一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器，输入电网初始数据；对直流电网进行初始潮流计算；利用灵敏度分析公式计算DC CFC安装在直流电网不同位置时各支路电流对DC CFC在各受控支路上引入的等效理想变压器变比的耦合灵敏度；建立DC CFC配置指标；对直流电网各支路LI值进行排序；进行DC CFC选址。本发明专利技术能够确定DC CFC的最佳配置位置，降低对DC CFC的容量要求，提高建设经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法
本专利技术涉及电流潮流控制器，特别涉及一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法。
技术介绍
电流潮流控制器(DCcurrentflowcontroller，DCCFC)凭借其强大的潮流调控能力，简单的结构和具备拓展多自由度的潜力，为直流电网的进一步发展提供了可能。作为一种改变电压型直流潮流控制器，DCCFC与传统DC/DC变换器型和辅助电压源型潮流控制器拓扑结构有一定不同。它结构简单，所需电力电子器件较少，只进行线间潮流的定向、定量输送而不与外部电网发生能量交换，不需要承受系统级高压，同时具备拓展双控制自由度的潜力，具有非常好的应用前景。随着直流电网的不断发展，电网拓扑结构日趋复杂。DCCFC装设在不同位置将对直流电网潮流产生不同的作用，而达到同样的调控效果对DCCFC提出的容量要求和产生的经济成本也各不相同，因此DCCFC应结合系统运行条件装设于对直流电网潮流调节效果最优的节点和相关线路上。电流灵敏度分析可以直观的描述线路电流对装置控制变量的灵敏度，可以基于灵敏度分析结果进行潮流控制器选址研究，但由于DCCFC的全桥变换器在各条被控支路上的输出电压不解耦，因此传统的基于单一控制变量的灵敏度分析对DCCFC选址并不适用，因此需要开发一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法，包括如下步骤：步骤1、输入电网初始数据；步骤2、对直流电网进行初始潮流计算；步骤3、在步骤2得出的直流电网潮流分布情况下，利用灵敏度分析公式计算DCCFC安装在直流电网不同位置时各支路电流对DCCFC在各受控支路上引入的等效理想变压器变比的耦合灵敏度；步骤4、由步骤3所得结果建立DCCFC配置指标(locationindex，LI)；步骤5、对直流电网各支路LI值进行排序；步骤6、进行DCCFC选址。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：提出了DCCFC的耦合灵敏度概念，综合考虑了线路电流对所有等效理想变压器变比的综合灵敏度；提出了DCCFC配置指标，该指标既考虑到了各支路电流对DCCFC的灵敏度，也考虑到了DCCFC对各线路电流作用的均衡程度，因此能够确定DCCFC的最佳配置位置，降低对DCCFC的容量要求，提高建设经济性。附图说明图1是DCCFC拓扑结构图。图2是本专利技术的实施例中五端直流电网拓扑图。图3是基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址流程图。具体实施方式首先简要分析DCCFC工作原理。直流输电系统所期望的运行状态是通过换流站和电流潮流控制器的配合，使得各支路保持其最佳输电能力。附图1给出了DCCFC拓扑结构图，该潮流控制器由两个分别串接于主控线路和辅控线路上的完全相同的全桥DC/DC变换器组成，其储能电容C以并联形式相连，装设于主控线路和辅控线路之间。通过对全桥变换器开关操作的不同组合，可以使电容C工作在旁路、充电、放电三种状态下，使得两变换器在满足功率守恒的前提下，向线路输出与线路始端节点电压串联的电压，等效改变了线路参数，实现潮流在特定线路中的定向、定量输送。无特殊说明，以下分析以两线路DCCFC为例。规定线路ij为主控线路，ik为辅控线路。DCCFC在主控线路上引入的等效电压为eij，在辅控线路上引入的等效电压为eik，结合附图1中DCCFC拓扑结构图，由欧姆定律可知流过各线路的电流为：其中Ui、Uj、Uk为各换流站节点电压，Iij、Iik、Ijk为流过各支路电流，Rij、Rik、Rjk为各线路等效电阻。通过等效功率注入法可将DCCFC对被控支路潮流的调配作用转移至控制器安装支路节点处。以主控线路ij为例，DCCFC对线路ij引入的电压为eij，将电压值的引入转化为节点的附加注入功率，则加入DCCFC前后节点i、j的注入功率和附加注入功率可表示为：式中，m、n分别表示与节点i、j相连的节点数目；Pi、Pj为CFC介入工作之前节点i、j的注入功率，Pi’、Pj’是CFC介入工作之后节点i、j的注入功率，δPi、δPj为节点i、j的附加注入功率；Yij是支路Lij的导纳。同理，对支路ik分析可推导得出辅控线路两端的注入功率和附加注入功率。DCCFC引入的附加约束方程一般包括控制目标方程和内部约束方程两部分。稳态情况下DCCFC可控制主控线路ij电流为指令值，因为电流Ii＝Iij+Iik已经由换流站Ti确定，所以Iik也被同时控制。故可知DCCFC的控制目标方程为：式中ΔI为电流误差项，Iij为流过线路ij的电流，Iijref为线路ij设定的电流目标值。忽略变流器运行过程中的损耗，DCCFC在某(几)条线路中吸收的有功功率与其注入其他特定线路中的有功功率是相等的，即DCCFC只进行潮流分配而不与外部网络发生能量交换。因此两线路DCCFC有以下输出功率守恒：至此，DCCFC对直流电网的作用原理分析完成。下面结合附图和具体实施例，进一步说明本专利技术方案。步骤1、输入电网初始数据，包括直流电网各节点类型、控功率站对应的P节点注入有功功率、控电压站对应的V节点参考电压及各支路电阻；不失一般性地，假设某直流电网含有N个节点(1,2,…i…j…k…p…q…N)，b条支路，其中节点N运行于定直流电压模式，其他节点运行于定有功功率模式。假设DCCFC装设于与节点i相连的支路ij和支路ik上，其中支路ij为主控线路，支路ik为辅控线路，DCCFC在主(辅)控线路上引入的等效直流电压为eij(eik)，节点p，q代表任一节点。步骤2、对直流电网进行初始潮流计算；此时电网中不含有DCCFC。以注入直流电网电流为正，则流过任意节点p的电流可表示为式(7)，节点有功功率与电流、电压关系可表示为式(8)，节点p注入直流电网的有功功率为式(9)：Pp＝IpUp(8)Pp＝Pc,dcp+Pgp-Pdp(9)式中Ip为流过节点p的电流；Up、Uq为节点p、q的电压；Gpq为节点p、q之间线路电导；Pp为节点p的注入功率，Pc,dcp为换流站向直流电网注入的有功功率；Pgp为节点p等效直流源输出功率；Pdp为节点p等效直流负载的吸收功率。式(1-3)构成了基本直流电网潮流模型。列写直流电网潮流方程并根据已知的Pp和Up进行牛顿—拉夫逊潮流迭代，即可求解直流电网潮流。步骤3、在步骤2得出的直流电网潮流分布情况下，利用灵敏度分析公式计算DCCFC安装在直流电网不同位置时各支路电流对DCCFC在各受控支路上引入的等效理想变压器变比的耦合灵敏度；步骤3.1、计算DCCFC串联输出电压对换流站端口电压的等效理想变压器变比，其表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、输入电网初始数据；/n步骤2、对直流电网进行初始潮流计算；/n步骤3、在步骤2得出的直流电网潮流分布情况下，利用灵敏度分析公式计算DC CFC安装在直流电网不同位置时各支路电流对DC CFC在各受控支路上引入的等效理想变压器变比的耦合灵敏度；/n步骤4、由步骤3所得结果建立DC CFC配置指标；/n步骤5、对直流电网各支路LI值进行排序；/n步骤6、进行DC CFC选址。/n

【技术特征摘要】
1.基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、输入电网初始数据；
步骤2、对直流电网进行初始潮流计算；
步骤3、在步骤2得出的直流电网潮流分布情况下，利用灵敏度分析公式计算DCCFC安装在直流电网不同位置时各支路电流对DCCFC在各受控支路上引入的等效理想变压器变比的耦合灵敏度；
步骤4、由步骤3所得结果建立DCCFC配置指标；
步骤5、对直流电网各支路LI值进行排序；
步骤6、进行DCCFC选址。


2.根据权利要求1所述的基于耦合灵敏度分析的电流潮流控制器选址方法，其特征在于，步骤3中，在已知直流电网潮流分布情况下，利用灵敏度分析公式计算DCCFC安装在直流电网不同位置时各支路电流对DCCFC在各受控支路上引入的等效理想变压器变比的耦合灵敏度，具体为：
步骤3.1、计算DCCFC串联输出电压对换流站端口电压的等效理想变压器变比mij、mik；
步骤3.2、求解各换流站节点电压关于mij、mik的灵敏度；
对于定有功功率运行模式的换流站节点x(x＝1,2,…i…j…k…p…q…N-1,其中p、q代表任一节点)来说，其有功功率PTx对于DCCFC各线路上等效理想变压器变比m的灵敏度为0，故定有功功率运行模式的换流站有功功率关于mij、mik的灵敏度关系为式(1)：



其中Ux(x＝1,2,…i…j…k…p…q…N-1,其中p、q代表任一节点)为各换流站节点电压，PTx(x＝1,2,…i…j…k…p…q…N-1,其中p、q代表任一节点)为各定有功功率运行模式的换流站有功功率；
式(1)包含有2×(N-1)个方程，2×(N-1)个未知数，可以直接求解得到定有功功率运行模式的换流站节点电压与关于mij、mik的灵敏度。计算过程中，带入mij、mik的值等于1，即所求值为潮流控制器不参加工作时的情形，灵敏度值越高，说明定有功功率运行的换流站节点电压对mij、mik的变化越灵敏；
对于定直流电压运行模式的换流站节点N来说，其节点电压UN对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄浩，张岱岳，王松，王谱宇，杨伟，周凌柯，卜京，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32