一种考虑静态安全约束的含MMC‑HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑静态安全约束的含MMC‑HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法，该方法以系统网损最小和N‑1故障后线路功率、节点电压不越限为目标，设计一个交直流电网最优潮流与静态安全校核迭代的计算模型，通过求解电网中发电机组以及柔性直流系统的有功功率及无功功率设定值，在满足N‑1故障后不越限的前提下获得交直流混合电网的最优运行状态，以解决含模块化多电平换流器柔性直流交直流混合电网的优化运行调度问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统优化
，特别是一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法。
技术介绍
随着IGBT等全控型电力电子器件的不断发展和日趋成熟，基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)的柔性高压直流输电(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)已成为下一代直流输电的发展方向。模块化多电平换流器由于采用了多个子模块串联构成换流阀，加上最近电平逼近调制策略的应用，使得阀组可以在较低的单元件开关频率下获得很高的等效开关频率，显著改善了输出电压的波形，无需另外装设滤波器。随着柔性直流输电技术在电力系统的逐步推广应用，含柔性直流的交直流混合系统运行控制技术已得到研究人员的广泛关注。相比传统的相控换流器(PhaseControlConverter,PCC)直流输电，柔性直流输电系统每个换流站可以独立调整有功功率和无功功率，提高了电网控制运行灵活度，在实际运行中，如何在保障系统静态安全的前提下调整电网中发电机组和柔性直流系统的有功及无功设定值，实现交直流混合电网的安全、优化运行，是摆在电网运行和方式人员面前的一道亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法，该方法以系统网损最小和N-1故障后线路功率、节点电压不越限为目标，设计一个交直流电网最优潮流与静态安全校核迭代修正的计算模型，通过求解电网中发电机组以及柔性直流系统的有功功率及无功功率设定值，在满足N-1故障后线路功率、节点电压不越限的前提下获得交直流混合电网的最优运行状态。本专利技术采用以下方案实现：一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法，具体包括以下步骤：步骤S1：获取含柔性直流的交直流混合电网相关参数，所述电网相关参数包括交流侧电网各设备参数以及柔性直流换流站的参数；步骤S2：根据所述电网相关参数，初始化含MMC-HVDC交直流电网最优潮流模型的各项参数：模型中自变量x、约束下限松弛变量l、约束上限松弛变量u赋初值，拉格朗日乘子z、w、y赋初值，设定优化迭代收敛精度10-6；静态安全校核的故障集SC包含交流电网各线路、变压器、发电机、负荷单一开断故障以及柔性直流系统闭锁故障，初始化修正次数k＝0；步骤S3：应用原-对偶内点法求解步骤S2中的含MMC-HVDC交直流电网最优潮流模型，获得电网中发电机组及柔性直流系统有功功率及无功功率最优设定值；步骤S4：基于所述故障集SC，对步骤S3的计算结果进行静态安全校核，判断最优潮流计算结果是否存在N-1越限；步骤S5：若步骤S4中静态安全校核的结果不存在N-1越限，则优化计算结果满足静态安全要求，获得满足电网安全要求的最优解，结束计算；若存在N-1越限，则进入步骤S6；步骤S6：结合静态安全校核结果，得到优化模型约束条件的修正策略，同时修正次数k＝k+1；步骤S7：若k已达到最大次数限制kmax，则无法获得满足静态安全约束的最优解；否则根据步骤S6得到的修正策略，对优化模型的相应约束条件进行修正，并返回步骤S3进行下一次优化计算。进一步地，在步骤S1中，获取的交流侧电网相关参数还包括：母线节点名称编号、母线电压上下限约束、负荷有功及无功、各节点无功补偿容量、发电机组有功出力以及经济参数、发电机有功无功上下限约束、线路以及主变首末端节点编号、线路及主变等值参数、线路及主变传输功率约束；柔性直流换流站的参数包括：换流变电阻、换流变电抗、MMC换流阀的有功损耗特性系数、MMC换流阀的有功及无功上下限约束、MMC换流阀的电压调制比和直流电压上下限约束、换流站间直流线路电阻。进一步地，在步骤S2中，最优潮流模型为：obj.minf(x)s.t.h(x)＝0(1)gm≤g(x)≤gM其中x为最优潮流数学模型的优化变量，维度为n，f(x)为最优潮流模型的目标函数，h(x)为等式约束合集，维度为m，g(x)为不等式约束合集，维度为s，gm、gM分别为不等式约束的上下限值；其中，(1)式中目标函数f(x)的表达式为：f(x)=Σi=1NgPGi---(2)]]>其中PGi为交直流电网中第i台发电机组的有功出力，Ng为交直流电网中发电机组的数目；其中(1)式中优化变量x具体内容为：x＝[V,θ,Pg,Qg,Pc,Qc,Vdc]T(3)其中V、θ分别为所有交流节点的电压幅值及相角，包括MMC换流阀交流侧节点；Pg、Qg分别为电网中发电机有功及无功出力；Pc、Qc以及Vdc分别代表MMC换流阀的交流侧注入有功、无功与直流侧节点电压；对一个含p个交流节点、q台发电机组、r个MMC换流站的系统，优化变量x的维度是n＝2p+2q+3r；其中(1)式中等式约束主要包括节点功率平衡方程，由于引入MMC换流阀注入功率作为优化变量，节点功率方程可以针对交流节点和柔性直流节点分别列写，其中交流节点功率平衡方程如下：Pgi-Pdi-Pci-ViΣj=1NVj[Gijcos(θi-θj)+Bijsin(θi-θj)]=0---(4)]]>Qgi-Qdi-Qci-ViΣj=1NVj[Gijsin(θi-θj)-Bijcos(θi-θj)]=0---(5)]]>其中P、Q、V分别代表交流节点的注入有功功率、注入无功功率及电压，下标gi、di以及ci分别代表交流节点i连接的发电机、负荷以及MMC换流阀；Gij、Bij为交流节点i，j之间线路导纳的实部、虚部，θi、θj为交流节点i、j的相角；MMC换流阀直流侧节点的有功平衡方程如下：VDCjΣk=1NDCYDCjk(VDCj-VDCk)=Pcj-(K0+K1·Pcj2+Qcj23Vcj+K2·Pcj2+Qcj23Vcj2)---(6)]]>其中NDC为MMC换流阀个数，VDCj、VDCk为换流阀j、k直流侧节点电压，YDCjk为换流阀j、k之间直流线路电导，Pcj、Qcj、Vcj分别为换流阀j的交流侧注入有功功率、无功功率及交流侧节点电压，K0、K1、K2为换流阀有功损耗系数；为系统指定一个相角参考点，设定参考点相角为0，即：θslack＝0(7)(1)式中不等式约束包含交流侧电网及直流侧电网相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑静态安全约束的含MMC‑HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：获取含柔性直流的交直流混合电网相关参数，所述电网相关参数包括交流侧电网各设备参数以及柔性直流换流站的参数；步骤S2：根据所述电网相关参数，初始化含MMC‑HVDC交直流电网最优潮流模型的各项参数：模型中自变量x、约束下限松弛变量l、约束上限松弛变量u赋初值，拉格朗日乘子z、w、y赋初值，设定优化迭代收敛精度10‑6；静态安全校核的故障集SC包含交流电网各线路、变压器、发电机、负荷单一开断故障以及柔性直流系统闭锁故障，初始化修正次数k＝0；步骤S3：应用原‑对偶内点法求解步骤S2中的含MMC‑HVDC交直流电网最优潮流模型，获得电网中发电机组及柔性直流系统有功功率及无功功率最优设定值；步骤S4：基于所述故障集SC，对步骤S3的计算结果进行静态安全校核，判断最优潮流计算结果是否存在N‑1越限；步骤S5：若步骤S4中静态安全校核的结果不存在N‑1越限，则优化计算结果满足静态安全要求，获得满足电网安全要求的最优解，结束计算；若存在N‑1越限，则进入步骤S6；步骤S6：结合静态安全校核结果，得到优化模型约束条件的修正策略，同时修正次数k＝k+1；步骤S7：若k已达到最大次数限制kmax，则无法获得满足静态安全约束的最优解；否则根据步骤S6得到的修正策略，对优化模型的相应约束条件进行修正，并返回步骤S3进行下一次优化计算。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网优化潮流计算方法，其特征在
于：包括以下步骤：
步骤S1：获取含柔性直流的交直流混合电网相关参数，所述电网相关参数包括交流侧
电网各设备参数以及柔性直流换流站的参数；
步骤S2：根据所述电网相关参数，初始化含MMC-HVDC交直流电网最优潮流模型的各项
参数：模型中自变量x、约束下限松弛变量l、约束上限松弛变量u赋初值，拉格朗日乘子z、w、
y赋初值，设定优化迭代收敛精度10-6；静态安全校核的故障集SC包含交流电网各线路、变压
器、发电机、负荷单一开断故障以及柔性直流系统闭锁故障，初始化修正次数k＝0；
步骤S3：应用原-对偶内点法求解步骤S2中的含MMC-HVDC交直流电网最优潮流模型，获
得电网中发电机组及柔性直流系统有功功率及无功功率最优设定值；
步骤S4：基于所述故障集SC，对步骤S3的计算结果进行静态安全校核，判断最优潮流计
算结果是否存在N-1越限；
步骤S5：若步骤S4中静态安全校核的结果不存在N-1越限，则优化计算结果满足静态安
全要求，获得满足电网安全要求的最优解，结束计算；若存在N-1越限，则进入步骤S6；
步骤S6：结合静态安全校核结果，得到优化模型约束条件的修正策略，同时修正次数k
＝k+1；
步骤S7：若k已达到最大次数限制kmax，则无法获得满足静态安全约束的最优解；否则根
据步骤S6得到的修正策略，对优化模型的相应约束条件进行修正，并返回步骤S3进行下一
次优化计算。
2.根据权利要求1所述的一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网优化潮
流计算方法，其特征在于：在步骤S1中，获取的交流侧电网相关参数还包括：母线节点名称
编号、母线电压上下限约束、负荷有功及无功、各节点无功补偿容量、发电机组有功出力以
及经济参数、发电机有功无功上下限约束、线路以及主变首末端节点编号、线路及主变等值
参数、线路及主变传输功率约束；柔性直流换流站的参数包括：换流变电阻、换流变电抗、
MMC换流阀的有功损耗特性系数、MMC换流阀的有功及无功上下限约束、MMC换流阀的电压调
制比和直流电压上下限约束、换流站间直流线路电阻。
3.根据权利要求1所述的一种考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合电网优化潮
流计算方法，其特征在于：
在步骤S2中，最优潮流模型为：
obj.minf(x)
s.t.h(x)＝0(1)
gm≤g(x)≤gM其中x为最优潮流数学模型的优化变量，维度为n，f(x)为最优潮流模型的目标函数，h
(x)为等式约束合集，维度为m，g(x)为不等式约束合集，维度为s，gm、gM分别为不等式约束的
上下限值；
其中，(1)式中目标函数f(x)的表达式为：
f(x)=Σi=1NgPGi---(2)]]>其中PGi为交直流电网中第i台发电机组的有功出力，Ng为交直流电网中发电机组的数
目；
其中(1)式中优化变量x具体内容为：
x＝[V,θ,Pg,Qg,Pc,Qc,Vdc]T(3)
其中V、分别为所有交流节点的电压幅值及相角，包括MMC换流阀交流侧节点；Pg、Qg分
别为电网中发电机有功及无功出力；Pc、Qc以及Vdc分别代表MMC换流阀的交流侧注入有功、
无功与直流侧节点电压；对一个含p个交流节点、q台发电机组、r个MMC换流站的系统，优化
变量x的维度是n＝2p+2q+3r；
其中(1)式中等式约束主要包括节点功率平衡方程，由于引入MMC换流阀注入功率作为
优化变量，节点功率方程可以针对交流节点和柔性直流节点分别列写，其中交流节点功率
平衡方程如下：
Pgi-Pdi-Pci-ViΣj=1NVj[Gijcos(θi-θj)+Bijsin(θi-θj)]=0---(4)]]>Qgi-Qdi-Qci-ViΣj=1NVj[Gijsin(θi-θj)-Bijcos(θi-θj)]=0---(5)]]>其中P、Q、V分别代表交流节点的注入有功功率、注入无功功率及电压，下标gi、di以及
ci分别代表交流节点i连接的发电机、负荷以及MMC换流阀；Gij、Bij为交流节点i，j之间线路
导纳的实部、虚部，为交流节点i、j的相角；
MMC换流阀直流侧节点的有功平衡方程如下：
VDCjΣk=1NDCYDCjk(VDCj...

【专利技术属性】
技术研发人员：林毅，林章岁，雷勇，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：福建;35