一种含能量路由器的交直流网络潮流模型及求解方法技术

本发明专利技术公开了一种含能量路由器的交直流网络潮流模型及求解方法，首先根据能量路由器的拓扑结构对不同类型的端口进行稳态建模，然后根据端口的不同控制方式书写统一的控制方程，之后建立含有能量路由器的交直流网络潮流模型，最后通过本发明专利技术提出的改进统一潮流求解法求解该模型。本发明专利技术所提出的含有能量路由器的交直流网络潮流模型综合考虑了能量路由器的多种控制方式，满足交直流网络的运行要求，同时改进的统一潮流求解法能够快速、准确地求解该模型，能够对未来含有能量路由器的交直流网络的科学规划、经济调度及系统安全性分析提供一定的技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种含能量路由器的交直流网络潮流模型及求解方法
本专利技术涉及一种含能量路由器的交直流网络潮流模型及求解方法。
技术介绍
能源互联网是以电网为基础的能源互联网络。电网中的能量路由器是一种新型的电力电子变压器，能够在未来能源互联网的建设过程中替代传统的交流变压器实现交直流混合网络的互联，满足大量分布式电源的平等接入，是未来能源互联网建设的核心。准确地建立包含能量路由器的交直流网络潮流计算模型及快速求解混合网络潮流对交直流混合网络的合理规划、经济调度具有重要意义。在建立、求解含有能量路由器的交直流网络潮流模型的过程中，一方面需要充分考虑能量路由器的控制方式，确保模型的通用性，另一方面需要考虑模型求解方法的效率，保证能够快速准确地求解交直流网络潮流解。目前求解交直流网络潮流解的方法包括迭代求解法和统一求解法。其中前者实现较易，但交直流网络之间的耦合变量增多时，易出现潮流解不收敛的情况；后者计及全部变量耦合关系，收敛性好，但计算雅克比矩阵元素所占内存较多。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种含能量路由器的交直流网络潮流模型及求解方法，本专利技术的模型综合考虑能量路由器的多种控制方式，适用交直流网络运行要求，同时基于本专利技术提出的改进统一潮流求解法求解该模型，能够快速、准确地求解含有能量路由器的交直流网络潮流模型，可为交直流网络的规划运行提供一定的技术支持。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含能量路由器的交直流网络潮流模型，包括能量路由器不同类型的端口的稳态计算模型，不同类型的端口至少包括高压侧和低压侧，高压侧和低压侧均包含交流端口和直流端口，两侧端口分别连接到对应侧公共直流母线，两条公共直流母线通过隔离变换器连接，隔离变换器稳态计算模型与直流端口模型相同，交流端口连接至交流节点，直流端口一次侧连接至能量路由器直流母线，二次侧连接至直流节点。进一步的，当能量路由器含有若干个交流端口和若干个直流端口时，整体功率满足以下条件：隔离变换器的运行损耗与隔离变换器注入高压直流母线和中压直流母线的功率的差值相等，且与所有端口的注入直流母线的有功功率以及注入能量路由器内部直流母线的功率之和相同。基于上述模型的求解方法，包括以下步骤：对能量路由器交直流端口的不同控制方式进行分类，在稳态下确定统一的端口控制方程；考虑能量路由器的控制方程，建立含有能量路由器的交直流网络统一潮流计算模型；对统一潮流求解方法进行改进，将网络潮流模型中能量路由器端口控制方程中控制量的实际值用其期望值替代，列写统一的雅克比矩阵，通过牛顿法迭代求解，利用改进的统一潮流求解方法求解该网络潮流解。进一步的，能量路由器的交流端口控制方程包括交流节点的有功功率控制方程和无功功率控制方程，有功功率控制方程为：交流端口节点的注入有功功率与有功功率期望值的差值和第一比例系数的乘积，以及该端口对应的能源路由器内部的直流母线电压和其期望值的差值与第二比例系数乘积相加，其和等于零。无功功率控制方程为：交流端口节点的注入无功功率与无功功率期望值的差值和第三比例系数的乘积，以及该端口对应的能源路由器内部的电压和其期望值的差值与第四比例系数乘积相加，其和等于零。进一步的，第一比例系数为交流有功功率控制系数，第三比例系数为无功功率控制系数，第二比例系数与第一比例系数之和为1，第四比例系数与第三比例系数之和为1。进一步的，直流端口控制方程仅包含直流节点的电压有功功率控制方程，具体为：直流端口的有功功率控制系数与注入该直流端口的有功功率与其期望的差值的乘积，以及电压与电压期望值的差值与电压控制系数的乘积，进行相加，其和等于零。进一步的，高压侧选择一个端口为功率平衡端口，其有功功率控制方式为定高压直流母线控制，用以维持能量路由器内部高压直流母线电压；内部中压直流母线电压通过隔离变换器采用定直流电压控制保证其大小在可接受范围内。建立含有能量路由器的交直流网络统一潮流计算模型的具体过程包括：根据交直流网络节点数和连接的能量路由器数量，确定交直流混合网络状态变量和对应的功率平衡方程；分别列写交流和直流网络潮流方程，将能量路由器各端口视为等效负荷，构建各节点的功率平衡方程；根据交流端口控制方程列写能量路由器控制方程，形成统一潮流计算模型。结合交替求解法和统一潮流法的优势，采用改进的统一潮流求解法求解网络潮流，对于能量路由器的交流端口，用给定控制量的有功和无功能期望值代替实际值有功功率和无功功率，代入到交流网络潮流方程；对于直流端口，将给定控制量的期望值代替实际值代入到直流网络方程；根据交直流网络功率平衡方程列写统一的雅克比矩阵，通过牛顿法迭代求解网络潮流解。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种含有能量路由器的交直流网络潮流模型及快速求解该模型的方法，该模型充分考虑了能量路由器端口的多种控制方式，能够保证能量路由器适应不同的运行环境，且提出的改进统一潮流计算方法能够保证快速准确的求解含有能量路由器的交直流网络潮流解。该模型和求解方法对含有能量路由器的交直流网络科学规划、经济运行和系统安全性分析具有一定的指导价值。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为能量路由器结构拓扑图。图2为能量路由器交流端口计算模型示意图。图3为能量路由器直流端口计算模型示意图。图4为求解含有能量路由器交直流网络潮流解流程图。图5为改进的IEEE30节点系统图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术首先根据能量路由器的拓扑结构对不同类型的端口进行稳态建模，然后根据端口的不同控制方式书写统一的控制方程，之后建立含有能量路由器的交直流网络潮流模型，最后通过本专利技术提出的改进统一潮流求解法求解该模型。本专利技术所提出的含有能量路由器的交直流网络潮流模型综合考虑了能量路由器的多种控制方式，满足交直流网络的运行要求，同时改进的统一潮流求解法能够快速、准确地求解该模型，能够对未来含有能量路由器的交直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含能量路由器的交直流网络潮流模型，其特征是：包括能量路由器不同类型的端口的稳态计算模型，不同类型的端口至少包括高压侧和低压侧，高压侧和低压侧均包含交流端口和直流端口，两侧端口分别连接到对应侧公共直流母线，两条公共直流母线通过隔离变换器连接，隔离变换器稳态计算模型与直流端口模型相同，交流端口连接至交流节点，直流端口一次侧连接至能量路由器直流母线，二次侧连接至直流节点。

【技术特征摘要】
1.一种含能量路由器的交直流网络潮流模型，其特征是：包括能量路由器不同类型的端口的稳态计算模型，不同类型的端口至少包括高压侧和低压侧，高压侧和低压侧均包含交流端口和直流端口，两侧端口分别连接到对应侧公共直流母线，两条公共直流母线通过隔离变换器连接，隔离变换器稳态计算模型与直流端口模型相同，交流端口连接至交流节点，直流端口一次侧连接至能量路由器直流母线，二次侧连接至直流节点。2.如权利要求1所述的一种含能量路由器的交直流网络潮流模型，其特征是：当能量路由器含有若干个交流端口和若干个直流端口时，整体功率满足以下条件：隔离变换器的运行损耗与隔离变换器注入高压直流母线和中压直流母线的功率的差值相等，且与所有端口的注入直流母线的有功功率以及注入能量路由器内部直流母线的功率之和相同。3.基于如权利要求1或2所述的模型的求解方法，其特征是：包括以下步骤：对能量路由器交直流端口的不同控制方式进行分类，在稳态下确定统一的端口控制方程；考虑能量路由器的控制方程，建立含有能量路由器的交直流网络统一潮流计算模型；对统一潮流求解方法进行改进，将网络潮流模型中能量路由器端口控制方程中控制量的实际值用其期望值替代，列写统一的雅克比矩阵，通过牛顿法迭代求解，利用改进的统一潮流求解方法求解该网络潮流解。4.如权利要求3所述的求解方法，其特征是：能量路由器的交流端口控制方程包括交流节点的有功功率控制方程，有功功率控制方程为：交流端口节点的注入有功功率与有功功率期望值的差值和第一比例系数的乘积，以及该端口对应的能源路由器内部的直流母线电压和其期望值的差值与第二比例系数乘积相加，其和等于零。5.如权利要求3所述的求解方法，其特征是：能量路由器的交流端口控制方程包括交流节点的无功功率控制方程，具体为：交流端口节点的注入无功功率与无...

【专利技术属性】
技术研发人员：段青，沙广林，盛万兴，郭靖，李可军，邓敬方，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11