H，进入步骤4.12；
步骤4.10，X满足，跳到步骤4.16；
步骤4.11，步骤4.7不满足；
步骤4.12，求解jacobi矩阵J,计算步长
Figure 664535DEST_PATH_IMAGE034
；
步骤4.13，更新变量X=X+△X；
步骤4.14，计算误差△H=0-H(X) ；
步骤4.15，返回步骤4.7；
步骤4.16，输出结果，结束。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法至少包括以下有益效果之一：
1、本发明基于T型电路模型构造换流站内π型等效电路，建立换流站对交流电网输出功率与VSC控制参数MI、站内直流母线电压的联系；使得变换后混合电网的潮流计算不再需要简化VSC换流站的模型，可通过VSC换流站对交流电网设定的有功、无功以及交流电压值直接计算站内各个节点的电气参数。
2、本发明提出了混合电网中VSC采用自适应下垂控制策略的潮流计算方法；本发明以自适应下垂控制策略为例，将下垂系数作为系统变量，构建了自适应下垂控制VSC的潮流计算公式，并统一到混合电网的潮流计算模型中。
3、本发明引入VSC有功调制度控制策略，实现了不同MI值下的潮流计算，该策略也解决了潮流结果出现MI值越限的问题。
附图说明
图1为本发明优选实施例中一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；
参照图1所示，本发明的优选实施例，一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，包括以下步骤：
步骤1，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；其中，VSC为电压源换流器的简称；
步骤2，基于VSC功率控制模型，建立含VSC-MTDC混合电网潮流模型；其中，VSC-MTDC为基于VSC的多端直流输电系统的简称；
步骤3，基于含VSC-MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组；
步骤4，采用统一迭代法对潮流方程组进行求解。
本发明基于T型电路模型构造换流站内π型等效电路，建立换流站对交流电网输出功率与VSC控制参数MI、站内直流母线电压的联系；使得变换后混合电网的潮流计算不再需要简化VSC换流站的模型，可通过VSC换流站对交流电网设定的有功、无功以及交流电压值直接计算站内各个节点的电气参数。本发明提出了混合电网中VSC采用自适应下垂控制策略的潮流计算方法；本发明以自适应下垂控制策略为例，将下垂系数作为系统变量，构建了自适应下垂控制VSC的潮流计算公式，并统一到混合电网的潮流计算模型中。本发明引入VSC有功调制度控制策略，实现了不同MI值下的潮流计算，该策略也解决了潮流结果出现MI值越限的问题。
作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
在本实施例中，在步骤1中，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型包括：
VSC换流站的站内共有4处母线，包括：与交流电网连接的母线s，连接变压器、换相电抗器和滤波器的母线f，换流站交流出口母线c以及站内直流母线dc；
稳态运行时，VSC与交流系统间传输的有功功率与无功功率大小，一方面受换流桥额定线电流I c的限制，同时还取决于换流桥输出线电压U c的大小，U c由直流侧电压U dc、直流电压利用率μ以及MI值λ共同决定，当VSC采用空间矢量调制，直流采用双极性系统时，有如下关系：
Figure 326460DEST_PATH_IMAGE035
（1）
VSC对交流系统的功率控制以有功功率和无功功率为目标，有功功率控制目标的指令是交流电网侧有功功率P s或直流侧电压U dc；无功功率控制目标是交流侧无功功率Q s或交流侧电压U s；在dq0坐标系下，由瞬时功率理论，VSC对电网的输出功率有如下公式；
Figure 996476DEST_PATH_IMAGE036
（2）
式中，
Figure 845483DEST_PATH_IMAGE037
是网侧电压d轴分量；i d、i q分别是d轴电流、q轴电流；
VSC有功包括三种控制策略，无功包括两种控制策略，共五种控制策略，其中：策略一是有功下垂控制，策略二是定有功功率控制，策略三是定直流电压控制，策略四是定交流电压控制，策略五是定无功功率控制；在VSC正常运行时，有功功率和无功功率分别选择相应的控制对象，VSC-MTDC各控制方式中的有功选择如下：
主从控制，主站的有功功率选择策略三，从站的有功功率选择策略二；
电压裕度控制，主站有功功率选择策略三，从站有功功率选择策略二，当主站功率越限时，主站的有功功率从策略三切换到策略二，事先指定的作为后备主站的从换流站将有功功率从策略二切换到策略三；
电压下垂控制，换流站有功功率选择策略一；
电压下垂控制策略是通过多个具有直流电压、功率调节能力的换流站共同控制，共同承担功率平衡和稳定直流电压；下垂控制对象有VSC输出交流功率P s、VSC直流功率P dc、VSC直流电流i dc以及VSC输出频率w；采用VSC下垂控制有如下公式：
Figure 642669DEST_PATH_IMAGE038
（3）
式中，
Figure 424680DEST_PATH_IMAGE039
分别是VSC下垂控制的电压、有功功率参考值；C i 是下垂曲线的斜率；当C i =0时，下垂控制变为定有功控制，有功功率值为
Figure 265597DEST_PATH_IMAGE040
；P vd,i 是VSC下垂控制策略下的输出功率，U dc,i 指i换流站直流母线电压；
采用自适应下垂控制策略构造关于C i 的方程h c,i 如下式所示：
Figure 352633DEST_PATH_IMAGE041
（4）
式中，C 0,i 、
Figure 937198DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 308137DEST_PATH_IMAGE043
分别为第i个VSC换流站下垂系数的当前值、最大整流功率、直流电压滞环阈值，当直流电压与额定值之差在阈值范围内时，保持当前下垂系数值C 0 , i 不变；
Figure 319955DEST_PATH_IMAGE044
为直流系统电压所允许的最大偏差，可选取直流电压参考值的5%，式(4)中h c,i 值为0。
在本实施例中，在步骤2中，基于VSC功率控制模型，建立含VSC-MTDC混合电网潮流模型包括：
步骤2.1、建立交流电网潮流模型：
混合电网中交流电网潮流模型可建立交流电网功率方程h P,i 、h Q,i 如下：
Figure 162796DEST_PATH_IMAGE045
（5）
式中，i是交流电网的母线编号，i=1,2,…,n，以下公式对交流电网单个母线列写公式时，都以i表示，其中当i属于1~p表示编号为1~p的换流站依次连接在1~p交流电网母线处，j表示i母线所连接的其他母线序号；另外在下文步骤2.4中，i表示连接换流站的直流母线编号：i=1,2,…,p，在下文步骤2.5中，i表示直流电网内部母线的编号，即不连接换流站的直流母线编号，由于混合电网中共有k条直流母线，有p条母线连接换流站，内部直流母线即i=1,2,…,k-p；以下公式中变量的下缀带有“,i”表示针对第i条母线的公式参数；P i 、Q i 分别表示交流母线i注入的有功功率和无功功率；η i 表示交流母线i是否连接VSC换流站，取值1或0，且1表示连接，0表示不连接；δ i 表示交流母线i电压的相位，δ j 表示交流母线j电压的相位，δ ij =δ i -δ j 则表示母线i与母线j的电压相位差；P vsc,i 、Q vsc,i 分别表示交流电网对VSC换流站输出的有功、无功，与P s、Q s相对应；当有功控制策略为策略一或策略二时：P vsc,i =P vd,i ；当有功控制为策略三时，VSC的输出功率是未知量，并视为直流电网的松弛母线，用以平衡直流电网内换流站的有功功率，可由潮流结果计算得到；G ij 、B ij 是交流电网支路导纳参数；U i 是i换流站所连接交流电网母线的电压，U j 是与交流电网i母线连接的j交流电网母线电压；
步骤2.2、建立VSC换流站输出功率潮流模型：
将交流电网与VSC换流站之间的连接电路进行Y-△变换，变换前后 U s、 U c、 I s、 I c不变，其中 U s、 U c、 I s、 I c分别是换流站连接交流母线电压的复数值、站内交流侧电压的复数值、交流电网注入换流站的电流复数值，站内注入交流侧母线的交流电流复数值；可得站内π型电路线路导纳参数公式：
Figure 551052DEST_PATH_IMAGE046
（6）
式中，Y s-e,i 、Y s-c,i 、Y c-e,i 分别表示转换后换流站连接的电网母线的对地导纳、电网母线与换流站内交流母线的连接导纳，以及站内交流母线的对地导纳；Y s-f,i 、Y f,i 、Y f-c,i 分别指换流站所连接电网的交流母线与站内滤波母线的连接导纳、站内滤波母线的对地导纳、滤波母线与站内交流母线的连接导纳；
电路变换后，母线s与母线c之间的连接变成典型的π型电路，交流电网流输出至VSC换流站的视在功率为
Figure 527229DEST_PATH_IMAGE047
，其中S vsc,i 的实部为有功功率P vsc,i ，虚部为无功率Q vsc,i ，其中
Figure 975528DEST_PATH_IMAGE048
是交流电网注入i换流站电流的共轭值，每个VSC换流站看作交流电网的一条支路，可由潮流公式得到P vsc,i 、Q vsc,i 计算公式如下：
Figure 37156DEST_PATH_IMAGE049
（7）
Figure 963524DEST_PATH_IMAGE050
（8）
式中，i=1,2,…,p，G s-c,i 、B s-c,i ，G s-e,i 、B s-e,i 分别表示电路变换后，换流站所连接电网的交流母线与站内交流母线的连接电导、电纳，换流站所连接电网的交流母线的对地电导、电纳；δ s-c,i 是换流站所连接交流电网母线电压与站内交流侧母线电压的相位差；
再联立公式(1)，即可建立P vsc,i 、Q vsc,i 与λ i 、调制波的相位δ c,i 、以及U dc,i 的关系式；当VSC选择下垂控制和定Q vsc控制时，可建立VSC换流站的有功方程h vp,i 和无功方程h vq,i ；
Figure 309055DEST_PATH_IMAGE051
（9）
式中，
Figure 676058DEST_PATH_IMAGE052
是换流站输出无功功率的设定值；P vsc,i 、Q vsc,i 分别表示换流站输出的有功功率和无功功率；对于采用定U s控制的VSC换流站，连接的交流电网母线为视为PV类型，采用式(5)中的h Q,i 建立VSC换流站的无功平衡；
步骤2.3、滤波器母线的潮流模型：
每一个VSC换流站模型均含有一个滤波器母线f；f母线的外部注入功率P f,i 、Q f,i 为0，可以等效交流电网的PQ节点，采用交流电网PQ节点的潮流公式建立U f,i 、δ f,i 的方程；f母线有两条支路：f-c、f-s，滤波电容器的导纳Y f是母线f的对地导纳，于是有f母线的功率方程h Pf,i 、h Qf,i ：
Figure 474249DEST_PATH_IMAGE018
（10）
Figure 204308DEST_PATH_IMAGE019
（11）
式中，i=1,2,…,p，其中G f-f、B f-f是母线的自电导、自电纳，U s,i 、U f,i 、U c,i 分别表示换流站连接的交流电网母线电压、站内滤波器母线电压、站内交流母线电压；δ f-s,i 、δ f-c,i 、分别表示站内滤波母线与电网母线、滤波母线与站内交流母线的相位差；G f-s,i 、B f-s,i ，G f-c,i 、B f-c,i ，G f-f,i 、B f-f,i 分别是换流站内滤波母线与电网母线的连接电导、电纳，滤波母线与站内交流母线的连接电导、电纳，滤波母线的自电导、自电纳；
步骤2.4、建立VSC直流母线功率平衡：
VSC换流站将交流有功功率与直流功率进行转换，以流入VSC的功率方向为正方向，母线c处的交流有功功率P c,i 、直流功率P dc,i 、换流站的开关损耗P loss,i 以及站内直流母线的负载P dcl,i 构成平衡方程h dcv,i 如下：
Figure 404345DEST_PATH_IMAGE053
（12）
式中，i=1,2,…,p，其中：
Figure 679600DEST_PATH_IMAGE054
（13）
Figure 965088DEST_PATH_IMAGE055
（14）
式中，Y dc,ij 是直流电网母线i、j的连接导纳，G c-f,i 、B c-f,i 分别表示站内交流母线与滤波母线连接的电导、电纳，δ c-f,i 是站内交流母线与滤波母线的相位差；换流站开关损耗采用二次方程模型如下：
Figure 498837DEST_PATH_IMAGE056
（15）
式中，α i 、β i 、γ i 分别为第i个VSC换流站的固定损耗系数、线性损耗系数、二次项损耗系数，I c,i 是站内交流母线流出的电流，且有：
Figure 553381DEST_PATH_IMAGE057
（16）
其中，P c,i 、Q c,i 分别是第i个VSC换流站站内交流母线的有功功率和无功功率；
步骤2.5、建立直流电网内部母线功率平衡：
在直流电网中，除VSC换流站直流母线dc，其他直流电网内部母线的功率平衡方程h dcn,i 满足：
Figure 999537DEST_PATH_IMAGE058
（17）
式中，i=1,2,…,k-p，P dcn、U dcn分别表示直流电网内部母线的注入功率与母线电压；
步骤2.6、建立主站直流电压平衡：
VSC-MTDC混合电网中若设置VSCp为主换流站，则主站直流电压保持不变，有直流电压平衡方程h dc,p ：
Figure 772321DEST_PATH_IMAGE059
（18）
式中，
Figure 844182DEST_PATH_IMAGE060
为主站电压设定值，U dc,p 是站内直流母线电压。
在本实施例中，在步骤3中，基于含VSC-MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组包括：
含VSC交直流混合电网的潮流方程组包括：交流电网的潮流方程、VSC换流站潮流方程以及直流电网内部母线的潮流方程；
交流电网的潮流方程按照公式(5)处理，当VSC采用定有功功率控制策略时，公式(5)中的P vsc,i 为定值；当VSC采用下垂控制策略时，P vsc,i 为下垂控制表达式P vd,i ；当VSC为主站时，P vsc,i 为公式(7)中的表达式；交流电网i母线为PQ节点时，交流电网的潮流方程需要公式(5)中h Q,i ；若VSCi采用定交流电压控制策略，交流电网的i母线应按照PV节点求解潮流，此时h Q,i 用以建立VSC换流站的无功方程，为区分表述，将用于建立VSC无功方程的h Q,i 标记为h Qv,i ；
在n节点交流电网中，假设第n节点为交流电网松弛母线，第1~p节点连接VSC；可令第1~m端VSC换流站为自适应下垂控制，m+1~t端VSC换流站为常系数下垂控制，t+1~p-1端VSC换流站为定有功功率控制；令第p换流站为主站，无功采用定无功功率控制；假设交流电网中PQ节点集合为N PQ，定无功功率控制VSC的集合为N VQ；定交流电压控制VSC的集合为N VV，由于VSC的无功控制只有定无功功率和定交流电压两种策略，所以N VQ∪N VV是VSC的全集，总数为p；联立交流电网潮流方程与VSC换流站潮流方程，可建立混合电网的非线性潮流方程组；变量和方程统计如下：
变量：δ i (i=1~n-1)；U i (i∈N PQ)；δ f , i ，U f,i ，δ c , i ，λ i (i=1~p)；U dc,i (i=1~k)；C i (i=1~m)，数量共计n+k+m+4p+N PQ -1；
方程：h P,i (i=1~n-1)；h Q,i (i∈N PQ)；h Pf,i ，h Qf,i ，h dcv,i (i=1~p)；h vp,i (i=1~p-1)；h vq,i (i∈N VQ)；h Qv,i (i∈N VV)；h dcn,i (i=1~k-p)；h dc,p ；h c,i (i=1~m)，总数与变量相同，可采用牛顿法求解；
将上述变量写成向量X形式如下：
Figure 753232DEST_PATH_IMAGE061
（19）
式中X s=[δ i , U i ]T，X f=[δ f , i , U f , i ]T，X v=[δ c , i , λ i , U dc , i , C i ]T；将上述方程h看做变量X的函数，并写成向量H形式：
Figure 635869DEST_PATH_IMAGE062
（20）
式中H s=[h P,i , h Q,i ]T，H f=[h Pf,i ,h Qf,i ]T，H v=[H δc,H λ, H D, H C]T，其中H δc=[h vp,i ,h vq,p ]T，H λ=[h vq,i , h Qv,i , h dcv,p ]T，H D=[h dcv,1~p-1, h dc,p , h dcn,i ]T，H C=[h c,i ]T，于是上述问题转化为H为0时，求X的值，可建立牛顿潮流方程：
Figure 630369DEST_PATH_IMAGE063
（21）
式中J是H的雅克比矩阵，∆X为X的修正量，∆H是H的不平衡量。
在本实施例中，在步骤3中，包括对PM控制策略进行转换，具体如下：
在方程组H中，λ i 是自由变量，大小主要受U s,i 或Q vsc,i 取值的影响，当U s,i 或Q vsc,i 设置不合理时，潮流结果可能出现λ i >1的情况，意味着VSC处于过调制状态，计算结果无法接受，此时为得到合理的潮流结果，应限制λ i 在小于或等于1的某一个数值；设
Figure 505922DEST_PATH_IMAGE064
是换流站i的调制度设定值，则有以下等式：
Figure 269478DEST_PATH_IMAGE065
（22）
如采用式(22)控制策略，λ i 相应的求解方程变为h λ,i ，其控制策略变为定调制度控制，简称为PM控制策略；VSC选择PM控制策略，如同交流电网节点类型转换，换流站的无功控制量将不再保持恒定；VSC换流站在PM控制策略下求得的潮流结果，可通过将相应VSC修改为定P vsc、定Q vsc的控制策略重新计算潮流，检验其结果是否与PM控制策略下的潮流结果一致来验证，以实现不同MI值下的潮流计算。
在本实施例中，在步骤4中，对潮流方程组进行求解，包括：
步骤4.1，读入交直流电网参数以及VSC换流站内的支路参数，并设置收敛精度值ε；
步骤4.2，形成交流电网与直流电网的支路导纳矩阵；
步骤4.3，判断VSC的控制策略方式，进而选择不同的求解方程；
步骤4.4，由交流电网的潮流模型、VSC换流站的潮流模型、直流电网的潮流模型构建混合电网的潮流方程组；
步骤4.5，输入初始变量值X 0；
步骤4.6，计算初始误差△H=0-H(X0) ；
步骤4.7，判断误差是否满足max(△H)<ε；
步骤4.8，步骤4.7满足，则判断X是否满足限制条件；
步骤4.9，X不满足限制条件，则更新H，进入步骤4.12；
步骤4.10，X满足，跳到步骤4.16；
步骤4.11，步骤4.7不满足；
步骤4.12，求解jacobi矩阵J,计算步长
Figure 603244DEST_PATH_IMAGE034
；
步骤4.13，更新变量X=X+△X；
步骤4.14，计算误差△H=0-H(X) ；
步骤4.15，返回步骤4.7；
步骤4.16，输出结果，结束。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用；
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换；另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围；因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；其中，VSC为电压源换流器的简称；
步骤2，基于VSC功率控制模型，建立含VSC-MTDC混合电网潮流模型；其中，VSC-MTDC为基于VSC的多端直流输电系统的简称；
步骤3，基于含VSC-MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组；
步骤4，采用统一迭代法对潮流方程组进行求解。
2.根据权利要求1所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤1中，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型包括：
VSC换流站的站内共有4处母线，包括：与交流电网连接的母线s，连接变压器、换相电抗器和滤波器的母线f，换流站交流出口母线c以及站内直流母线dc；
稳态运行时，VSC与交流系统间传输的有功功率与无功功率大小，一方面受换流桥额定线电流I c的限制，同时还取决于换流桥输出线电压U c的大小，U c由直流侧电压U dc、直流电压利用率
Figure 535956DEST_PATH_IMAGE001
以及MI值
Figure 223289DEST_PATH_IMAGE002
共同决定，当VSC采用空间矢量调制，直流采用双极性系统时，有如下关系：
Figure 817082DEST_PATH_IMAGE003
Figure 707809DEST_PATH_IMAGE004
VSC对交流系统的功率控制以有功功率和无功功率为目标，有功功率控制目标的指令是交流电网侧有功功率P s或直流侧电压U dc；无功功率控制目标是交流侧无功功率Q s或交流侧电压U s；在dq0坐标系下，由瞬时功率理论，VSC对电网的输出功率有如下公式；
Figure 412459DEST_PATH_IMAGE005
(2)
式中，u sd是网侧电压d轴分量；i d、i q分别是d轴电流、q轴电流；
VSC有功包括三种控制策略，无功包括两种控制策略，共五种控制策略，其中：策略一是有功下垂控制，策略二是定有功功率控制，策略三是定直流电压控制，策略四是定交流电压控制，策略五是定无功功率控制；在VSC正常运行时，有功功率和无功功率分别选择相应的控制对象，VSC-MTDC各控制方式中的有功选择如下：
主从控制，主站的有功功率选择策略三，从站的有功功率选择策略二；
电压裕度控制，主站有功功率选择策略三，从站有功功率选择策略二，当主站功率越限时，主站的有功功率从策略三切换到策略二，事先指定的作为后备主站的从换流站将有功功率从策略二切换到策略三；
电压下垂控制，换流站有功功率选择策略一；
电压下垂控制策略是通过多个具有直流电压、功率调节能力的换流站共同控制，共同承担功率平衡和稳定直流电压；下垂控制对象有VSC输出交流功率P s、VSC直流功率P dc、VSC直流电流i dc以及VSC输出频率w；采用VSC下垂控制有如下公式：
Figure 954299DEST_PATH_IMAGE006
(3)
式中，
Figure 453414DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 828507DEST_PATH_IMAGE008
分别是VSC下垂控制的电压、有功功率参考值；C i 是下垂曲线的斜率；当C i =0时，下垂控制变为定有功控制，有功功率值为
Figure 71269DEST_PATH_IMAGE009
；P vd,i 是VSC下垂控制策略下的输出功率，U dc,i 指i换流站直流母线电压；
采用自适应下垂控制策略构造关于C i 的方程h c,i 如下式所示：
Figure 733195DEST_PATH_IMAGE010
(4)
式中，C 0,i 、
Figure 153943DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 268529DEST_PATH_IMAGE012
分别为第i个VSC换流站下垂系数的当前值、最大整流功率、直流电压滞环阈值，当直流电压与额定值之差在阈值范围内时，保持当前下垂系数值C 0 , i 不变；
Figure 49404DEST_PATH_IMAGE013
为直流系统电压所允许的最大偏差，可选取直流电压参考值的5%，式(4)中h c,i 值为0。
3.根据权利要求2所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤2中，基于VSC功率控制模型，建立含VSC-MTDC混合电网潮流模型包括：
步骤2.1、建立交流电网潮流模型：
混合电网中交流电网潮流模型可建立交流电网功率方程h P,i 、h Q,i 如下：
Figure 565836DEST_PATH_IMAGE014
(5)
式中，i是交流电网的母线编号，i=1,2,…,n，以下公式对交流电网单个母线列写公式时，都以i表示，其中当i属于1~p表示编号为1~p的换流站依次连接在1~p交流电网母线处，j表示i母线所连接的其他母线序号；另外在下文步骤2.4中，i表示连接换流站的直流母线编号：i=1,2,…,p，在下文步骤2.5中，i表示直流电网内部母线的编号，即不连接换流站的直流母线编号，由于混合电网中共有k条直流母线，有p条母线连接换流站，内部直流母线即i=1,2,…,k-p；以下公式中变量的下缀带有“,i”表示针对第i条母线的公式参数；P i 、Q i 分别表示交流母线i注入的有功功率和无功功率；η i 表示交流母线i是否连接VSC换流站，取值1或0，且1表示连接，0表示不连接；δ i 表示交流母线i电压的相位，δ j 表示交流母线j电压的相位，δ ij =δ i -δ j 则表示母线i与母线j的电压相位差；P vsc,i 、Q vsc,i 分别表示交流电网对VSC换流站输出的有功、无功，与P s、Q s相对应；当有功控制策略为策略一或策略二时：P vsc,i =P vd,i ；当有功控制为策略三时，VSC的输出功率是未知量，并视为直流电网的松弛母线，用以平衡直流电网内换流站的有功功率，可由潮流结果计算得到；G ij 、B ij 是交流电网支路导纳参数；U i 是i换流站所连接交流电网母线的电压，U j 是与交流电网i母线连接的j交流电网母线电压；
步骤2.2、建立VSC换流站输出功率潮流模型：
将交流电网与VSC换流站之间的连接电路进行Y-△变换，变换前后 U s、 U c、 I s、 I c不变，其中 U s、 U c、 I s、 I c分别是换流站连接交流母线电压的复数值、站内交流侧电压的复数值、交流电网注入换流站的电流复数值，站内注入交流侧母线的交流电流复数值；可得站内π型电路线路导纳参数公式：
Figure 157485DEST_PATH_IMAGE015
(6)
式中，Y s-e,i 、Y s-c,i 、Y c-e,i 分别表示转换后换流站连接的电网母线的对地导纳、电网母线与换流站内交流母线的连接导纳，以及站内交流母线的对地导纳；Y s-f,i 、Y f,i 、Y f-c,i 分别指换流站所连接电网的交流母线与站内滤波母线的连接导纳、站内滤波母线的对地导纳、滤波母线与站内交流母线的连接导纳；
电路变换后，母线s与母线c之间的连接变成典型的π型电路，交流电网流输出至VSC换流站的视在功率为
Figure 759368DEST_PATH_IMAGE016
，其中S vsc,i 的实部为有功功率P vsc,i ，虚部为无功率Q vsc,i ，其中
Figure 343933DEST_PATH_IMAGE017
是交流电网注入i换流站电流的共轭值，每个VSC换流站看作交流电网的一条支路，可由潮流公式得到P vsc,i 、Q vsc,i 计算公式如下：
Figure 980451DEST_PATH_IMAGE018
(7)
Figure 8581DEST_PATH_IMAGE019
(8)
式中，i=1,2,…,p，G s-c,i 、B s-c,i ，G s-e,i 、B s-e,i 分别表示电路变换后，换流站所连接电网的交流母线与站内交流母线的连接电导、电纳，换流站所连接电网的交流母线的对地电导、电纳；δ s-c,i 是换流站所连接交流电网母线电压与站内交流侧母线电压的相位差；
再联立公式(1)，即可建立P vsc,i 、Q vsc,i 与λ i 、调制波的相位δ c,i 、以及U dc,i 的关系式；当VSC选择下垂控制和定Q vsc控制时，可建立VSC换流站的有功方程h vp,i 和无功方程h vq,i ；
Figure 832180DEST_PATH_IMAGE020
(9)
式中，
Figure 220436DEST_PATH_IMAGE021
是换流站输出无功功率的设定值；P vsc,i 、Q vsc,i 分别表示换流站输出的有功功率和无功功率；对于采用定U s控制的VSC换流站，连接的交流电网母线为视为PV类型，采用式(5)中的h Q,i 建立VSC换流站的无功平衡；
步骤2.3、滤波器母线的潮流模型：
每一个VSC换流站模型均含有一个滤波器母线f；f母线的外部注入功率P f,i 、Q f,i 为0，可以等效交流电网的PQ节点，采用交流电网PQ节点的潮流公式建立U f,i 、δ f,i 的方程；f母线有两条支路：f-c、f-s，滤波电容器的导纳Y f是母线f的对地导纳，于是有f母线的功率方程h Pf,i 、h Qf,i ：
Figure 453404DEST_PATH_IMAGE022
(10)
Figure 636123DEST_PATH_IMAGE023
(11)
式中，i=1,2,…,p，其中G f-f、B f-f是母线的自电导、自电纳，U s,i 、U f,i 、U c,i 分别表示换流站连接的交流电网母线电压、站内滤波器母线电压、站内交流母线电压；δ f-s,i 、δ f-c,i 、分别表示站内滤波母线与电网母线、滤波母线与站内交流母线的相位差；G f-s,i 、B f-s,i ，G f-c,i 、B f-c,i ，G f-f,i 、B f-f,i 分别是换流站内滤波母线与电网母线的连接电导、电纳，滤波母线与站内交流母线的连接电导、电纳，滤波母线的自电导、自电纳；
步骤2.4、建立VSC直流母线功率平衡：
VSC换流站将交流有功功率与直流功率进行转换，以流入VSC的功率方向为正方向，母线c处的交流有功功率P c,i 、直流功率P dc,i 、换流站的开关损耗P loss,i 以及站内直流母线的负载P dcl,i 构成平衡方程h dcv,i 如下：
Figure 212598DEST_PATH_IMAGE024
(12)
式中，i=1,2,…,p，其中：
Figure 138966DEST_PATH_IMAGE025
(13)
Figure 969650DEST_PATH_IMAGE026
(14)
式中，Y dc,ij 是直流电网母线i、j的连接导纳，G c-f,i 、B c-f,i 分别表示站内交流母线与滤波母线连接的电导、电纳，δ c-f,i 是站内交流母线与滤波母线的相位差；换流站开关损耗采用二次方程模型如下：
Figure 588850DEST_PATH_IMAGE027
(15)
式中，α i 、β i 、γ i 分别为第i个VSC换流站的固定损耗系数、线性损耗系数、二次项损耗系数，I c,i 是站内交流母线流出的电流，且有：
Figure 387042DEST_PATH_IMAGE028
(16)
其中，P c,i 、Q c,i 分别是第i个VSC换流站站内交流母线的有功功率和无功功率；
步骤2.5、建立直流电网内部母线功率平衡：
在直流电网中，除VSC换流站直流母线dc，其他直流电网内部母线的功率平衡方程h dcn,i 满足：
Figure 851521DEST_PATH_IMAGE029
(17)
式中，i=1,2,…,k-p，P dcn、U dcn分别表示直流电网内部母线的注入功率与母线电压；
步骤2.6、建立主站直流电压平衡：
VSC-MTDC混合电网中若设置VSCp为主换流站，则主站直流电压保持不变，有直流电压平衡方程h dc,p ：
Figure 802291DEST_PATH_IMAGE030
(18)
式中，
Figure 592392DEST_PATH_IMAGE031
为主站电压设定值，
Figure 612301DEST_PATH_IMAGE032
是站内直流母线电压。
4.根据权利要求3所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤3中，基于含VSC-MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组包括：
含VSC交直流混合电网的潮流方程组包括：交流电网的潮流方程、VSC换流站潮流方程以及直流电网内部母线的潮流方程；
交流电网的潮流方程按照公式(5)处理，当VSC采用定有功功率控制策略时，公式(5)中的P vsc,i 为定值；当VSC采用下垂控制策略时，P vsc,i 为下垂控制表达式P vd,i ；当VSC为主站时，P vsc,i 为公式(7)中的表达式；交流电网i母线为PQ节点时，交流电网的潮流方程需要公式(5)中h Q,i ；若VSCi采用定交流电压控制策略，交流电网的i母线应按照PV节点求解潮流，此时h Q,i 用以建立VSC换流站的无功方程，为区分表述，将用于建立VSC无功方程的h Q,i 标记为h Qv,i ；
在n节点交流电网中，假设第n节点为交流电网松弛母线，第1~p节点连接VSC；可令第1~m端VSC换流站为自适应下垂控制，m+1~t端VSC换流站为常系数下垂控制，t+1~p-1端VSC换流站为定有功功率控制；令第p换流站为主站，无功采用定无功功率控制；假设交流电网中PQ节点集合为N PQ，定无功功率控制VSC的集合为N VQ；定交流电压控制VSC的集合为N VV，由于VSC的无功控制只有定无功功率和定交流电压两种策略，所以N VQ∪N VV是VSC的全集，总数为p；联立交流电网潮流方程与VSC换流站潮流方程，可建立混合电网的非线性潮流方程组；变量和方程统计如下：
变量：δ i (i=1~n-1)；U i (i∈N PQ)；δ f , i ，U f,i ，δ c , i ，λ i (i=1~p)；U dc,i (i=1~k)；C i (i=1~m)，数量共计n+k+m+4p+N PQ -1；
方程：h P,i (i=1~n-1)；h Q,i (i∈N PQ)；h Pf,i ，h Qf,i ，h dcv,i (i=1~p)；h vp,i (i=1~p-1)；h vq,i (i∈N VQ)；h Qv,i (i∈N VV)；h dcn,i (i=1~k-p)；h dc,p ；h c,i (i=1~m)，总数与变量相同，可采用牛顿法求解；
将上述变量写成向量X形式如下：
Figure 162362DEST_PATH_IMAGE033
(19)
式中X s=[δ i , U i ]T，X f=[δ f , i , U f , i ]T，X v=[δ c , i , λ i , U dc , i , C i ]T；将上述方程h看做变量X的函数，并写成向量H形式：
Figure 216906DEST_PATH_IMAGE034
(20)
式中H s=[h P,i , h Q,i ]T，H f=[h Pf,i ,h Qf,i ]T，H v=[H δc,H λ, H D, H C]T，其中H δc=[h vp,i , h vq,p ]T，H λ=[h vq,i , h Qv,i , h dcv,p ]T，H D=[h dcv,1~p-1, h dc,p , h dcn,i ]T，H C=[h c,i ]T，于是上述问题转化为H为0时，求X的值，可建立牛顿潮流方程：
Figure 912329DEST_PATH_IMAGE035
(21)
式中J是H的雅克比矩阵，∆X为X的修正量，∆H是H的不平衡量。
5.根据权利要求4所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤3中，包括对PM控制策略进行转换，具体如下：
在方程组H中，λ i 是自由变量，大小主要受U s,i 或Q vsc,i 取值的影响，当U s,i 或Q vsc,i 设置不合理时，潮流结果可能出现λ i >1的情况，意味着VSC处于过调制状态，计算结果无法接受，此时为得到合理的潮流结果，应限制λ i 在小于或等于1的某一个数值；设
Figure 685113DEST_PATH_IMAGE036
是换流站i的调制度设定值，则有以下等式：
Figure 504777DEST_PATH_IMAGE037
(22)
如采用式(22)控制策略，λ i 相应的求解方程变为
Figure 413827DEST_PATH_IMAGE038
，其控制策略变为定调制度控制，简称为PM控制策略；VSC选择PM控制策略，如同交流电网节点类型转换，换流站的无功控制量将不再保持恒定；VSC换流站在PM控制策略下求得的潮流结果，可通过将相应VSC修改为定P vsc、定Q vsc的控制策略重新计算潮流，检验其结果是否与PM控制策略下的潮流结果一致来验证，以实现不同MI值下的潮流计算。
6.根据权利要求4所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤4中，对潮流方程组进行求解，包括：
步骤4.1，读入交直流电网参数以及VSC换流站内的支路参数，并设置收敛精度值ε；
步骤4.2，形成交流电网与直流电网的支路导纳矩阵；
步骤4.3，判断VSC的控制策略方式，进而选择不同的求解方程；
步骤4.4，由交流电网的潮流模型、VSC换流站的潮流模型、直流电网的潮流模型构建混合电网的潮流方程组；
步骤4.5，输入初始变量值X 0；
步骤4.6，计算初始误差△H=0-H(X0) ；
步骤4.7，判断误差是否满足max(△H)<ε；
步骤4.8，步骤4.7满足，则判断X是否满足限制条件；
步骤4.9，X不满足限制条件，则更新H，进入步骤4.12；
步骤4.10，X满足，跳到步骤4.16；
步骤4.11，步骤4.7不满足；
步骤4.12，求解jacobi矩阵J,计算步长
Figure 545731DEST_PATH_IMAGE039
；
步骤4.13，更新变量X=X+△X；
步骤4.14，计算误差△H=0-H(X) ；
步骤4.15，返回步骤4.7；
步骤4.16，输出结果，结束。
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