一种交直流混合微电网连续潮流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种交直流混合微电网连续潮流计算方法：形成2种交直流混合微电网运行系统类型及9种节点类型，采用带非单调线性搜索LM(Levenberg‑Marquardt with a nonmonotone line search,LMNL)算法和基于LMNL算法的交替迭代方法分别求解交、直流微电网子系统及交直流互连微电网连续潮流的初始点；采用结合切线法预测和组合牛顿法校正的双向迭代预测校正方法进行交直流互连微电网预测校正计算。提出的基于LMNL算法的常规潮流求解方法，适用于不同类型微电网的常规潮流计算；提出的双向迭代预测校正方法，解决了交直流功率存在耦合关系且变化负荷在不同交、直流侧下连续潮流计算的复杂多样性问题。本发明专利技术方法适用于各种运行方式下交直流混合微电网的连续潮流计算，具有很好的工程应用价值。

A Method for Calculating Continuous Power Flow in AC/DC Hybrid Microgrid

The invention discloses a method for calculating the continuous power flow of AC/DC hybrid microgrid: two types of AC/DC hybrid microgrid operation system and nine types of nodes are formed, and the alternating iteration method based on LMNL algorithm and Levenberg Marquardt with a nonmonotone line search (LMNL) algorithm are used to solve AC/DC microgrid subsystems and AC/DC interaction, respectively. The initial point of continuous power flow in interconnected microgrid is calculated by the two-way iterative predictive correction method combined with tangent method and combined Newton method. The conventional power flow calculation method based on LMNL algorithm is suitable for the conventional power flow calculation of different types of microgrids. The bidirectional iterative predictive correction method is proposed to solve the complex diversity of the continuous power flow calculation under different AC and DC sides of AC and DC power coupling relationship and varying loads. The method of the invention is applicable to the continuous power flow calculation of AC-DC hybrid microgrid under various operation modes, and has good engineering application value.

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混合微电网连续潮流计算方法
本专利技术涉及电力系统分析领域，特别是涉及一种交直流混合微电网连续潮流计算方法。
技术介绍
微电网按主网络的供电电能形式，可分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。交直流混合微电网是指含有交、直流母线及连接交、直流母线的互连变换器(interlinkingconverter，ILC)，既可以直接向交流负荷供电又可直接向直流负荷供电的微电网。也有学者定义交直流混合微电网为同时含有交流微电网和直流微电网的电力网络。与单一供电形式的交流微电网和直流微电网相对比，交直流混合微电网具有多方面的特点与优势。交直流混合微电网将是高效开发和利用分布式可再生能源的首选微电网模式，且交直流混合微电网是未来配用电系统的重要组成形式。因此，开展交直流混合微电网及其相关研究对促进我国分布式可再生能源的利用效率和提升电力科技发展具有重要的理论与现实意义。将连续方法与电力系统常规潮流结合而产生了连续潮流法，它是以含参数潮流方程的某已知解点为初始点，追踪其在多维空间上映射出的解曲线的过程。连续潮流是计算电力系统静态电压稳定极限点的有效工具；同时，也可克服常规潮流方程雅可比矩阵奇异所带来的计算困难，是解决病态潮流问题的方法之一。分布式电源(distributedgenerator，DG)的接入使得交直流混合微电网成为一个复杂的多电源电力网络，且由于其内部元件的特殊性以及其靠近用电负荷的特性，其结构较大电网更为脆弱，从而引起新的电压分布和电压稳定问题；此外，相比于传统的交流微电网，运行方式多样、交/直流功率可以协调互动及互连变换器传输功率的限制给交直流混合微电网系统的稳定运行提出了新的挑战。因此，交直流混合微电网连续潮流计算具有很好的研究意义和应用价值，可为系统静态频率电压稳定分析和控制提供有效的工具，且其中涉及到的交直流混合微电网常规潮流计算是交直流混合微电网系统稳态分析、规划及运行研究的基础。目前，交直流混合微电网的研究还处于初步探索阶段，国内外对其研究与实践依然不足。已有对交直流混合微电网的研究主要集中于整体运行控制模式、互连变换器的控制、系统运行优化与优化配置等方面。然而，国内外对交直流混合微电网的连续潮流模型与求解算法的研究不多。交直流混合微电网由交流微电网子系统并接入公网，具有并网运行模式和孤岛运行模式。再结合互连变换器连接情况，交直流混合微电网具有4种基本运行方式：联合并网方式、交并直离方式、联合离网方式和分别离网方式。4种不同运行方式下可形成6种运行系统：并网/孤岛交直流互连微电网、并网/孤岛交流微电网子系统、并网/孤岛直流微电网子系统；微电网采用的基本控制策略主要有主从控制、对等控制和综合控制策略；此外，并网/孤岛交直流互连微电网中交直流子系统之间的功率可双向流动，各子系统可独立控制也可协调控制，由此，交直流混合微电网运行方式灵活多样，在某种基本运行方式下可以采用不同的控制策略。连续潮流计算主要包括初始点计算、预测环节计算和校正环节计算3个步骤，初始点求解的实质是常规潮流计算。无平衡节点下交流微电网的常规潮流计算与含DG的交流配电网存在本质上的区别，传统配电网常规潮流算法及其变形将不再适用；无平衡节点交流微电网的稳态频率不是预先指定的，而是未知的状态变量，且系统频率会随负荷参数变化而改变，频率偏离额定值过大时会造成系统崩溃，则其连续潮流需计算功率-频率曲线；此外，交直流互连微电网中当ILC为一个子系统的电源时，同时也是另一个子系统的负荷，交直流功率存在耦合关系，其连续潮流的初始点计算和校正环节计算不同于单一供电形式的微电网。由此，不同运行方式下交直流混合微电网的连续潮流计算复杂多样。
技术实现思路
根据以上的
技术介绍
，本专利技术提出一种交直流混合微电网连续潮流计算方法：形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型；采用带非单调线性搜索LM(Levenberg-Marquardtwithanonmonotonelinesearch,LMNL)算法求解交、直流微电网连续潮流的初始点，采用基于LMNL算法的交替迭代方法求解交直流互连微电网连续潮流的初始点；预测环节采用局部参数化方法和切线方法，校正环节采用超球面参数化方法和组合牛顿方法，形成交、直流微电网连续潮流的预测校正环节计算及基于双向迭代预测校正方法的交直流互连微电网连续潮流的预测校正环节计算。本专利技术的技术方案为：一种交直流混合微电网连续潮流计算方法，包括形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型；LMNL算法求解交、直流微电网连续潮流初始点及基于LMNL算法的交替迭代方法求解交直流互连微电网连续潮流初始点；预测环节采用局部参数化方法和切线方法，校正环节采用超球面参数化方法和组合牛顿方法，形成交、直流微电网连续潮流预测校正环节计算及基于双向迭代预测校正方法的交直流互连微电网连续潮流预测校正环节计算。其中，所述形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型，具体如下：交直流混合微电网由交流微电网子系统并接入公网，具有并网运行模式和孤岛运行模式。结合互连变换器连接情况，交直流混合微电网具有4种基本运行方式：联合并网方式(运行方式1)、交并直离方式(运行方式2)、联合离网方式(运行方式3)和分别离网方式(运行方式4)。根据交、直流微电网子系统是否互连，将交直流混合微电网4种不同基本运行方式下形成的运行系统分为2种类型。交直流混合微电网运行系统类型Ⅰ：交直流互连微电网。交直流混合微电网运行系统类型Ⅱ：不互连的交流微电网子系统和直流微电网子系统。交直流混合微电网在基本运行方式1、3下为类型Ⅰ；在基本运行方式2、4下为类型Ⅱ。根据4种基本运行方式下的DG装置和互连变换器的控制方法，进行DG装置节点处理。交流微电网子系统中DG装置的控制方法有：恒压恒频控制、恒功率控制和P-ω/Q-U下垂控制。直流微电网子系统中的DG装置控制方法有：恒压控制、恒功率控制和P-U下垂控制。互连变换器在基本运行方式1下用于支撑直流微电网子系统，一般采用恒压控制；在基本运行方式3方式下用于协调控制交、直流微电网子系统，一般采用协调下垂控制。基本运行方式1、3下，对于交流微电网子系统将互连变换器处理为1个交流节点，并定义该节点为ILC交流节点；对于直流微电网子系统，将互连变换器处理为1个直流节点，并定义该节点为ILC直流节点。由此，形成9种节点类型，包括5种交流节点类型：交流平衡节点、PQ节点、PV节点、交流下垂节点和ILC交流节点；包括4种直流节点类型：直流平衡节点、直流恒功率节点、直流下垂节点和ILC直流节点。交流平衡节点、直流平衡节点及PQ节点、PV节点、直流恒功率节点类似传统电力系统中相应的节点类型。交、直流下垂节点的等值电源有功和无功功率分别为式中，PDGa、QDGa为交流下垂节点的等值电源有功和无功功率，ω、Ua、ω0、Ua0分别为交流下垂节点的实际电压频率(系统频率)和幅值及空载电压频率和幅值，Kpa-1、KQa-1为相应的有功、无功功率下垂系数；PDGd为直流下垂节点的等值电源有功功率，Ud、Ud0为直流下垂节点的实际电压和空载电压，Kpd-1为相应的有功功率下垂系数。ILC节点的等值电源有功和无功功率为式中，PILC、QILC分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混合微电网潮流计算方法，其特征在于：形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型，提出带非单调线性搜索LM(Levenberg‑Marquardt with a nonmonotone line search,LMNL)算法求解交、直流微电网连续潮流初始点及基于LMNL算法的交替迭代方法求解交直流互连微电网连续潮流初始点，预测环节采用局部参数化方法和切线方法，校正环节采用超球面参数化方法和组合牛顿方法，形成交、直流微电网连续潮流预测校正环节计算及基于双向迭代预测校正方法的交直流互连微电网连续潮流预测校正环节计算；其中，所述形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型，具体如下：交直流混合微电网由交流微电网子系统并接入公网，具有并网运行模式和孤岛运行模式，结合互连变换器连接情况，交直流混合微电网具有4种基本运行方式：联合并网方式(运行方式1)、交并直离方式(运行方式2)、联合离网方式(运行方式3)和分别离网方式(运行方式4)，根据交、直流微电网子系统是否互连，将交直流混合微电网4种不同基本运行方式下形成的运行系统分为2种类型，交直流混合微电网运行系统类型Ⅰ：交直流互连微电网，交直流混合微电网运行系统类型Ⅱ：不互连的交流微电网子系统和直流微电网子系统，交直流混合微电网在基本运行方式1、3下为类型Ⅰ，在基本运行方式2、4下为类型Ⅱ；根据4种基本运行方式下的DG装置和互连变换器的控制方法，进行DG装置节点处理，交流微电网子系统中DG装置的控制方法有：恒压恒频控制、恒功率控制和P‑ω/Q‑U下垂控制，直流微电网子系统中的DG装置控制方法有：恒压控制、恒功率控制和P‑U下垂控制，互连变换器在基本运行方式1下用于支撑直流微电网子系统，一般采用恒压控制，在基本运行方式3方式下用于协调控制交、直流微电网子系统，一般采用协调下垂控制，基本运行方式1、3下，对于交流微电网子系统将互连变换器处理为1个交流节点，并定义该节点为ILC交流节点，对于直流微电网子系统，将互连变换器处理为1个直流节点，并定义该节点为ILC直流节点，由此，形成9种节点类型，包括5种交流节点类型：交流平衡节点、PQ节点、PV节点、交流下垂节点和ILC交流节点，包括4种直流节点类型：直流平衡节点、直流恒功率节点、直流下垂节点和ILC直流节点，交流平衡节点、直流平衡节点及PQ节点、PV节点、直流恒功率节点类似传统电力系统中相应的节点类型；交、直流下垂节点的等值电源有功和无功功率分别为...

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合微电网潮流计算方法，其特征在于：形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型，提出带非单调线性搜索LM(Levenberg-Marquardtwithanonmonotonelinesearch,LMNL)算法求解交、直流微电网连续潮流初始点及基于LMNL算法的交替迭代方法求解交直流互连微电网连续潮流初始点，预测环节采用局部参数化方法和切线方法，校正环节采用超球面参数化方法和组合牛顿方法，形成交、直流微电网连续潮流预测校正环节计算及基于双向迭代预测校正方法的交直流互连微电网连续潮流预测校正环节计算；其中，所述形成2种交直流混合微电网运行系统类型和9种节点类型，具体如下：交直流混合微电网由交流微电网子系统并接入公网，具有并网运行模式和孤岛运行模式，结合互连变换器连接情况，交直流混合微电网具有4种基本运行方式：联合并网方式(运行方式1)、交并直离方式(运行方式2)、联合离网方式(运行方式3)和分别离网方式(运行方式4)，根据交、直流微电网子系统是否互连，将交直流混合微电网4种不同基本运行方式下形成的运行系统分为2种类型，交直流混合微电网运行系统类型Ⅰ：交直流互连微电网，交直流混合微电网运行系统类型Ⅱ：不互连的交流微电网子系统和直流微电网子系统，交直流混合微电网在基本运行方式1、3下为类型Ⅰ，在基本运行方式2、4下为类型Ⅱ；根据4种基本运行方式下的DG装置和互连变换器的控制方法，进行DG装置节点处理，交流微电网子系统中DG装置的控制方法有：恒压恒频控制、恒功率控制和P-ω/Q-U下垂控制，直流微电网子系统中的DG装置控制方法有：恒压控制、恒功率控制和P-U下垂控制，互连变换器在基本运行方式1下用于支撑直流微电网子系统，一般采用恒压控制，在基本运行方式3方式下用于协调控制交、直流微电网子系统，一般采用协调下垂控制，基本运行方式1、3下，对于交流微电网子系统将互连变换器处理为1个交流节点，并定义该节点为ILC交流节点，对于直流微电网子系统，将互连变换器处理为1个直流节点，并定义该节点为ILC直流节点，由此，形成9种节点类型，包括5种交流节点类型：交流平衡节点、PQ节点、PV节点、交流下垂节点和ILC交流节点，包括4种直流节点类型：直流平衡节点、直流恒功率节点、直流下垂节点和ILC直流节点，交流平衡节点、直流平衡节点及PQ节点、PV节点、直流恒功率节点类似传统电力系统中相应的节点类型；交、直流下垂节点的等值电源有功和无功功率分别为式中，PDGa、QDGa为交流下垂节点的等值电源有功和无功功率，ω、Ua、ω0、Ua0分别为交流下垂节点的实际电压频率(系统频率)和幅值及空载电压频率和幅值，Kpa-1、KQa-1为相应的有功、无功功率下垂系数，PDGd为直流下垂节点的等值电源有功功率，Ud、Ud0为直流下垂节点的实际电压和空载电压，Kpd-1为相应的有功功率下垂系数；ILC节点的等值电源有功和无功功率为式中，PILC、QILC分别为ILC节点的等值电源有功和无功功率，ω′、U′ILCdc分别为ILC交流侧频率、ILC直流侧的实际电压经归一化处理后的值，其变化范围为[-1,1]，UILCac,0、UILCac分别为交流侧空载电压和实际电压幅值，KPILC、KQILC为ILC的有功和无功控制系数；其中，所述LMNL算法求解交、直流微电网连续潮流初始点及基于LMNL算法的交替迭代方法求解交直流互连微电网连续潮流初始点，具体如下：连续潮流计算由初始点计算、预测环节计算和校正环节计算3个步骤组成，初始点是给定初始负荷参数下的系统稳态潮流解，其求解实质是常规潮流计算，采用交替迭代方法求解交直流互连微电网的常规潮流，其实质是在交流微电网子系统常规潮流求解迭代过程中嵌入了一个完整的直流微电网子系统常规潮流计算过程，由此，不同运行方式下交直流混合微电网常规潮流计算的关键归结为有/无平衡节点交、直流微电网的常规潮流求解，当以节点功率为注入量时，潮流方程为一组非线性方程，可使交、直流微电网的潮流模型形式一致，便于分析计算，建立基于节点功率的有/无平衡节点交、直流微电网统一常规潮流模型，其应用矩阵形式可简写为F(x)＝0,x＝[U,δ,ω,xILC]∈Rn(4)式中，F(x)为除平衡节点外的节点有功和无功功率平衡方程，x为系统的未知变量向量，n为未知变量的个数，U、δ为未知的电压幅值向量和电压相位角向量，xILC为ILC交流节点、ILC直流节点的未知状态变量，对于有平衡节点系统x不含ω，对于不含ILC直流节点和ILC交流节点的系统x不含xILC，对于不含ILC直流节点的直流微电网子系统x不含xILC、δ、ω；进一步地，F(x)可写为式中，FP(xP)为有功功率非线性函数，FQ(xQ)为交流无功功率非线性函数，PG为节点等值电源有功功率，QG为交流节点等值电源无功功率，PL为节点等值负荷有功功率，QL为交流节点等值负荷无功功率，Pi为节点注入有功功率，Qi为交流节点注入无功功率，xPdc、xDdc、xILCdc分别为直流恒功率节点、直流下垂节点、ILC直流节点的未知状态向量，xPQ、xPV、xDac、xILCac分别为交流PQ节点、PV节点、交流下垂节点、ILC交流节点的未知状态向量；LM(LevenbergMarquardt)方法适用于求解非线性方程组，且不要求雅可比矩阵非奇异，在方程雅可比矩阵非奇异且初始值接近精确解下具有局部二阶收敛性，但不具有全局收敛性，线性搜索技术是获得LM方法全局收敛性的主要方法之一，线性搜索有单调线性搜索和非单调线性搜索两种方式，单调线性搜索的缺点是获得的步长有时会很小，尤其当算法产生的方向与负梯度方向接近垂直时，而非单调线性搜索可克服这个缺陷，提高算法速度，且非单调线性搜索不要求函数值每一步迭代都单调下降，使得步长因子的选取更具弹性；定义LMNL算法：带非单调线性搜索的三步LM算法，将LMNL算法用于求解有/无平衡节点交、直流微电网的统一常规潮流模型，即采用LMNL算法求解交、直流微电网连续潮流的初始点，设式(4)中F：Rn→Rn是连续可微分函...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭寒梅，苏敏，刘聪，王迪，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43