基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法技术

本发明专利技术涉及电网数据处理技术领域，公开了一种基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法，其通过将混合统一潮流控制器等效为电压源，获取所述混合统一潮流控制器的电压数据、负荷数据和功率数据，构建HUPFC稳态模型和潮流计算模型，获取潮流计算的随机状态变量，基于NATAF变换算法，将潮流计算随机变量转换至标准正态分布空间，得到正态分布随机变量，基于无迹变换算法，通过最小偏度单形采样策略对所述正态分布随机变量进行抽样，得到抽样样本点，将所述抽样样本点输入到所述潮流计算模型中进行潮流计算，得到潮流计算结果，从而大大缩短计算时间，提高混合式统一潮流控制器的柔性电网概率潮流计算的准确性和可靠性。柔性电网概率潮流计算的准确性和可靠性。柔性电网概率潮流计算的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法


[0001]本专利技术涉及电网数据处理
，尤其涉及一种基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法。

技术介绍

[0002]混合统一潮流控制器(Hybrid unified power flow controller,HUPFC)由Sen变压器(Sen transformer,ST)和统一潮流控制器(Unified power flow controller,UPFC)两种结构和原理完全不同的电气装置构成，其拓扑结构最先由武汉大学学者提出。HUPFC综合了ST和UPFC的优势，在实现电压稳定和均衡控制的同时，提升了系统运行的可靠性与经济性。
[0003]UPFC是柔性交流输电设备中最具代表性、功能强大的补偿装置，可以很方便的调节输电系统中线路阻抗、电压大小及相位三个参数，实现电压调节、串联补偿、相量调节和综合调节四个功能，在提高输电系统那个、优化输电网络运行条件、新能源并网、支撑电网建设、提升电能质量、实现大电网区域互联等领域应用广泛。
[0004]UPFC的控制系统一般由系统级、装置级和阀控级三级构成，系统级一般为调度中心根据系统运行状态下发系统潮流和节点电压指令，装置级控制将根据系统指令，经过相应的控制环节得到换流器的交流侧输出电压指令，阀控级根据电压指令结合调制策略生成换流阀触发信号，得到正确的交流侧电压波形。UPFC的稳态模型已趋于成熟，其中有学者通过引入基于功率注入法的稳态模型，分析UPFC对潮流的控制特性，并结合快速解耦潮流法，基于敏感性分析优化UPFC的容量分配。等效电压源模型具有简易、适用的特点，因而具备更好的通用性和更高的工程应用价值。
[0005]ST是一种串、并联混合的柔性交流输电设备，可理解为一种基于变压器和晶闸管控制技术的改进型移相变压器。武汉大学学者最先提出ST与UPFC组合构成HUPFC的拓扑结构，随之研究了两个装置的容量分配问题，分析了HUPFC的电压补偿和无功补偿能力。后有学者为了优化HUPFC的拓扑结构，提高ST的绕组利用率，提出了一种由普通双绕组变压器构成的改进型ST结构，实现基本不降低装置有功潮流调节范围。
[0006]HUPFC的控制策略分为三部分：ST与UPFC协调控制、UPFC控制和ST抽头控制。ST与UPFC的协调控制环节根据系统指令，得到HUPFC总的串联侧电压和并联侧无功电流指令，并将电压指令合理有序地分配至ST和UPFC控制环节，完成HUPFC的协调控制。UPFC并联侧控制环节采用常规的电流解耦控制策略，UPFC串联侧直接为电压环控制，并配合调制策略。ST控制环节主要为ST的抽头选择与投切的控制，需要根据ST分配到的电压指令，选择正确的投切点，并结合ST有载分接开关的动作特点，得到正确的抽头控制信号。
[0007]在电网中有着大量的不确定性源，如风电场、光伏电厂和一些波动的负荷。为了更加准确地反映电网的真实情况，在电力系统的建模与分析中应该要把这些不确定性因素考虑在内。事实上，概率潮流(PPF)是评估在不确定性因素的影响下的电网运行状态的有效方法，同时还可以揭示电力系统运行中的潜在风险。
[0008]目前已有技术对含统一潮流控制器的电力系统的概率潮流进行计算，但现有技术主要考虑传统的统一潮流控制器的影响，鉴于传统的统一潮流控制器昂贵的造价和功率限制已经束缚了它在实际系统中的推广，而对于混合式统一潮流控制器的柔性电网概率潮流计算的准确性和可靠性均较低。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法，解决了对于混合式统一潮流控制器的柔性电网概率潮流计算的准确性和可靠性均较低的技术问题。
[0010]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法，其中，混合统一潮流控制器包括两个串联的Sen变压器和统一潮流控制器，包括以下步骤：
[0011]将混合统一潮流控制器等效为电压源，获取所述混合统一潮流控制器的电压数据、负荷数据和功率数据，构建HUPFC稳态模型和潮流计算模型；
[0012]获取潮流计算的随机状态变量，基于NATAF变换算法，将所述潮流计算随机变量转换至标准正态分布空间，得到正态分布随机变量；
[0013]基于无迹变换算法，通过最小偏度单形采样策略对所述正态分布随机变量进行抽样，得到抽样样本点，将所述抽样样本点输入到所述潮流计算模型中进行潮流计算，得到潮流计算结果。
[0014]优选地，将混合统一潮流控制器等效为电压源，获取所述混合统一潮流控制器的电压数据、负荷数据和功率数据，构建HUPFC稳态模型和潮流计算模型的步骤具体包括：
[0015]将所述混合统一潮流控制器等效为串并联电压源，其中，串联部分的电压源用于控制串联等效电压源的输出电压，并联部分的电压源用于向并联母线输出无功功率；
[0016]获取统一潮流控制器的并联侧等效电压源和串联侧等效电压源，构建所述混合统一潮流控制器的等效电压源模型；
[0017]获取统一潮流控制器的并联侧等效电压相量和串联侧等效电压相量，构建节点注入功率方程；
[0018]获取统一潮流控制器的状态变量，根据所述状态变量构建潮流计算模型，所述潮流计算模型包括交流电网潮流模型F
AC
(X)和HUPFC潮流模型F
HUPFC
(X)，具体为，
[0019]F(X)＝[F
AC
(X)
T
,F
HUPFC
(X)
T
]T
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
[0020]式1中，F(X)为非线性失配方程组相量，T表示转置符号，X为状态变量向量，由交系统状态变量和HUPFC状态变量组成，其组成如下式：
[0021][0022]式2中，e为除了平衡节点以外的节点电压向量实部的集合；f为PQ节点电压向量虚部的集合；e
sh
和f
sh
分别为HUPFC并联侧等效电压源的电压向量实部和虚部的集合；e
se
和f
se
分别为HUPFC串联侧等效电压源的电压向量实部和虚部的集合，其中，交流电网共有个n
ac
交流节点，包含一个平衡节点，n
PQ
个PQ节点和n
PV
个PV节点；
[0023]计算交流电网任意节点i的注入有功功率P
i
(V,δ)和无功功率Q
i
(V,δ)：
[0024][0025]式3中，e
i
和e
j
分别表示节点i、j的电压向量的实部；f
i
和f
j
分别表示节点i、j的电压向量的虚部；G
ij
、B
ij
表示节点i、j所在支路的导纳；
[0026]建立任意节点i的功率不平衡方程为：
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法，其中，混合统一潮流控制器包括两个串联的Sen变压器和统一潮流控制器，其特征在于，包括以下步骤：将混合统一潮流控制器等效为电压源，获取所述混合统一潮流控制器的电压数据、负荷数据和功率数据，构建HUPFC稳态模型和潮流计算模型；获取潮流计算的随机状态变量，基于NATAF变换算法，将所述潮流计算随机变量转换至标准正态分布空间，得到正态分布随机变量；基于无迹变换算法，通过最小偏度单形采样策略对所述正态分布随机变量进行抽样，得到抽样样本点，将所述抽样样本点输入到所述潮流计算模型中进行潮流计算，得到潮流计算结果。2.根据权利要求1所述的基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法，其特征在于，将混合统一潮流控制器等效为电压源，获取所述混合统一潮流控制器的电压数据、负荷数据和功率数据，构建HUPFC稳态模型和潮流计算模型的步骤具体包括：将所述混合统一潮流控制器等效为串并联电压源，其中，串联部分的电压源用于控制串联等效电压源的输出电压，并联部分的电压源用于向并联母线输出无功功率；获取统一潮流控制器的并联侧等效电压源和串联侧等效电压源，构建所述混合统一潮流控制器的等效电压源模型；获取统一潮流控制器的并联侧等效电压相量和串联侧等效电压相量，构建节点注入功率方程；获取统一潮流控制器的状态变量，根据所述状态变量构建潮流计算模型，所述潮流计算模型包括交流电网潮流模型F
AC
(X)和HUPFC潮流模型F
HUPFC
(X)，具体为，F(X)＝[F
AC
(X)
T
,F
HUPFC
(X)
T
]
T
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1式1中，F(X)为非线性失配方程组相量，T表示转置符号，X为状态变量向量，由交系统状态变量和HUPFC状态变量组成，其组成如下式：式2中，e为除了平衡节点以外的节点电压向量实部的集合；f为PQ节点电压向量虚部的集合；e
sh
和f
sh
分别为HUPFC并联侧等效电压源的电压向量实部和虚部的集合；e
se
和f
se
分别为HUPFC串联侧等效电压源的电压向量实部和虚部的集合，其中，交流电网共有个n
ac
交流节点，包含一个平衡节点，n
PQ
个PQ节点和n
PV
个PV节点；计算交流电网任意节点i的注入有功功率P
i
(V,δ)和无功功率Q
i
(V,δ)：式3中，e
i
和e
j
分别表示节点i、j的电压向量的实部；f
i
和f
j
分别表示节点i、j的电压向量的虚部；G
ij
、B
ij
表示节点i、j所在支路的导纳；建立任意节点i的功率不平衡方程为：
式4中，P
Gi
和Q
Gi
分别为有功和无功发电功率；P
Li
和Q
Li
分别为有功和无功负荷功率；P
i,HUPFC
和Q
i,HUPFC
分别为由节点i注入到HUPFC的有功和无功功率，其中：式5中，j表示配置HUPFC的交流受端母线；建立交流网络潮流模型为F
AC
(X
AC
)＝[ΔP
T
,ΔQ
T
]
T
＝0
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式6式6中，为交流电网的状态变量向量，其中f
o
表示交流电网所有非平衡节点的电压向量的虚部，e表示交流电网所有PQ节点电压向量的实部；ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量，ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量；建立HUPFC潮流模型为：式7中，为HUPFC的状态变量向量；和为HUPFC串联侧的出口有功和无功功率不平衡量；ΔV
i
为并联母线电压幅值的不平衡量；ΔP
E
为直流电网交换功率的不平衡量，其中，不平衡量的定义如下：式8中，为HUPFC串联侧出口有功功率参考值；为HUPFC串联侧出口无功功率参考值；为交流并联母线的电压幅值参考值；利用基于泰勒级数展开的牛顿
‑
拉夫逊法对含混合统一潮流控制器电力系统的潮流计算模型进行迭代求解，得到：将式9进行简化，得到F(X)＝
‑
JΔX，其中，J为交流系统的雅克比矩阵，雅克比矩阵J如下式：
3.根据权利要求1所述的基于混合统一潮流控制器的电网概率潮流计算方法，其特征在于，获取潮流计算的随机状态变量，基于NATAF变换算法，将所述潮流计算随机变量转换至标准正态分布空间，得到正态分布随机变量的步骤具体包括：获取潮流计算的随机状态变量，记为X＝(X1,X2,..X
n
)
T
，n为随机状态变量的个数；将所述随机状态变量通过下式转换为标准正态分布随机变量Z＝(Z1,Z2,..Z
n
)
T
为，式11中，Φ(
·
)和Φ
‑1(
·
)分别为标准正态累积分布函数和逆累积分布函数，为X
i
的累积分布函数；通过下式计算随机输入变量X
i
和随机输入变量X
j
之间的Pearson相关系数ρ
x
(i,j)为，式12中，μ
i
为随机输入变量X
i
的均值，σ
i
为随机输入变量X
i
的标准差，μ
j
为随机输入变量X
j
的均值，σ
j
为随机输入变量X
j
的标准差，为随机输入变量X
i
的累积分布函数的反函数，为随机输入变量X
j
的累积分布函数的反函数，Φ(Z
i
)为标准正态分布Z
i
的累积分布函数；Φ(Z
j
)为标准正态分布Z
j
的累积分布函数；为标准正态分布随机变量Z中的元素Z
i
和Z
j
的联合分布函数，其具体表达式如下所示：式13中，ρ为变量Z
i
和变量Z
j
之间的Pearson相关系数，简记为ρ；Z
i
和Z
j
均为随机变量Z中的元素；由式12和式13建立映射关系为，ρ
x
＝g(ρ
z
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式14式14中，ρ
x
为ρ
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧仲曦，彭穗，李逸欣，杨昆，刘新苗，娄源媛，童铸，钱利宏，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司珠海供电局，
类型：发明
国别省市：