一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法及系统技术方案

技术编号:20924671 阅读:59 留言:0更新日期:2019-04-20 11:28
本发明专利技术提供的一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法及系统,获取交流系统网络参数、节点数据和换流器控制方式及其设定值,根据预先设定的修订方程矩阵,采用交替迭代法计算混合多端直流输电系统潮流;基于潮流计算结果得到多端直流输电系统换流器的有功/无功功率;其中,所述换流器包括:LCC换流器和VSC换流器;所述修订方程矩阵基于LCC换流器和VSC换流器构建的直流系统潮流计算模型经泰勒级数展开确定。

An Alternating Iterative Method and System for Hybrid Multi-terminal HVDC Transmission System

The invention provides an alternating iteration method and system for a hybrid multi-terminal HVDC transmission system, which obtains network parameters, node data and converter control modes and their setting values of the AC system, calculates the power flow of the hybrid multi-terminal HVDC transmission system by alternating iteration method according to the pre-set revised equation matrix, and obtains the converter of the multi-terminal HVDC transmission system based on the power flow calculation results. Active/reactive power; the converter includes LCC converter and VSC converter; the revised equation matrix is based on the power flow calculation model of DC system constructed by LCC converter and VSC converter, which is determined by Taylor series expansion.

【技术实现步骤摘要】
一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法及系统
本专利技术属于电力系统自动化领域,具体涉及一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法及系统。
技术介绍
基于电网换相换流器((linecommutatedconverter,LCC)的传统高压直流输电(HVDC)作为一项日趋成熟的直流输电技术,具有造价低、损耗小、可靠性高等优点,在远距离、大容量输电、海底电缆送电、交流系统间非同步互联等方面得到了广泛的应用。然而,由于技术及经济原因,LCC-HVDC却难以应用于近距离小容量的输电场合,在受端电网中存在换相失败的风险,且不适合向无源网络或弱交流系统送电,阻碍了其进一步发展。20世纪90年代以来,电力电子技术得到了迅猛发展,以全控型器件作为开关的电压源换流器(voltagesourceconverter,VSC)逐步成熟,并在高压直流输电中得到了广泛应用。由VSC构成的高压直流输电系统(VSC-HVDC)具有独立控制有功无功、不存在换相失败、可为无源孤岛和弱交流系统供电等诸多优点,具有很好的发展前景。但是,VSC与LCC相比存在制造成本高、运行损耗大、技术成熟度低等缺点。因此,为了结合他们的优点,实现降低制造成本、避免换相失败、扩展应用场合等,送端采用基于LCC的常规直流,受端采用基于VSC柔性直流的混合直流输电技术,已受到越来越多的关注。文献《新型混合直流输电方式的研究》研究了混合双端直流输电系统的拓扑结构和运行机理,仿真分析了系统的可行性和有效性;文献《AhybridHVDCtransmissionsystemsupplyingapassiveload》分析验证了混合两端双极直流输电系统向无源负荷供电的相关特性;文献《LCC与VSC混联型多端高压直流输电系统运行特性的仿真研究》研究了混合多端直流输电系统应用于实际电网的可行性和优越性;文献《LCC-MMC混合高压直流输电系统》研究建立了一种LCC-MCC的混合直流输电系统,设计了相应的控制和启动策略,仿真验证了其可行性;文献《一种基于常规直流输电系统混合直流改造方案》介绍了一种将现有常规直流受端换流站改造为柔性直流换流站的方案,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方案的有效性和准确性。虽然LCC-VSC混合直流输电系统在拓扑结构、运行特性、控制策略及其工程应用等方面已有很多的研究成果,但是没有针对该混合系统的潮流计算的研究。
技术实现思路
本专利技术提出一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法及系统,针对混合多端直流输电系统,在综合考虑两种换流器工作原理和控制方式的基础上,建立用于混合多端交直流系统的潮流计算数学模型的修订方程矩阵,并由此提出了一种适用于该混合系统的交替求解算法,以实现该混合系统的潮流计算。为了实现上述专利技术目的,本专利技术采取如下技术方案:一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法,所述方法包括:获取交流系统网络参数、节点数据和换流器控制方式及其设定值,根据预先设定的修订方程矩阵,采用交替迭代法计算混合多端直流输电系统潮流;基于所述潮流计算结果得到所述多端直流输电系统换流器的有功/无功功率;所述换流器包括:LCC换流器和VSC换流器;所述修订方程矩阵基于LCC换流器和VSC换流器构建的直流系统潮流计算模型经泰勒级数展开确定。优选的,所述根据所述潮流计算模型的修订方程矩阵,采用交替迭代法计算混合多端直流输电系统潮流,得到所述多端直流输电系统换流器的有功/无功功率包括:基于交流系统网络参数、节点数据和换流器控制方式及其设定值,生成节点导纳矩阵;将所述节点导纳矩阵输入直流系统潮流计算模型的修订方程矩阵,输出换流器直流节点类型;设置迭代初始值k=1,通过交流系统潮流计算,确定换流器直流节点电压和对应的输出功率;通过直流系统潮流计算,确定换流器的直流参数;基于换流器直流节点电压幅值和各换流器直流参数,计算换流器直流节点输出的功率;判断所述换流器直流节点输出的功率是否满足收敛条件,若不满足,则继续计算混合多端直流输电系统潮流,若满足,则输出所述潮流计算结果对应换流器的有功/无功功率。进一步地,通过下式确定所述节点导纳矩阵:式中,Psli,Qsli分别为交流系统输出的有功、无功功率,Ui,Uj为交流节点电压幅值,j∈i表示与节点i相连的所有节点;θij、Gij、Bij为节点i、j间相角差和电导、电纳。进一步地,所述通过交流系统潮流计算,确定换流器直流节点电压和对应的输出功率包括:若所述换流器直流节点类型LLC换流器直流节点时,通过下式确定LCC换流器的直流节点电压和对应的输出功率:Psli=UdliIdli式中,Psli,Qsli分别为交流系统输出的有功、无功功率;若所述换流器直流节点类型为VSC换流器直流节点时,通过下式确定VSC换流器直流节点电压和对应的输出功率:Psvi=-YiUsviUcicos(δi+αi)+YiUsvi2cosαiQsvi=-YiUsviUcvisin(δi+αi)+YiUsvi2sinαiPdvi=UdviIdvi=YiUsviUcvicos(δi-αi)-YiUcvi2cosαi式中,Ucvi和Udvi分别为换流器输出电压有效值和直流电压,μd为直流电压利用率,M为调制参数,取值范围为0≤M≤1。进一步地,通过下式的直流系统潮流计算,确定换流器的直流参数:式中,下标b表示VSC采用定直流电压控制,Psiref为VSC直流节点输出的有功功率设定值,Psli为LCC直流节点输出的有功功率。进一步地,所述收敛条件的表达式为:式中,和为第k次交替迭代求解中,由交流潮流计算获得的对应换流器直流节点输出的有功、无功功率;和为第k次交替迭代求解中,由直流潮流结果求得的对应换流器有功、无功功率。进一步地,获取所述换流器控制方式包括:将LCC换流器与VSC换流器的直流电压、电流、控制角和换流变变比中任意选取两个定值作为混合多端直流输电系统的控制方式。进一步地,所述修订方程矩阵的确定包括:基于LCC换流器的潮流计算函数和VSC换流器的潮流计算函数构建直流系统潮流计算模型;利用泰勒级数展开预先建立的直流系统潮流计算模型,得到直流系统潮流计算模型的修订方程矩阵。进一步地,所述LCC换流器的潮流计算函数通过下式确定:ΔC1i=d4i(Idli,Udli,cosθdi,kTi)=0ΔC2i=d5i(Idli,Udli,cosθdi,kTi)=0式中,ΔUd1i和ΔUd2i、ΔC1i和ΔC2i分别表示在变量Idli,Udli,cosdiθ,kTi中任意选取的两个已知量,Idli、Udli、cosθdi、kTi分别为LCC换流器直流节点i的直流电流、直流电压、控制角和换流器的变比;n为LCC换流器的桥数,Xli为LCC换流器的换流等效电抗;Psli,Qsli分别为交流系统输出的有功无功功率。进一步地,所述VSC换流器的潮流计算函数通过下式确定:式中,ΔPsvi和ΔQsvi分别表示在变量Idli,Udli,cosdiθ,kTi中任意选取的两个已知量,Mi为VSC换流器直流节点i的调制值,Psli,Qsli分别为交流系统输出的有功无功功率;Psvi,Qsvi为VSC换流器直流节点的注入功率;δi=θsvi-θcvi,αi=arctan(Xvi/Rvi),Rvi为直流线本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法,其特征在于,所述方法包括:获取交流系统网络参数、节点数据和换流器控制方式及其设定值,根据预先设定的修订方程矩阵,采用交替迭代法计算混合多端直流输电系统潮流;基于所述潮流计算结果得到所述多端直流输电系统换流器的有功/无功功率;所述换流器包括:LCC换流器和VSC换流器;所述修订方程矩阵基于LCC换流器和VSC换流器构建的直流系统潮流计算模型经泰勒级数展开确定。

【技术特征摘要】
1.一种混合多端直流输电系统的交替迭代方法,其特征在于,所述方法包括:获取交流系统网络参数、节点数据和换流器控制方式及其设定值,根据预先设定的修订方程矩阵,采用交替迭代法计算混合多端直流输电系统潮流;基于所述潮流计算结果得到所述多端直流输电系统换流器的有功/无功功率;所述换流器包括:LCC换流器和VSC换流器;所述修订方程矩阵基于LCC换流器和VSC换流器构建的直流系统潮流计算模型经泰勒级数展开确定。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述潮流计算模型的修订方程矩阵,采用交替迭代法计算混合多端直流输电系统潮流,得到所述多端直流输电系统换流器的有功/无功功率包括:基于交流系统网络参数、节点数据和换流器控制方式及其设定值,生成节点导纳矩阵;将所述节点导纳矩阵输入直流系统潮流计算模型的修订方程矩阵,输出换流器直流节点类型;设置迭代初始值k=1,通过交流系统潮流计算,确定换流器直流节点电压和对应的输出功率;通过直流系统潮流计算,确定换流器的直流参数;基于换流器直流节点电压幅值和各换流器直流参数,计算换流器直流节点输出的功率;判断所述换流器直流节点输出的功率是否满足收敛条件,若不满足,则继续计算混合多端直流输电系统潮流,若满足,则输出所述潮流计算结果对应换流器的有功/无功功率。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通过下式确定所述节点导纳矩阵:式中,Psli,Qsli分别为交流系统输出的有功、无功功率,Ui,Uj为交流节点电压幅值,j∈i表示与节点i相连的所有节点;θij、Gij、Bij为节点i、j间相角差和电导、电纳。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述通过交流系统潮流计算,确定换流器直流节点电压和对应的输出功率包括:若所述换流器直流节点类型LLC换流器直流节点时,通过下式确定LCC换流器的直流节点电压和对应的输出功率:Psli=UdliIdli式中,Psli,Qsli分别为交流系统输出的有功、无功功率;若所述换流器直流节点类型为VSC换流器直流节点时,通过下式确定VSC换流器直流节点电压和对应的输出功率:Psvi=-YiUsviUcicos(δi+αi)+YiUsvi2cosαiQsvi=-YiUsviUcvisin(δi+αi)+YiUsvi2sinαiPdvi=UdviIdvi=YiUsviUcvicos(δi-αi)-YiUcvi2cosαi式中,Ucvi和Udvi分别为换流器输出电压有效值和直流电压,μd为直流电压利用率,M为调制参数,取值范围为0≤M≤1。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,通过下式的直流系统潮流计算,确定换流器的直流参数:式中,下标b表示VSC采用定直流电压控制,Psiref为VSC直流节点输出的有功功率设定值,Psli为LCC直流节点输出的有功功率。6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述收敛条件的表达式为:式中,和为第k次交替迭代求解中,由交流潮流计算获得的对应换流器直流节点输出的有功、无功功率;和为第k次交替迭代求解中,由直流潮流结果求得的对应换流器有功、无功功率。7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取所述换流器控制方式包括:将LCC换流器与...

【专利技术属性】
技术研发人员:熊月清李峰徐鹏耿建刘俊汤必强王勇王珂李亚平石飞王礼文许国胜潘玲玲郭晓蕊刘建涛王刚周竞
申请(专利权)人:中国电力科学研究院有限公司国家电网有限公司国网江苏省电力有限公司国网新疆电力有限公司国网浙江省电力有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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