一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法技术

本发明专利技术涉及电网潮流技术领域，具体涉及到一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，包括以下步骤：基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；基于VSC功率控制模型，建立含VSC

【技术实现步骤摘要】
一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法


[0001]本专利技术涉及电网潮流
，具体涉及到一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法。

技术介绍

[0002]电压源换流器(Voltage source converter, VSC)通过控制全控电力电子器件的开通和关断，改变输出电压的相角和幅值，可实现对交流侧有功功率和无功功率的独立控制。基于此优势，以VSC为基础的高压直流输电(VSC
‑
HVDC)能够提高清洁能源的并网效率，优化城市和孤岛供电、完成不同区域电网的互联、以及实现远海风电场电力的集中输送等，现已得到快速发展。为了增强直流电网的稳定性，提高混合电网调度控制的灵活性，以及实现可再生能源的充分利用，基于VSC的多端直流输电系统(Multi
‑
terminal High Voltage Direct Current Transmission Based on VSC, VSC
‑
MTDC)成为当前交直流混合电网的主要发展方向。相较双端VSC
‑
HVDC，VSC
‑
MTDC混合电网中VSC控制策略更加多样，电网的运行方式也更加灵活，考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法成为亟需研究的重要问题。
[0003]国内外针对VSC的控制策略和含VSC交直流混合电网的潮流计算现已开展了大量研究。当前对含VSC
‑
MTDC混合电网潮流计算的研究，主要有以下不足：VSC换流站多采用简化电路模型，而不是采用完整的T型电路模型。这些研究在建立换流站输出功率与站内直流电压之间的联系时，为了简化计算往往忽略了站内滤波器母线，或忽略了站内升压变压器，而使得潮流计算结果欠准确。
[0004]缺乏考虑VSC采用自适应下垂控制策略的潮流计算方法。当前含VSC交直流混合电网潮流计算的一部分研究考虑了VSC采用定系数下垂控制策略，尚未涉及VSC的自适应下垂控制策略。VSC下垂控制正朝着自适应下垂控制策略的方向发展，相较定系数下垂控制，自适应下垂控制策略中下垂系数值随着VSC的传输功率与直流电压的变化而改变，定系数下垂控制策略的潮流计算方法无法求解含自适应下垂控制策略VSC的潮流问题。自适应下垂控制策略中下垂系数值成为新的变量，需要在求解模型以及潮流结果中体现。
[0005]未考虑定MI值的潮流计算。MI作为VSC的控制变量，关系到VSC的最佳PWM模式、VSC交流侧对直流电压波动的抗谐波能力，以及VSC
‑
HVDC的最优潮流问题，所以研究不同MI值时的混合电网潮流计算方法很有必要。
[0006]针对上述不足，有必要从VSC的控制策略出发，提出VSC不同控制策略下VSC
‑
MTDC混合电网的潮流计算模型。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法；为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种考虑VSC控制策略的交直流混
合电网潮流计算方法，包括以下步骤：步骤1，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；其中，VSC为电压源换流器的简称；步骤2，基于VSC功率控制模型，建立含VSC
‑
MTDC混合电网潮流模型；其中，VSC
‑
MTDC为基于VSC的多端直流输电系统的简称；步骤3，基于含VSC
‑
MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组；步骤4，采用统一迭代法对潮流方程组进行求解。
[0008]进一步的，在步骤1中，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型包括：VSC换流站的站内共有4处母线，包括：与交流电网连接的母线s，连接变压器、换相电抗器和滤波器的母线f，换流站交流出口母线c以及站内直流母线dc；稳态运行时，VSC与交流系统间传输的有功功率与无功功率大小，一方面受换流桥额定线电流I
c
的限制，同时还取决于换流桥输出线电压U
c
的大小，U
c
由直流侧电压U
dc
、直流电压利用率μ以及MI值λ共同决定，当VSC采用空间矢量调制，直流采用双极性系统时，有如下关系：
ꢀꢀꢀꢀ
（1）VSC对交流系统的功率控制以有功功率和无功功率为目标，有功功率控制目标的指令是交流电网侧有功功率P
s
或直流侧电压U
dc
；无功功率控制目标是交流侧无功功率Q
s
或交流侧电压U
s
；在dq0坐标系下，由瞬时功率理论，VSC对电网的输出功率有如下公式；（2）式中，u
sd
是网侧电压d轴分量；i
d
、i
q
分别是d轴电流、q轴电流；VSC有功包括三种控制策略，无功包括两种控制策略，共五种控制策略，其中：策略一是有功下垂控制，策略二是定有功功率控制，策略三是定直流电压控制，策略四是定交流电压控制，策略五是定无功功率控制；在VSC正常运行时，有功功率和无功功率分别选择相应的控制对象，VSC
‑
MTDC各控制方式中的有功选择如下：主从控制，主站的有功功率选择策略三，从站的有功功率选择策略二；电压裕度控制，主站有功功率选择策略三，从站有功功率选择策略二，当主站功率越限时，主站的有功功率从策略三切换到策略二，事先指定的作为后备主站的从换流站将有功功率从策略二切换到策略三；电压下垂控制，换流站有功功率选择策略一；电压下垂控制策略是通过多个具有直流电压、功率调节能力的换流站共同控制，共同承担功率平衡和稳定直流电压；下垂控制对象有VSC输出交流功率P
s
、VSC直流功率P
dc
、VSC直流电流i
dc
以及VSC输出频率w；采用VSC下垂控制有如下公式：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）
式中，分别是VSC下垂控制的电压、有功功率参考值；C
i
是下垂曲线的斜率；当C
i
=0时，下垂控制变为定有功控制，有功功率值为；P
vd,i
是VSC下垂控制策略下的输出功率，U
dc,i
指i换流站直流母线电压；采用自适应下垂控制策略构造关于C
i
的方程h
c,i
如下式所示：（4）式中，C
0,i
、、分别为第i个VSC换流站下垂系数的当前值、最大整流功率、直流电压滞环阈值，当直流电压与额定值之差在阈值范围内时，保持当前下垂系数值C0,
i
不变；为直流系统电压所允许的最大偏差，可选取直流电压参考值的5%，式(4)中h
c,i
值为0。
[0009]进一步的，在步骤2中，基于VSC功率控制模型，建立含VSC
‑
MTDC混合电网潮流模型包括：步骤2.1、建立交流电网潮流模型：混合电网中交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型；其中，VSC为电压源换流器的简称；步骤2，基于VSC功率控制模型，建立含VSC
‑
MTDC混合电网潮流模型；其中，VSC
‑
MTDC为基于VSC的多端直流输电系统的简称；步骤3，基于含VSC
‑
MTDC混合电网潮流模型，建立潮流方程组；步骤4，采用统一迭代法对潮流方程组进行求解。2.根据权利要求1所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤1中，基于自适应下垂控制策略，建立VSC功率控制模型包括：VSC换流站的站内共有4处母线，包括：与交流电网连接的母线s，连接变压器、换相电抗器和滤波器的母线f，换流站交流出口母线c以及站内直流母线dc；稳态运行时，VSC与交流系统间传输的有功功率与无功功率大小，一方面受换流桥额定线电流I
c
的限制，同时还取决于换流桥输出线电压U
c
的大小，U
c
由直流侧电压U
dc
、直流电压利用率以及MI值共同决定，当VSC采用空间矢量调制，直流采用双极性系统时，有如下关系：系：VSC对交流系统的功率控制以有功功率和无功功率为目标，有功功率控制目标的指令是交流电网侧有功功率P
s
或直流侧电压U
dc
；无功功率控制目标是交流侧无功功率Q
s
或交流侧电压U
s
；在dq0坐标系下，由瞬时功率理论，VSC对电网的输出功率有如下公式；(2)式中，u
sd
是网侧电压d轴分量；i
d
、i
q
分别是d轴电流、q轴电流；VSC有功包括三种控制策略，无功包括两种控制策略，共五种控制策略，其中：策略一是有功下垂控制，策略二是定有功功率控制，策略三是定直流电压控制，策略四是定交流电压控制，策略五是定无功功率控制；在VSC正常运行时，有功功率和无功功率分别选择相应的控制对象，VSC
‑
MTDC各控制方式中的有功选择如下：主从控制，主站的有功功率选择策略三，从站的有功功率选择策略二；电压裕度控制，主站有功功率选择策略三，从站有功功率选择策略二，当主站功率越限时，主站的有功功率从策略三切换到策略二，事先指定的作为后备主站的从换流站将有功功率从策略二切换到策略三；电压下垂控制，换流站有功功率选择策略一；电压下垂控制策略是通过多个具有直流电压、功率调节能力的换流站共同控制，共同承担功率平衡和稳定直流电压；下垂控制对象有VSC输出交流功率P
s
、VSC直流功率P
dc
、VSC直流电流i
dc
以及VSC输出频率w；采用VSC下垂控制有如下公式：
ꢀꢀ
(3)
式中，、分别是VSC下垂控制的电压、有功功率参考值；C
i
是下垂曲线的斜率；当C
i
=0时，下垂控制变为定有功控制，有功功率值为；P
vd,i
是VSC下垂控制策略下的输出功率，U
dc,i
指i换流站直流母线电压；采用自适应下垂控制策略构造关于C
i
的方程h
c,i
如下式所示：
ꢀꢀ
(4)式中，C
0,i
、、分别为第i个VSC换流站下垂系数的当前值、最大整流功率、直流电压滞环阈值，当直流电压与额定值之差在阈值范围内时，保持当前下垂系数值C0,
i
不变；为直流系统电压所允许的最大偏差，可选取直流电压参考值的5%，式(4)中h
c,i
值为0。3.根据权利要求2所述的一种考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算方法，其特征在于：在步骤2中，基于VSC功率控制模型，建立含VSC
‑
MTDC混合电网潮流模型包括：步骤2.1、建立交流电网潮流模型：混合电网中交流电网潮流模型可建立交流电网功率方程h
P,i
、h
Q,i
如下： (5)式中，i是交流电网的母线编号，i=1,2,
…
,n，以下公式对交流电网单个母线列写公式时，都以i表示，其中当i属于1~p表示编号为1~p的换流站依次连接在1~p交流电网母线处，j表示i母线所连接的其他母线序号；另外在下文步骤2.4中，i表示连接换流站的直流母线编号：i=1,2,
…
,p，在下文步骤2.5中，i表示直流电网内部母线的编号，即不连接换流站的直流母线编号，由于混合电网中共有k条直流母线，有p条母线连接换流站，内部直流母线即i=1,2,
…
,k
‑
p；以下公式中变量的下缀带有“,i”表示针对第i条母线的公式参数；P
i
、Q
i
分别表示交流母线i注入的有功功率和无功功率；η
i
表示交流母线i是否连接VSC换流站，取值1或0，且1表示连接，0表示不连接；δ
i
表示交流母线i电压的相位，δ
j
表示交流母线j电压的相位，δ
ij
=δ
i
‑
δ
j
则表示母线i与母线j的电压相位差；P
vsc,i
、Q
vsc,i
分别表示交流电网对VSC换流站输出的有功、无功，与P
s
、Q
s
相对应；当有功控制策略为策略一或策略二时：P
vsc,i
=P
vd,i
；当有功控制为策略三时，VSC的输出功率是未知量，并视为直流电网的松弛母线，用以平衡直流电网内换流站的有功功率，可由潮流结果计算得到；G
ij
、B
ij
是交流电网支路导纳参数；U
i
是i换流站所连接交流电网母线的电压，U
j
是与交流电网i母线连接的j交流电网母线电压；步骤2.2、建立VSC换流站输出功率潮流模型：将交流电网与VSC换流站之间的连接电路进行Y
‑△
变换，变换前后U
s
、U
c
、I
s
、I
c
不变，其中U
s
、U
c
、I
s
、I
c
分别是换流站连接交流母线电压的复数值、站内交流侧电压的复数值、交流
电网注入换流站的电流复数值，站内注入交流侧母线的交流电流复数值；可得站内π型电路线路导纳参数公式：
ꢀꢀꢀ
(6)式中，Y
s
‑
e,i
、Y
s
‑
c,i
、Y
c
‑
e,i
分别表示转换后换流站连接的电网母线的对地导纳、电网母线与换流站内交流母线的连接导纳，以及站内交流母线的对地导纳；Y
s
‑
f,i
、Y
f,i
、Y
f
‑
c,i
分别指换流站所连接电网的交流母线与站内滤波母线的连接导纳、站内滤波母线的对地导纳、滤波母线与站内交流母线的连接导纳；电路变换后，母线s与母线c之间的连接变成典型的π型电路，交流电网流输出至VSC换流站的视在功率为，其中S
vsc,i
的实部为有功功率P
vsc,i
，虚部为无功率Q
vsc,i
，其中是交流电网注入i换流站电流的共轭值，每个VSC换流站看作交流电网的一条支路，可由潮流公式得到P
vsc,i
、Q
vsc,i
计算公式如下：(7)(8)式中，i=1,2,
…
,p，G
s
‑
c,i
、B
s
‑
c,i
，G
s
‑
e,i
、B
s
‑
e,i
分别表示电路变换后，换流站所连接电网的交流母线与站内交流母线的连接电导、电纳，换流站所连接电网的交流母线的对地电导、电纳；δ
s
‑
c,i
是换流站所连接交流电网母线电压与站内交流侧母线电压的相位差；再联立公式(1)，即可建立P
vsc,i
、Q
vsc,i
与λ
i
、调制波的相位δ
c,i
、以及U
dc,i
的关系式；当VSC选择下垂控制和定Q
vsc
控制时，可建立VSC换流站的有功方程h
vp,i
和无功方程h
vq,i
；(9)式中，是换流站输出无功功率的设定值；P
vsc,i
、Q
vsc,i
分别表示换流站输出的有功功率和无功功率；对于采用定U
s
控制的VSC换流站，连接的交流电网母线为视为PV类型，采用式(5)中的h
Q,i
建立VSC换流站的无功平衡；步骤2.3、滤波器母线的潮流模型：每一个VSC换流站模型均含有一个滤波器母线f；f母线的外部注入功率P
f,i
、Q
f,i
为0，可以等效交流电网的PQ节点，采用交流电网PQ节点的潮流公式建立U
f,i
、δ
f,i
的方程；f母线有两条支路：f
‑
c、f
‑
s，滤波电容器的导纳Y
f
是母线f的对地导纳，于是有f母线的功率方程h
Pf,i
、h
Qf,i
：
ꢀꢀ
(10)
ꢀ
(11)式中，i=1,2,
…
,p，其中G
f
‑
f
、B
f
‑
f
是母线的自电导、自电纳，U
s,i
、U
f,i
、U
c,i
分别表示换流站连接的交流电网母线电压、站内滤波器母线电压、站内交流母线电压；δ
f
‑
s,i
、δ
f
‑
c,i
、分别表示站内滤波母线与电网母线、滤波母线与站内交流母线的相位差；G
f
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭春华，王学奎，孙惠娟，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：