含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法技术

本发明专利技术涉及一种含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法。针对交直流电网潮流计算模型与计算技术耦合度高、程序编写复杂，算法收敛性差等问题，提出了基于直角坐标系将交直流电网的潮流计算问题分解为二次方程组的生成及求解问题，将潮流方程组的建模与数值求解方法解耦，大大减少了代码实现的复杂性；在建模过程中引入多平衡机及定高压母线电压控制模型，有效地解决了大规模交直流电网潮流计算收敛困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法
本专利技术涉及电力系统运行分析
，特别涉及一种含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法。
技术介绍
交流电网的潮流计算方法经过数十年的发展，目前已经较为成熟。牛顿拉夫逊法是电力系统潮流计算的重要方法，在实际电力系统中有着广泛的应用。最优乘子法通过在牛顿拉夫逊法潮流计算的每次迭代步引入最优步长，提高了潮流计算的收敛可靠性。对于潮流无解的情况，最优乘子法的迭代过程并不发散，一般最优乘子趋于0，能够获得最小二乘解，有助于分析潮流无解的原因，发现并修正数据中存在的问题。基于电流源换流器(CurrentSourceConverter,CSC)的高压直流(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)输电技术在远距离大容量功率传输中具有独特优势，在我国西电东送战略中发挥了重要作用。基于电压源换流器(VoltageSourceConverter,VSC)的柔性直流输电技术具有潮流可控性好、可向无源网络供电、运行方式灵活等特点，在电网互联、新能源接入、重要城市大容量输电、向无源受端负荷中心供电及构建直流电网等领域有着广泛的应用前景，交直流电网的仿真分析与运行控制成为电网研究人员关注的重要问题。交直流电网的潮流计算方法主要有交替迭代法和统一求解法。目前已公开的专利技术多采用交替迭代法求解交直流电网潮流，但交替迭代法存在迭代次数多，收敛性较差等缺点，有不少学者对统一求解法进行了研究，将牛顿拉夫逊法或最优乘子法推广应用于CSC-HVDC的交直流电网潮流计算。随着VSC-HVDC技术的日益成熟，含VSC-HVDC的交直流电网潮流计算问题受到了广泛关注。已公开的潮流计算方法一般先生成导纳矩阵，每次迭代则根据导纳矩阵及当前状态生成潮流修正方程(包括雅可比矩阵及右端项)，而后求解潮流修正方程并更新状态向量。在算法实现上，潮流模型与求解算法是耦合的，开发人员需要根据潮流方程编写修正方程右端项及雅可比矩阵各非零元素的计算代码。由于导纳矩阵并不能描述换流器模型，换流器的引入将引起潮流雅可比矩阵结构发生变化，并影响稀疏矩阵处理技术，导致交直流电网潮流计算的算法实现复杂，现有程序的改造工作量大且容易出错。大规模交直流电网潮流计算在实际应用中很容易出现潮流计算不收敛的情况，有学者提出了利用多平衡机或多机联合调压以提高潮流计算的收敛性，但目前多平衡机或多机联合调压的处理方式一般采用外部控制环实现，本质上是一种交替迭代法，导致迭代次数增加，且每一次内循环潮流计算仍为单平衡机，同样存在潮流收敛困难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，该方法提出了基于直角坐标系将交直流电网的潮流计算问题分解为二次方程组的生成及求解问题，将潮流方程组的建模与数值求解方法解耦，大大减少了代码实现的复杂性；在建模过程中引入多平衡机及定高压母线电压控制模型，有效地解决了大规模交直流电网潮流计算收敛困难的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，包括如下步骤，步骤S1：基于直角坐标系建立电压源换流器的二次模型；步骤S2：建立直流线路的二次模型；步骤S3：建立交流节点有功及无功的直角坐标潮流平衡方程；步骤S4：建立多平衡机线性模型；步骤S5：建立多机联合调压线性模型；步骤S6：建立直流节点直流功率平衡的二次模型；步骤S7：建立电压源换流器二次控制方程；步骤S8：形成交直流电网潮流计算的稀疏二次方程组；步骤S9：采用最优乘子法及稀疏矩阵技术求解稀疏二次方程组，获取交直流电网潮流解。在本专利技术一实施例中，在步骤S1中，基于直角坐标系建立电压源换流器的二次模型表达式如下：其中，eak+jfak表示交流侧节点复电压；eck+jfck表示VSC等值内电势相量；Pak+jQak表示交流侧复功率；Pdk表示流入换流器的直流功率；Rk+jXk表示换流器交流侧等值阻抗。在本专利技术一实施例中，在步骤S2中建立直流线路的二次模型，其数学表达式如下：Pij＝Vdi(Vdi-Vdj)/Rij(4)Pji＝Vdj(Vdj-Vdi)/Rij(5)Rij表示直流电阻；Vdi和Vdj分别表示节点i和节点j的直流电压幅值；设直流线路其始端节点号为i，末端节点号为j，Pij表示节点i流向节点j的直流功率；Pji表示节点j流向节点i的直流功率。在本专利技术一实施例中，在步骤S3中建立交流节点有功及无功的直角坐标潮流平衡方程，对于每个节点建立有功及无功初步方程，其数学表达式如下：其中，PGi和QGi分别表示节点i机组的有功出力和无功出力；PLi和QLi分别表示节点i的有功负荷和无功负荷；ei和fi分别表示交流节点i电压相量的实部和虚部；表示由节点i及其相邻交流节点构成的集合；表示与节点i相邻的VSC编号集；Gij和Bij分别表示导纳矩阵i行j列元素的实部和虚部。在本专利技术一实施例中，在步骤S4中建立多平衡机线性模型，具体过程如下：为了提高潮流计算的收敛性，建立多平衡机模型；设λP表示由各交流同步控制区域平衡机总有功出力构成的向量，则节点i的机组有功出力可描述为λP的线性函数，即其中，PGi(λP)表示节点i的机组有功出力对向量λP的函数；表示节点i的机组有功出力设定值；πPi表示节点i机组有功出力与向量λP的线性关联关系；采用PGi(λP)替换式(6)中的机组出力向量PGi，则有潮流计算中每个交流同步控制区域均需要指定一个节点作为相位参考点；实用中，直接选取平衡机所在节点作为相位参考节点，即其中，表示交流同步控制区域z的参考节点编号。在本专利技术一实施例中，在步骤S5中建立多机联合调压线性模型，具体过程如下：考虑到采用定电厂高压母线电压控制比采用定机端电压控制有利于提高潮流计算的收敛性，将目标电压控制母线相同的机组定义为一个无功控制区；设λQ表示由各无功控制区机组总无功出力构成的向量，则节点i的机组无功出力可描述为λQ的线性函数，即其中，QGi(λQ)表示节点i的机组无功出力对向量λQ的函数；表示节点i的机组无功出力设定值；πQi表示节点i机组无功出力与向量λQ的线性关联关系；采用QGi(λQ)替换式(7)中的机组出力向量QGi，则有在本专利技术一实施例中，在步骤S6中建立直流节点直流功率平衡的二次模型，具体表达式如下：其中，Vdi表示直流节点i的电压幅值；表示由直流节点i及其相邻直流节点构成的集合；Gij表示直流网络节点电导矩阵i行j列的元素。在本专利技术一实施例中，在步骤S7中建立电压源换流器二次控制方程，具体过程如下：VSC具有有功无功解耦控制的特点，其控制方程可以分为有功类控制方程和无功类控制方程；根据VSC有功类控制模式，建立对应的有功类控制方程；根据无功类控制模式，建立对应的无功类控制方程；下标k表示换流器编号，上标set表示设定值；(1)VSC有功类控制模式及控制方程：定直流电压控制：定换流器直流有功控制：定换流器交流有功控制：定换流变并网有功控制：孤岛供电的定频率控制：fck＝0其中Vdk表示换流器直流侧输出电压，Pdk表示换流器直流侧有功功率，Pak表示换流器交流侧输入有功功率，Ppk表示交流电网注入换流变压器的有功功率，fck表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤S1：基于直角坐标系建立电压源换流器的二次模型；步骤S2：建立直流线路的二次模型；步骤S3：建立交流节点有功及无功的直角坐标潮流平衡方程；步骤S4：建立多平衡机线性模型；步骤S5：建立多机联合调压线性模型；步骤S6：建立直流节点直流功率平衡的二次模型；步骤S7：建立电压源换流器二次控制方程；步骤S8：形成交直流电网潮流计算的稀疏二次方程组；步骤S9：采用最优乘子法及稀疏矩阵技术求解稀疏二次方程组，获取交直流电网潮流解。

【技术特征摘要】
1.一种含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤S1：基于直角坐标系建立电压源换流器的二次模型；步骤S2：建立直流线路的二次模型；步骤S3：建立交流节点有功及无功的直角坐标潮流平衡方程；步骤S4：建立多平衡机线性模型；步骤S5：建立多机联合调压线性模型；步骤S6：建立直流节点直流功率平衡的二次模型；步骤S7：建立电压源换流器二次控制方程；步骤S8：形成交直流电网潮流计算的稀疏二次方程组；步骤S9：采用最优乘子法及稀疏矩阵技术求解稀疏二次方程组，获取交直流电网潮流解。2.根据权利要求1所述的含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，在步骤S1中，基于直角坐标系建立电压源换流器的二次模型表达式如下：其中，eak+jfak表示交流侧节点复电压；eck+jfck表示VSC等值内电势相量；Pak+jQak表示交流侧复功率；Pdk表示流入换流器的直流功率；Rk+jXk表示换流器交流侧等值阻抗。3.根据权利要求2所述的含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，在步骤S2中建立直流线路的二次模型，其数学表达式如下：Pij＝Vdi(Vdi-Vdj)/Rij(4)Pji＝Vdj(Vdj-Vdi)/Rij(5)Rij表示直流电阻；Vdi和Vdj分别表示节点i和节点j的直流电压幅值；设直流线路其始端节点号为i，末端节点号为j，Pij表示节点i流向节点j的直流功率；Pji表示节点j流向节点i的直流功率。4.根据权利要求3所述的含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，在步骤S3中建立交流节点有功及无功的直角坐标潮流平衡方程，对于每个节点建立有功及无功初步方程，其数学表达式如下：其中，PGi和QGi分别表示节点i机组的有功出力和无功出力；PLi和QLi分别表示节点i的有功负荷和无功负荷；ei和fi分别表示交流节点i电压相量的实部和虚部；表示由节点i及其相邻交流节点构成的集合；表示与节点i相邻的VSC编号集；Gij和Bij分别表示导纳矩阵i行j列元素的实部和虚部。5.根据权利要求4所述的含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，在步骤S4中建立多平衡机线性模型，具体过程如下：为了提高潮流计算的收敛性，建立多平衡机模型；设λP表示由各交流同步控制区域平衡机总有功出力构成的向量，则节点i的机组有功出力可描述为λP的线性函数，即其中，PGi(λP)表示节点i的机组有功出力对向量λP的函数；表示节点i的机组有功出力设定值；πPi表示节点i机组有功出力与向量λP的线性关联关系；采用PGi(λP)替换式(6)中的机组出力向量PGi，则有潮流计算中每个交流同步控制区域均需要指定一个节点作为相位参考点；实用中，直接选取平衡机所在节点作为相位参考节点，即其中，表示交流同步控制区域z的参考节点编号。6.根据权利要求4所述的含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，在步骤S5中建立多机联合调压线性模型，具体过程如下：考虑到采用定电厂高压母线电压控制比采用定机端电压控制有利于提高潮流计算的收敛性，将目标电压控制母线相同的机组定义为一个无功控制区；设λQ表示由各无功控制区机组总无功出力构成的向量，则节点i的机组无功出力可描述为λQ的线性函数，即其中，QGi(λQ)表示节点i的机组无功出力对向量λQ的函数；表示节点i的机组无功出力设定值；πQi表示节点i机组无功出力与向量λQ的线性关联关系；采用QGi(λQ)替换式(7)中的机组出力向量QGi，则有7.根据权利要求4所述的含多平衡机及多机联合调压的交直流电网潮流计算方法，其特征在于，在步骤S6中建立直流节点直流功率平衡的二次模型，具体表达式如下：其中，Vdi表示直流节点i的电压幅值；表示由直...

【专利技术属性】
技术研发人员：方朝雄，林毅，郭瑞鹏，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，浙江大学，
类型：发明
国别省市：福建,35