一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供的交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法及系统，包括：建立含VSC‑HVDC的交直流混联系统的潮流计算模型；在所述潮流计算模型中，基于粒子群算法对VSC控制参数进行寻优，以基于最优化连续潮流计算方法，计算所述交直流混联系统的负荷裕度。本发明专利技术实施例提供的交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法及系统，通过建立交直流混联系统的潮流计算模型，根据粒子群算法针对VSC控制参数进行了优化，并引入最优化连续潮流对构建的潮流模型进行了完善和求解，以实现交直流混联系统负荷裕度的评估，在有效的评估交直流混联系统的电压稳定性和带负载能力的同时，提供了优化交直流混联系统的负荷裕度的具体途径。

A load margin evaluation method and system for AC / DC hybrid power system

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法及系统
本专利技术实施例涉及电力电网
，尤其涉及一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法及系统。
技术介绍
随着电网规模的不断扩大、电压水平的不断提高以及传输距离不断增加，电压稳定性问题对电力系统的影响越来越大。自十九世纪七十年代以来，世界范围内发生了许多重大电压事故，造成了巨大的经济损失，因此确保电压稳定性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。基于电压源转换器的高压直流系统(VSC-HVDC)具有独立快速的有功和无功功率调整功能，可以为电网电压提供无功功率支持，并且不需要交流电网提供换向电压来连接弱电网和无源网络。这些优点使VSC-HVDC的应用能够有效的增强电力系统的电压稳定性。对含有VSC-HVDC的交直流混联系统的电压稳定性评估是当前研究的热门，其对于静态电压的稳定性分析至关重要。目前，静态电压稳定性分析方法主要是基于潮流方程和扩展潮流方程的，交直流混联系统的静态电压稳定性分析的基础是建立交直流混联系统的模型以及对于交直流混联系统的潮流计算。例如：在《AunifiedpowerflowmethodofhybridAC/DCpowersystemwithVSC-MTDC》所涉及的方案中，建立了VSC-HVDC的模型；在文献《PowerFlowCalculationofAC/DCHybridSystemsWithVSC-HVDC》涉及的方案中，讨论了潮流算法；在文献《InclusionofahighvoltageDC-voltagesourceconvertermodelinaNewton-Raphsonpowerflowalgorithm》所涉及的方案中，提出了适用于直接并入牛顿-拉夫逊潮流算法的VSC控制器模型；在文献《AnimprovedpowerflowalgorithmusingequationchangingmethodforAC/DCpowersystemwithVSC-HVDC》所涉及的方案中，记载了基于方程改变方法，建立了一种改进的用于含VSC-HVDC的交直流混联系统统一潮流算法，当节点类型更改时，矩阵的元素和控制类型将相应更改，以保持雅可比矩阵维数不变，因此，提高了计算效率；另外，基于这些稳态模型和潮流算法，在文献《VSC-HVDCPowerControlStrategyforImprovingVoltageStabilityofAC-DCPowerGrid》以及《Steady-StateVoltageStabilityAnalysisofAC-DCHybridPowerSystemwithVSC-HVDC》所涉及的方案中，分析了交直流混联系统静态电压稳定性；在文献《VSC-HVDCPowerControlStrategyforImprovingVoltageStabilityofAC-DCPowerGrid》中同时提出了一种VSC-HVDC控制策略，可以提高交直流混联系统的电压稳定性；在文献《APSOsolutionforimprovedvoltagestabilityofahybridac-dcmicrogrid》所涉及的方案中，提出了一种粒子群方法，来优化各转换器之间的各种控制增益，以便在不同的干扰下快速恢复并稳定交流和直流部分的电压。但是，经过对上述现有研究成果进行总结后可以发现，当前针对交直流混联系统负荷裕度的研究，仍存在以下问题和缺陷：首先，在已有研究中，对交直流系统混联负荷裕度的研究较少。表现在：现有针对交直流混联系统负荷裕度的研究方案，往往集中在和纯交流系统的负荷裕度的比较上，极少涉及对交直流混联系统的负荷裕度进行深入研究。其次，由于在交直流混联系统中引入了VSC后，VSC控制参数的设置会影响交直流混联系统的负荷裕度，进而影响交直流混联系统的带负载能力。而目前的研究中，很少有涉及VSC控制参数与交直流混联系统负荷裕度之间关系的研究，进而导致获取的交直流混联系统负荷裕度结果准确度不高。近年来，VSC-HVDC发展迅猛，全世界范围内的柔性直流输电项目的数量和规模都在不断增加，VSC-HVDC可以提高直流系统的可靠性，有功功率分配的灵活性，抑制可再生能源出力的波动。同时，VSC-HVDC也使得电压稳定问题更加复杂，给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战。含有VSC-HVDC的交直流混联系统的电压稳定性分析，尤其是交直流混联系统的负荷裕度统计已经成为亟待研究的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法及系统，用以应对在柔性直流输电项目高速发展过程中，含有VSC-HVDC的交直流混联系统的电压稳定性分析的需要。第一方面，本专利技术实施例提供一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法，主要包括：建立含VSC-HVDC的交直流混联系统的潮流计算模型；在潮流计算模型中，基于粒子群算法对VSC控制参数进行寻优，以基于最优化连续潮流计算方法，计算交直流混联系统的负荷裕度。作为可选地，上述建立含VSC-HVDC的交直流混联系统的潮流计算模型，具体包括：构建含VSC-HVDC的交直流混联系统中交流节点的功率不平衡方程；在交流节点的功率不平衡方程的基础上，构建含VSC-HVDC的交直流混联系统中直流节点的功率不平衡方程；根据交流节点的功率不平衡方程与直流节点的功率不平衡方程，获取VSC的功率偏差方程和VSC的直流网络偏差方程。作为可选地，上述交流节点的功率不平衡方程为：上述直流节点的功率不平衡方程为：上述VSC的功率偏差方程为：上述VSC的直流网络偏差方程为：其中，n为交直流混联系统中的节点总数；直流节点数与VSC个数相同，用m表示；na为交流节点数，na＝n-m；a表示交流节点，t表示直流节点；ΔPai和ΔQai分别为第i个交流节点的有功功率方程和发电机无功功率方程的不平衡量；Pais和Qais分别为第i个交流节点向交流母线注入的有功功率和无功功率；Gij和Bij分别为节点i-j的电导和电纳；Ui和θi分别为节点i的电压和相角，Uj和θj分别为节点j的电压和相角，节点i和节点j的相角差表示为θij＝θi-θj；Psi和Qsi分别为节点i向交流母线注入的有功功率和无功功率；μk、Mk、δk、αk、Yk分别为第k个VSC的直流电压利用率、调制度、交流侧电压与换流站侧交流电压相角差、换流电抗器等效电阻与等效电抗的反正切函数值、换流电抗器的等效导纳；Uti和Udi分别为第i个节点的交流侧电压和直流侧电压；Δdk1、Δdk2、Δdk3分别为第k个VSC的三相功率偏差；Δdk4为第k个VSC对直流网络的偏差；gdi为消去联络节点后直流网络节点导纳矩阵的元素，Idi为第i个节点的直流侧电流。作为可选地，在上述潮流计算模型中，基于粒子群算法对VSC控制参数进行寻优，以基于最优化连续潮流计算方法，计算交直流混联系统的负荷裕度，具体包括：S21：根据潮流计算模型，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法，其特征在于，包括：/n建立含VSC-HVDC的交直流混联系统的潮流计算模型；/n在所述潮流计算模型中，基于粒子群算法对VSC控制参数进行寻优，以基于最优化连续潮流计算方法，计算所述交直流混联系统的负荷裕度。/n

【技术特征摘要】
1.一种交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法，其特征在于，包括：
建立含VSC-HVDC的交直流混联系统的潮流计算模型；
在所述潮流计算模型中，基于粒子群算法对VSC控制参数进行寻优，以基于最优化连续潮流计算方法，计算所述交直流混联系统的负荷裕度。


2.根据权利要求1所述的交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法，其特征在于，所述建立含VSC-HVDC的交直流混联系统的潮流计算模型，包括：
构建所述含VSC-HVDC的交直流混联系统中交流节点的功率不平衡方程；
在所述交流节点的功率不平衡方程的基础上，构建所述含VSC-HVDC的交直流混联系统中直流节点的功率不平衡方程；
根据所述交流节点的功率不平衡方程与所述直流节点的功率不平衡方程，获取VSC的功率偏差方程和VSC的直流网络偏差方程。


3.根据权利要求2所述的交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法，其特征在于，
所述交流节点的功率不平衡方程为：



所述直流节点的功率不平衡方程为：









所述VSC的功率偏差方程为：









所述VSC的直流网络偏差方程为：



其中，n为交直流混联系统中的节点总数；直流节点数与VSC个数相同，用m表示；na为交流节点数，na＝n-m；a表示交流节点，t表示直流节点；ΔPai和ΔQai分别为第i个交流节点的有功功率方程和发电机无功功率方程的不平衡量；Pais和Qais分别为第i个交流节点向交流母线注入的有功功率和无功功率；Gij和Bij分别为节点i-j的电导和电纳；Ui和θi分别为节点i的电压和相角，Uj和θj分别为节点j的电压和相角，节点i和节点j的相角差表示为θij＝θi-θj；Psi和Qsi分别为节点i向交流母线注入的有功功率和无功功率；μk、Mk、δk、αk、Yk分别为第k个VSC的直流电压利用率、调制度、交流侧电压与换流站侧交流电压相角差、换流电抗器等效电阻与等效电抗的反正切函数值、换流电抗器的等效导纳；Uti和Udi分别为第i个节点的交流侧电压和直流侧电压；Δdk1、Δdk2、Δdk3分别为第k个VSC的三相功率偏差；Δdk4为第k个VSC对直流网络的偏差；gdi为消去联络节点后直流网络节点导纳矩阵的元素，Idi为第i个节点的直流侧电流。


4.根据权利要求1所述的交直流混联电力系统的负荷裕度评估方法，其特征在于，在所述潮流计算模型中，所述基于粒子群算法对VSC控制参数进行寻优，以基于最优化连续潮流计算方法，计算所述交直流混联系统的负荷裕度，具体包括：
S21：根据所述潮流计算模型，完成粒子群算法的初始化，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，沈冰，时珊珊，郭强，韩明远，陈颖，黄少伟，高仕林，
申请(专利权)人：清华大学，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11