一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，所述方法包括以下步驟：分解含多端直流輸電的混合電力系統(tǒng)；對(duì)分解后的所述電力系統(tǒng)中的子系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算并確定特征數(shù)據(jù)；修正分解后的所述電力系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)層的邊界參數(shù)達(dá)到全局收斂。本方法充分利用了分布式并行計(jì)算在大電網(wǎng)分析計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，各交流子系統(tǒng)單獨(dú)計(jì)算潮流，邊界點(diǎn)引入了子區(qū)域的特征數(shù)據(jù)，在直流協(xié)調(diào)層修正邊界參數(shù)以達(dá)到全局收斂。該方法提高了含有多端直流輸電的交直流混合系統(tǒng)潮流計(jì)算的收斂性和計(jì)算速度，提高潮流計(jì)算計(jì)軟件在目前實(shí)際電網(wǎng)以及未來大電網(wǎng)的實(shí)用化水平。
【專利說明】一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種交直流系統(tǒng)潮流確定方法，更具體涉及一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]隨著高壓交流輸電技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及廣域交流大電網(wǎng)的形成，交流輸電也遇到了其固有的系統(tǒng)同步性、輸電穩(wěn)定性、輸電效率相對(duì)直流系統(tǒng)較低等技術(shù)瓶頸問題；同時(shí)交流大電網(wǎng)的安全運(yùn)行問題也日益突出。同時(shí)，隨著傳統(tǒng)能源的短缺和環(huán)境惡化問題的不斷加劇，世界各國已經(jīng)認(rèn)識(shí)到能源的利用與開發(fā)必須從傳統(tǒng)能源向綠色可再生能源等清潔能源過渡。但受限于電力系統(tǒng)消納能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出現(xiàn)“棄風(fēng)”、“棄光”現(xiàn)象；另一方面風(fēng)電、太陽能等新能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，屬于間歇式電源。隨著各種大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)，傳統(tǒng)的電力裝備、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行技術(shù)等在接納超大規(guī)?？稍偕茉捶矫嬖絹碓搅Σ粡男?，為此必須采用新技術(shù)、新裝備和新電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來滿足未來能源格局的深刻變化。而基于常規(guī)直流及柔性直流的多端直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)技術(shù)是解決這一問題的有效技術(shù)手段之一。
[0003]多端直流輸電(mult1-terminal HVDC)是直流電網(wǎng)發(fā)展的初級(jí)階段，是由3個(gè)以上換流站，通過串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接起來的輸電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電和多落點(diǎn)受電。
[0004]目前已采用的高壓直流輸電的類型有:
[0005](I)超過30km的水下電纜。混合型高壓直流輸電對(duì)于海上電網(wǎng)相連來說具有很大優(yōu)勢(shì)。緊湊的電壓源型換流器適用于海上平臺(tái)并且可與電氣孤島相連。電流源型換流器端可以放置于對(duì)換流站體積要求不高的陸上，而且可接入陸上強(qiáng)電網(wǎng)。由于電壓源型換流器電壓極性固定，電流源型換流器電流流向固定，因此功率潮流不能直接反轉(zhuǎn)。潮流反轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)需要停運(yùn)，并且一端的電壓極性需要改變?，F(xiàn)在一些電壓源型換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以直接改變電壓極性，從而實(shí)現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn)。為了避免潮流反轉(zhuǎn)，混合線路在規(guī)劃的時(shí)候可以只考慮單向功率潮流交流輸電由于電纜的大電容需要中間補(bǔ)償站，對(duì)超過30km距離的水面來說，交流輸電是不切實(shí)際的。高壓直流輸電不需要中間補(bǔ)償站，如瑞典FENNO—芬蘭SKAN直流輸電工程，橫跨海峽，采用220km長(zhǎng)的電纜。
[0006](2)兩個(gè)交流系統(tǒng)之間的異步聯(lián)接。由于交流系統(tǒng)穩(wěn)定性問題或兩個(gè)交流系統(tǒng)的額定頻率不同，在這種情況下也不適宜采用交流聯(lián)接。另外，兩大系統(tǒng)逐漸發(fā)展需要互聯(lián)，它們雖有相同的頻率，有時(shí)卻不同期，采用直流互聯(lián)也是常用手段。這兩種情況在美國最多見，其它(印度、日本、歐洲等)地方也采用。
[0007](3)大容量遠(yuǎn)距離架空線輸電。超過700km距離時(shí)，用高壓直流輸電替代交流輸電極具競(jìng)爭(zhēng)力。美國BPA系統(tǒng)、加拿大納爾遜河輸電系統(tǒng)、我國的葛上直流工程和天廣直流工程均屬此類型。
[0008]而未來我國電網(wǎng)的總體發(fā)展戰(zhàn)略是:西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)。為了響應(yīng)該戰(zhàn)略，發(fā)展多端直流系統(tǒng)對(duì)大區(qū)互聯(lián)、新能源接入有這個(gè)非常重要的意義。
[0009]我國的高壓直流輸電也得到巨大的發(fā)展，多條直流輸電線路已投入運(yùn)行，直流輸電線路在我國的輸電電網(wǎng)中占的比重越來越大。探討和研究MTDC輸電技術(shù)，對(duì)解決我國電網(wǎng)中直流輸電多電源供電、多落點(diǎn)受電的問題，降低直流輸電線路建設(shè)成本，完善直流輸電系統(tǒng)諧調(diào)控制方式，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效克服重大災(zāi)難性事件的發(fā)生，無疑具有極大的意義。
[0010]廣東汕頭南澳島上青澳、金牛兩個(gè)換流站與汕頭澄海區(qū)塑城換流站在2013年12月25日完成三端投產(chǎn)啟動(dòng)，這是世界上首個(gè)多端柔性直流輸電工程，標(biāo)志著中國成為第一個(gè)完全掌握多端柔性直流輸電成套設(shè)備設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試和運(yùn)行全系列核心技術(shù)的國家。舟山直流輸電系統(tǒng)是世介紹首個(gè)五端直流輸電系統(tǒng)，也有望在2014上半年投入運(yùn)行。
[0011]關(guān)于含MTDC交直流混合系統(tǒng)的潮流計(jì)算，針對(duì)傳統(tǒng)的PCC - MTDC輸電系統(tǒng)，目前已經(jīng)有了相對(duì)豐富潮流計(jì)算理論和研究?；镜姆椒ㄓ新?lián)立求解法和交替求解法。兩種方法在交直流混合計(jì)算系統(tǒng)的潮流計(jì)算上各有有缺，工程應(yīng)用上，一般來講交替迭代法工具有實(shí)用性:與原有的潮流程序兼容性好、接口簡(jiǎn)單。但是在面對(duì)日益復(fù)雜的多段直流系統(tǒng)和應(yīng)用于多個(gè)大區(qū)互聯(lián)的場(chǎng)景下，該算法在收斂性上的不足逐漸凸顯。而且隨著新型電力電子換流器應(yīng)用于MTDC系統(tǒng)，有必要對(duì)含多端直流輸?shù)幕旌想娏ο到y(tǒng)潮流程序進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0012]本發(fā)明的目的是提供一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，該方法提高了含有多端直流輸電的交直流混合系統(tǒng)潮流計(jì)算的收斂性和計(jì)算速度，提高潮流計(jì)算計(jì)軟件在目前實(shí)際電網(wǎng)以及未來大電網(wǎng)的實(shí)用化水平。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，所述方法包括以下步驟:
[0014](I)分解含多端直流輸電的混合電力系統(tǒng)；
[0015](2)對(duì)分解后的所述電力系統(tǒng)中的子系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算并確定特征數(shù)據(jù)；
[0016](3)修正分解后的所述電力系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)層的邊界參數(shù)達(dá)到全局收斂。
[0017]本發(fā)明提供的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，將所述步驟(I)中的電力系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)和協(xié)調(diào)層；所述協(xié)調(diào)層用于協(xié)調(diào)所述子系統(tǒng)并同時(shí)計(jì)算直流網(wǎng)絡(luò)的潮流。
[0018]本發(fā)明提供的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，所述電力系統(tǒng)在各換流站換流器交流側(cè)母線處將其分割；所述子系統(tǒng)為各個(gè)單獨(dú)的交流系統(tǒng)；所述協(xié)調(diào)層為換流器的直流網(wǎng)絡(luò)和直流側(cè)的直流網(wǎng)絡(luò)。
[0019]本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，每個(gè)所述子系統(tǒng)的潮流計(jì)算根據(jù)設(shè)置的分割邊界母線的的電壓初值確定，其中i =1，2，3......mD
[0020]本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，所述特征數(shù)據(jù)為所述子系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)Jc^和且通過下式確定:

【權(quán)利要求】
1.一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: (1)分解含多端直流輸電的混合電力系統(tǒng)； (2)對(duì)分解后的所述電力系統(tǒng)中的子系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算并確定特征數(shù)據(jù)； (3)修正分解后的所述電力系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)層的邊界參數(shù)達(dá)到全局收斂。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:將所述步驟(1)中的電力系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)和協(xié)調(diào)層；所述協(xié)調(diào)層用于協(xié)調(diào)所述子系統(tǒng)并同時(shí)計(jì)算直流網(wǎng)絡(luò)的潮流。
3.如權(quán)利要求2所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述電力系統(tǒng)在各換流站換流器交流側(cè)母線處將其分割；所述子系統(tǒng)為各個(gè)單獨(dú)的交流系統(tǒng)；所述協(xié)調(diào)層為換流器的直流網(wǎng)絡(luò)和直流側(cè)的直流網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:每個(gè)所述子系統(tǒng)的潮流計(jì)算根據(jù)設(shè)置的分割邊界母線的的電壓初值確定，其中i=I, 2, 3......m。
5.如權(quán)利要求4所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述特征數(shù)據(jù)為所述子系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)Jcd和^,且通過下式確定:
式中，邊界的節(jié)點(diǎn)注入功率Sci與分割邊界母線的的電壓Iicf的函數(shù)5；.=/:,(￡>?)是子系統(tǒng)i邊界函數(shù)山是子系統(tǒng)i邊界函數(shù)的Jacobian矩陣；成?、AUn分別是邊界節(jié)點(diǎn)的潮流和電壓的變化量。
6.如權(quán)利要求5所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述邊界函數(shù)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開為: fMJ=Ci ’+ Jd ?,? + o(0d )=ci+ j,,.?,(3) 式中，為泰勒級(jí)數(shù)展開后除一次項(xiàng)以外的余項(xiàng)；cV=/,#); o(￡jd)為展開式的二階余項(xiàng)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述邊界節(jié)點(diǎn)的潮流和電壓的變化量Δ4和Mid通過下式確定:
式中，Δ&、AUli分別是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的潮流和電壓的變化量Jcd =Jc-c-Jc-lJl-r'Jl-c ；Jc-c> Jc-1 > Jl-1 > Jl-c為將雅克比矩陣中邊界節(jié)點(diǎn)移到首排后的矩陣元素。
8.如權(quán)利要求6所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述步驟(3)中的協(xié)調(diào)層的邊界參數(shù)通過建立協(xié)調(diào)方程進(jìn)行修改，所述協(xié)調(diào)方程通過下式確定:
式中，Pd1ss是直流輸電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗A為VSC吸收的有功功率；Ud1、Idi分別為第i個(gè)換流器直流側(cè)的電壓和電流；u為PMW的直流電壓利用率；M為PMW的調(diào)制度。
9.如權(quán)利要求8所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:通過下式節(jié)點(diǎn)方程確定所述Pdltjss和Idi分別是<^的函數(shù)，即P-爲(wèi)!d=f,(UJ: Idc = GdUdc (6) 式中，Idc為直流電流向量；Gd是直流網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；Ud。為直流電壓向量； 通過公式(3)和公式(5)確定新的邊界節(jié)點(diǎn)電壓值l>d;將所述新的邊界節(jié)點(diǎn)電壓值發(fā)送給兩個(gè)子系統(tǒng)重新計(jì)算，完成一次基本的外層迭代。
10.如權(quán)利要求9所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:每完成一次所述基本的外層迭代，根據(jù)下式的的盤踞方程判斷是否收斂:
式中，uf為第k次迭代后的電壓幅值；為第k-Ι次迭代后的電壓幅值；為k次迭代后的電壓相角;S)”為第k-ι次迭代后的電壓相角:ε P ε 2為計(jì)算精度。 若不收斂則返回所述步驟(2)中通過相同的分割邊界母線的的電壓初值重新確定特征數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求2所述的一種含多端直流輸電的交直流系統(tǒng)潮流確定方法，其特征在于:所述方法通過采用異步迭代算法使得各個(gè)所述子系統(tǒng)和協(xié)調(diào)層分別與公共存儲(chǔ)器聯(lián)系并按照自己的計(jì)算周期運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK104167756SQ201410407190
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】趙昆, 楊逍, 賈育培, 李理, 陳利杰, 邢穎 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)福建省電力有限公司