CN114629122A - 一种交直流混合配电网线性潮流计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交直流混合配电网线性潮流计算方法,包括以下步骤:获取交流电网中功率基准值、基准电压和基准电流,获取直流电网功率有名值、电压有名值和电流有名值,计算直流网络中功率、电压和电流的标幺值;获取每个直流节点的注入直流电压,计算每个节点的注入直流电流,建立直流网络模型;根据直流网络模型计算直流潮流数据;获取换流器公共连接点处的交流侧电压、有功功率和无功功率,获取换流器交流侧的电压、注入有功功率和注入无功功率,获取换流器直流侧的电压的电流,建立交流网络的潮流计算模型;根据交流网络的潮流计算模型获取交流潮流数据,本发明计算速度快,计算精度高,通用性强。
Description
技术领域
本发明涉及配电网潮流计算领域,特别涉及一种交直流混合配电网线性潮流计算方法。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展,直流输出型分布式电源不断接入不同等级配电系统,伴随着交直流敏感负荷数量的显著增加,急需研究一种满足交直流混合配电网潮流分析方法。传统非线性潮流算法有牛顿拉夫逊法、高斯-赛德尔法、快速解藕法等,现在配电网常用的算法有前推回代法、改进牛顿法、回路阻抗法和隐式Zbus高斯法等。传统算法和现在常用算法由于需要对非线性方程组迭代计算,故计算费时,且在配电网常见的过负荷和高阻抗比情况下求解不收敛,难以满足现代配电系统需要精确和快速的潮流结果来进行实时运行、分析和控制的需求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种交直流混合配电网潮流计算方法,计算速度快,计算精度高,通用性强,满足现代配电系统需要精确和快速的潮流结果来进行实时运行、分析和控制的需求。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种交直流混合配电网线性潮流计算方法,包括以下步骤:
获取交流电网中功率基准值、基准电压和基准电流,获取直流电网功率有名值、电压有名值和电流有名值,计算直流网络中功率、电压和电流的标幺值;
获取每个直流节点的注入直流电压,计算每个节点的注入直流电流,建立直流网络模型;
根据直流网络模型计算直流潮流数据;
获取换流器公共连接点处的交流侧电压、有功功率和无功功率,获取换流器交流侧的电压、注入有功功率和注入无功功率,获取换流器直流侧的电压的电流,建立交流网络的潮流计算模型;
根据交流网络的潮流计算模型获取交流潮流数据。
进一步的,所述交直流混合配电网包括n个直流节点和e个正常工作的换流器,所述换流器包括1个松弛换流器,m-1个采用电压-功率下垂控制的换流器和e-m采用定有功控制的换流器和n-e个没有运行的换流器,其中1< m<e≤n。
进一步的,所述直流网络模型为:
进一步的,根据直流网络模型计算直流潮流数据的步骤为:
根据并网装置的控制模式和DG换流的控制策略将节点分为电压型节点和功率型节点;
建立ΔPDCn和ΔUDCm之间的关系:
DC(X(k))=[ΔPDC1,ΔPDC2,...,ΔPDCn,ΔUDC1,ΔUDC2,...,ΔUDCm]
DC(X(k))是要求解的方程组,ΔPDCn是n节点的功率,ΔUDCm是m节点的电压;
其中待求变量为:
X=[PDC1,PDC2,...,PDCn,UDC1,UDC2,...,UDCm]
采用牛顿迭代法计算得ΔX(k);
用ΔX修正X,X(k+1)=X(k)-ΔX(k),得到新的直流网节点功率和电压。
进一步的,交流网络的潮流计算模型为:
其中,Pa、Qa为各节点有功、无功注入功率列向量;B’,G’为改进电纳、电导矩阵;G、B为节点电导、电纳矩阵;δa,Va为各节点电压相角、幅值列向量。
本发明的有益效果是:
由于配电系统中出现的直流设备及网络改变了传统交流配电网的网架结构和运行方式,工程计算中经常会遇到潮流计算收敛困难甚至不收敛的现象,严重影响了后续的安全稳定计算分析。本发明将直流部分数据计算并纳入到交流部分的计算中,大大简化了交直流配网的潮流计算方法,计算精度高,通用性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为VSC的拓扑图。
图3为交直流混合配网拓扑图。
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,所描述的实施例仅仅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做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。
交直流混合配电网包括n个直流节点和e个正常工作的换流器,所述换流器包括1个松弛换流器,m-1个采用电压-功率下垂控制的换流器和e-m采用定有功控制的换流器和n-e个没有运行的换流器,其中1<m<e≤n,松弛换流器为第一个换流器。
一种交直流混合配电网线性潮流计算方法,包括以下步骤:
获取交流电网中功率基准值、基准电压和基准电流,获取直流电网功率有名值、电压有名值和电流有名值,计算直流网络中功率、电压和电流的标幺值;
获取每个直流节点的注入直流电压,计算每个节点的注入直流电流,建立直流网络模型;
当系统处于稳态时,把直流网络表示为在各个节点有电流注入的阻性网络,直流节点i(i∈{1,2,....,n})处的流入电流可以表示为流向其他n-1个节点的电流之和,即:
直流网络模型为:
Idc为直流电流向量,Vdc为直流电压向量。
根据直流网络模型计算直流潮流数据;
A直流潮流计算中不存在无功功率以及电压相角,在考虑并网装置的控制模式以及DG环流的控制策略时,根据并网装置的控制模式和DG换流的控制策略将直流子网节点分为电压型和功率型节点。
B对于一个有m个电压型节点和h个功率型节点的直流子网,建立ΔPDCh和ΔUDCm之间的关系,即:
DC(X(k))=[ΔPDC1,ΔPDC2,...,ΔPDCh,ΔUDC1,ΔUDC2,...,ΔUDCm]
DC(X(k))是要求解的方程组,ΔPDCh是h节点的功率,ΔUDCm是m节点的电压。
其中待求变量为:
X=[PDC1,PDC2,...,PDCn,UDC1,UDC1,...,UDCm]
C采用牛顿迭代法求解上述方程,求得ΔX(k):
获取换流器公共连接点处的交流侧电压、有功功率和无功功率,获取换流器交流侧的电压、注入有功功率和注入无功功率,获取换流器直流侧的电压的电流,建立交流网络的潮流计算模型;
交直流混合配电系统中VSC(电压源变换器)的控制方式主要有以下4种:①定交流侧有功Ps、定交流侧无功Qs;②定交流侧有功Ps、定交流侧电压Us;③定直流侧电压UDC、定交流侧无功Qs;④定直流侧电压UDC、定交流侧电压Us。在潮流计算中,采用①、②控制模式的VSC可视为PQ节点,采用③、④控制模式的可视为PV节点。即配电网交替迭代法中交、直流子系统的划分界限设定在公共连接点处,在进行交流子系统潮流计算时,依据VSC的控制策略,把公共连接点等效为PQ或PV节点,从而直接使用已有的交流潮流计算方法。VSC的拓扑图如图2所示。
交流网络的潮流计算模型的建立步骤为:
A、获取VSC节点各变量关系
1)获取换流电抗器等效电感XL和等效电阻RL;
2)获取分别为换流器t(t∈{1,,,,k})公共连接点处的交流侧电压 UACt、有功功率PACt和无功功率QACt;
3)获取换流器t交流侧的电压UDt、注入有功功率PDt和注入无功功率QDt;
4)获取换流器t直流侧的电压UDCt和电流IDCt;
5)VSC节点各变量关系如下:
其中,Mt为VSC的电压调制比;θt为UACti与UDt之间的电压相角差。因此,每个VSC的控制参数变量为XVSCt=[UDCt,IDCt,θt,Mt]。
B、将交流网络潮流方程线性化,
随着交流网络的潮流计算模型的建立,在换流器两侧,将直流网络部分的数据经过转换,成交流网络的一部分,之后再把整个转换后的交流网络线性化。根据典型配电网特点之一,母线电压幅值趋近于1p.u.,则可选择性地作近似Va=1.0p.u.。因此有功与无功可表示为:
再由典型配电网特点之二,母线a和母线b之间的相角差δab很小,则可作近似sinδab≈δab,cosδab≈δab代入上式则有功无功可表示为:
此处再有选择性地作近似Vb≈1.0p.u.于有功Pa表达式括号中的第二项,展开可得:
由于δab=δa-δb,则:
该式可被进一步分成2个部分:
此处需要对第二部分Pay中含待求量δab=δa-δb的节点电纳矩阵中电纳与网络结构的关系进行深入分析,其中Bab为:
baa为母线a处连接的电气元件的电纳(含对地电纳);bab为线路a-b 的电纳;
对Bab求和可得:
那么
Baa为导纳矩阵对角线元素虚部,即b=a时,Bab=Baa;
代入Pa的表达式为:
将Vb≈1.0p.u.代入Pa的表达式中,求和符号里的第一项可得无功功率方程如下:
则Qa经过类似的推导后表示为:
式中:Gaa为导纳矩阵对角线元素实部。
其中:
式中:gaa为节点a处的连接的电气元件的电导(含对地电导);gab为线路a-b的电导。
最终,无功可表示为:
将Pa和Qa的表达式整理后重新写为如下形式:
以矩阵形式表示线性潮流计算方程为:
式中B’,G’为节点改进电纳、电导矩阵;G,B为节点电导、电纳矩阵; Pa,Qa为各节点有功、无功注入功率列向量;δa,Va为各节点电压相角、幅值列向量。交直流配网的拓扑图见如图3所示。
根据交流网络的潮流计算模型获取交流潮流数据
使用牛顿-拉夫逊法计算线性化之后的交流网络潮流方程,得到交流潮流数据,具体步骤为:
(1)网络中共有r个节点,编号为1,2,3,...,r,其中包含一个平衡节点,编号为s;
(2)网络中有(v-1)个PQ节点,编号为1,2,3,...,v,其中包含编号为s的平衡节点;
(3)网络中有r-v个PV节点,编号为v+1,v+2,...,r。
(4)建立修正方程如下:
潮流计算的基本步骤如下:
(1)形成节点导纳矩阵YB;
(6)计算各节点电压的新值,即修正后值:
(7)运用各节点电压的新值自第三步开始进入下一次迭代;
(8)计算平衡节点功率和线路功率:
平衡节点功率为:
线路功率为:
从而线路上的损耗为:
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种交直流混合配电网线性潮流计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取交流电网中功率基准值、基准电压和基准电流,获取直流电网功率有名值、电压有名值和电流有名值,计算直流网络中功率、电压和电流的标幺值;
获取每个直流节点的注入直流电压,计算每个节点的注入直流电流,建立直流网络模型;
根据直流网络模型计算直流潮流数据;
获取换流器公共连接点处的交流侧电压、有功功率和无功功率,获取换流器交流侧的电压、注入有功功率和注入无功功率,获取换流器直流侧的电压的电流,建立交流网络的潮流计算模型;
根据交流网络的潮流计算模型获取交流潮流数据。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混合配电网线性潮流计算方法,其特征在于,所述交直流混合配电网包括n个直流节点和k个正常工作的换流器,所述换流器包括1个松弛换流器,m-1个采用电压-功率下垂控制的换流器和k-m采用定有功控制的换流器和n-k个没有运行的换流器,其中1<m<k≤n。
4.根据权利要求3所述的一种交直流混合配电网线性潮流计算方法,其特征在于,根据直流网络模型计算直流潮流数据的步骤为:
根据并网装置的控制模式和DG换流的控制策略将节点分为m个电压型节点和h个功率型节点;
建立ΔPDCn和ΔUDCm之间的关系:
DC(X(k))=[ΔPDC1,ΔPDC2,…,ΔPDCn,ΔUDC1,ΔUDC2,…,ΔUDCm]
DC(X(k))是要求解的方程组,ΔPDCn是n节点的功率,ΔUDCm是m节点的电压;
其中待求变量为:
X=[PDC1,PDC2,…,PDCn,UDC1,UDC2,…,UDCm]
采用牛顿迭代法计算得ΔX(k):
用ΔX修正X,X(k+1)=X(k)-ΔX(k),得到新的直流网节点功率和电压。
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CN202011474952.9A CN114629122A (zh) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 一种交直流混合配电网线性潮流计算方法 |
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Cited By (2)
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CN112531731A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-03-19 | 国网河南省电力公司经济技术研究院 | 一种基于灵敏度分析的交直流混联配电网无功补偿方法 |
CN115995818A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-04-21 | 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 | 一种多能互补交直流混合配电网潮流计算方法 |
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- 2020-12-14 CN CN202011474952.9A patent/CN114629122A/zh active Pending
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