本發(fā)明屬于柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

和傳統(tǒng)直流輸電相比，柔性直流輸電能夠有效地解決新能源發(fā)電功率的波動(dòng)性和隨機(jī)性問(wèn)題，柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了“雙端”—“多端”—“直流電壓”的發(fā)展歷程，直流電網(wǎng)是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的最佳方案。在直流電網(wǎng)中有N個(gè)換流站，有且僅有N-1條支路的換流站能通過(guò)換流站進(jìn)行控制，其余支路均不可控。潮流分布的不合理將引發(fā)線(xiàn)路過(guò)載，導(dǎo)致直流電網(wǎng)低效率運(yùn)行或者帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

根據(jù)以上分析，直流潮流控制器（Directcurrent power flow controller，DCPFC）的研究對(duì)于提高直流電網(wǎng)潮流控制的自由度，保障直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的實(shí)際意義。而現(xiàn)有研究大多針對(duì)雙端直流潮流控制器，其只能輔助控制一條線(xiàn)路的直流潮流，在含有多個(gè)環(huán)網(wǎng)的復(fù)雜直流電網(wǎng)中需要在多條線(xiàn)路上同時(shí)安裝多個(gè)直流潮流控制器并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)成本較高且可靠性較低。因此，在直流電網(wǎng)中安裝可提高直流電網(wǎng)可控性的多端口直流潮流控制器（Multiport DC power flow controller，MDCPFC）勢(shì)在必行，已經(jīng)成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。

在直流電網(wǎng)中加裝多端口直流潮流控制器（MDCPFC）能有效的提高線(xiàn)路潮流的可控性，但是，用常規(guī)潮流計(jì)算方法時(shí)，相當(dāng)于在其安裝支路多端口直流潮流控制器（MDCPFC）出口處新增了節(jié)點(diǎn)，使得潮流計(jì)算時(shí)所列些的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和雅克比矩陣的階數(shù)增加，矩陣中的某些元素也會(huì)隨之改變，計(jì)算量會(huì)變得很大，還可能會(huì)使算法無(wú)法收斂，降低潮流計(jì)算的速度和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是將多端口直流潮流控制器接入直流電網(wǎng)中，提出新的控制方法對(duì)直流電網(wǎng)進(jìn)行控制的采用多端口直流控制器對(duì)直流電網(wǎng)中潮流控制的方法。

本發(fā)明的步驟是：

步驟一、①含有m端口的多端口直流潮流控制器連接到直流網(wǎng)絡(luò)中，其各個(gè)模塊之間必須滿(mǎn)足功率平衡；

②令直流電壓V1可控，給多端口直流潮流控制器上對(duì)應(yīng)于V1的m1端口一個(gè)調(diào)節(jié)其功率的指令，傳遞到其余的每個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)端口m2、m3......，端口電流I2，I3……Im也隨之改變；

③每?jī)蓚€(gè)相鄰的端口會(huì)產(chǎn)生新增的直流電壓差V12，V23……V（m-1）m，通過(guò)調(diào)節(jié)注入模塊的直流電壓來(lái)得到端口電壓值；

④采用基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律分別獲得新增的直流電壓Vm1和電流I1；

⑤每個(gè)模塊吸收或者傳輸?shù)闹绷鞴β逝c直流電流傳遞或直流電壓注入相一致；其所有模塊的功率和理想狀態(tài)為0；

步驟二、①在直流網(wǎng)絡(luò)P端口加裝一個(gè)m’端口的多端口直流潮流控制器，所選用的多端口直流潮流控制器的端口數(shù)m’與直流網(wǎng)絡(luò)P端口相連的支路m相等；

②與P相連的各支路電流如式（3）：

P=1,2……n x=1,2……m （3）

其中：U_p是p的節(jié)點(diǎn)電壓；U_x是x的節(jié)點(diǎn)電壓；Gpx（p≠x）是p和x的互電導(dǎo)；Mx是多端口直流潮流控制器的變比；

節(jié)點(diǎn)P的注入功率和與P相連M條支路的注入功率如式（4）：

（4）

其中：U_p是p的節(jié)點(diǎn)電壓；U_x是x的節(jié)點(diǎn)電壓；G_px（p≠x）是p和x的互電導(dǎo)；M_x是多端口直流潮流控制器的變比；Np和Nx分別為與節(jié)點(diǎn)p和x相連的節(jié)點(diǎn)集合；

③用加裝多端口直流潮流控制器之后節(jié)點(diǎn)的注入功率，減去加裝多端口直流潮流控制器之前節(jié)點(diǎn)的注入功率，得到加裝多端口直流潮流控制器后節(jié)點(diǎn)注入功率的修正量，由式（6）表示：

（6）

其中：Up是p的節(jié)點(diǎn)電壓；Ux是x的節(jié)點(diǎn)電壓；Gpx（p≠x）是p和x的互電導(dǎo)；Mx是多端口直流潮流控制器的變比。

本發(fā)明在直流電網(wǎng)中加裝多端口直流潮流控制器（MDCPFC），將等效注入功率法代入牛頓拉夫遜法潮流計(jì)算。等效注入功率法使多端口直流潮流控制器（MDCPFC）對(duì)直流潮流的影響轉(zhuǎn)化為對(duì)節(jié)點(diǎn)注入功率的修正，而節(jié)點(diǎn)數(shù)將不會(huì)增加，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和雅克比矩陣規(guī)模不會(huì)改變，從而有效地解決了以上常規(guī)潮流計(jì)算方法存在的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是是MDCPFC的網(wǎng)孔電壓和電流標(biāo)簽；

圖2是某五端直流電網(wǎng)圖；

圖3是加裝一個(gè)MDCPFC的某直流電網(wǎng)圖；

圖4是加裝兩個(gè)DCPFC的某直流電網(wǎng)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明列寫(xiě)出直流電網(wǎng)中接入直流潮流控制器（DCPFC）后，各個(gè)支路電流和兩端的節(jié)點(diǎn)注入功率的表達(dá)式；拓展到多端口，列寫(xiě)出直流電網(wǎng)中接入多端口直流潮流控制器（MDCPFC）后，各個(gè)支路電流和兩端的節(jié)點(diǎn)注入功率的表達(dá)式；將等效注入功率法的思想應(yīng)用于串聯(lián)電壓源型多端口直流潮流控制器（MDCPFC）的直流電網(wǎng)潮流計(jì)算；對(duì)比含有兩個(gè)直流潮流控制器（DCPFC）和單個(gè)多端口直流潮流控制器（MDCPFC）的直流電網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證MDCPFC的控制效果和該方法的有效性。

其步驟是：

步驟一、①含有m端口的多端口直流潮流控制器（MDCPFC）連接到直流網(wǎng)絡(luò)中，其各個(gè)模塊之間必須滿(mǎn)足功率平衡；，通常通過(guò)改變控制網(wǎng)絡(luò)的直流電壓來(lái)保證功率平衡，使用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以使其對(duì)其他功率傳遞的影響降到最小。

②如圖（1）所示，令直流電壓V1可控，給多端口直流潮流控制器上對(duì)應(yīng)于V1的m1端口一個(gè)調(diào)節(jié)其功率的指令，傳遞到其余的每個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)端口m2、m3......，端口電流I2，I3……Im也隨之改變。

③每?jī)蓚€(gè)相鄰的端口會(huì)產(chǎn)生新增的直流電壓差V12，V23……V（m-1）m，他們是可控的，通過(guò)調(diào)節(jié)注入模塊的直流電壓來(lái)得到端口電壓值。

④采用基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律分別獲得新增的直流電壓Vm1和電流I1。

⑤每個(gè)模塊吸收或者傳輸?shù)闹绷鞴β逝c直流電流傳遞或直流電壓注入相一致；其所有模塊的功率和理想狀態(tài)為0。

步驟二、列寫(xiě)出某一個(gè)直流電網(wǎng)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，b條支路，安裝直流潮流控制器（DCPFC）時(shí)，支路的電流和各節(jié)點(diǎn)的注入功率表達(dá)式。

直流電網(wǎng)中接入直流潮流控制器（DCPFC）后，只有安裝直流潮流控制器（DCPFC）的支路電流和該支路兩端的節(jié)點(diǎn)注入功率的表達(dá)式引入了直流潮流控制器（DCPFC）的變比M，其余支路的支路電流和支路兩端的節(jié)點(diǎn)注入功率均保持不變。假設(shè)，將直流潮流控制器（DCPFC）安裝在支路Lpq靠近p節(jié)點(diǎn)的位置，則，支路Lpq的電流變?yōu)楣剑?）：

p,q=1,2……n （1）

其中：U_p是p的節(jié)點(diǎn)電壓；U_q是q的節(jié)點(diǎn)電壓；G_pq（p≠q）是p和q的互電導(dǎo)；M是直流潮流控制器（DCPFC）的變比。

節(jié)點(diǎn)p和節(jié)點(diǎn)q的注入功率分別如式（2）：

（2）

其中：N_p和N_q分別為與節(jié)點(diǎn)p和q相連的節(jié)點(diǎn)集合；I_pk為支路L_pk上從p點(diǎn)流向k點(diǎn)的電流值；U_p是p的節(jié)點(diǎn)電壓；U_q是q的節(jié)點(diǎn)電壓；G_pq（p≠q）是p和q的互電導(dǎo)；M是直流潮流控制器（DCPFC）的變比。

①某一個(gè)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，b條支路的直流網(wǎng)絡(luò)，與直流網(wǎng)絡(luò)P端口相連的支路有m條（m≤n）,在直流網(wǎng)絡(luò)P端口加裝一個(gè)m’端口的多端口直流潮流控制器，所選用的多端口直流潮流控制器的端口數(shù)m’與直流網(wǎng)絡(luò)P端口相連的支路m相等；直流電網(wǎng)中加裝多端口直流潮流控制器（MDCPFC）后，只有與多端口直流潮流控制器（MDCPFC）相連的各支路的電流和節(jié)點(diǎn)注入功率發(fā)生了變化，其余支路的支路電流和支路兩端的節(jié)點(diǎn)注入功率保持不變。

②與P相連的各支路電流如式（3）：

P=1,2……n x=1,2……m （3）

其中：U_p是p的節(jié)點(diǎn)電壓；U_x是x的節(jié)點(diǎn)電壓；Gpx（p≠x）是p和x的互電導(dǎo)；Mx是多端口直流潮流控制器的變比；

節(jié)點(diǎn)P的注入功率和與P相連M條支路的注入功率如式（4）：

（4）

其中：U_p是p的節(jié)點(diǎn)電壓；U_x是x的節(jié)點(diǎn)電壓；G_px（p≠x）是p和x的互電導(dǎo)；M_x是多端口直流潮流控制器的變比；Np和Nx分別為與節(jié)點(diǎn)p和x相連的節(jié)點(diǎn)集合。

加裝多端口直流潮流控制器（MDCPFC）會(huì)在系統(tǒng)中增加新的節(jié)點(diǎn)，在含有多個(gè)潮流控制器或多環(huán)網(wǎng)的復(fù)雜直流電網(wǎng)中，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和雅克比矩陣階數(shù)增加、某些元素改變等問(wèn)題，使得潮流計(jì)算變得非常復(fù)雜。

為解決上述問(wèn)題，將等效注入功率法的思想應(yīng)用于含串聯(lián)電壓源型多端口直流潮流控制器（MDCPFC）的直流電網(wǎng)潮流計(jì)算。

加裝之前各節(jié)點(diǎn)的注入功率為：

i=12……n （5）

其中：Ui是i的節(jié)點(diǎn)電壓, Iik為支路Lik上從i點(diǎn)流向k點(diǎn)的電流值; Ni為與節(jié)點(diǎn)i相連的節(jié)點(diǎn)集合。

③用加裝多端口直流潮流控制器之后節(jié)點(diǎn)的注入功率，減去加裝多端口直流潮流控制器之前節(jié)點(diǎn)的注入功率，得到加裝多端口直流潮流控制器后節(jié)點(diǎn)注入功率的修正量，由式（6）表示：

（6）

其中：Up是p的節(jié)點(diǎn)電壓；Ux是x的節(jié)點(diǎn)電壓；Gpx（p≠x）是p和x的互電導(dǎo)；Mx是多端口直流潮流控制器的變比。

對(duì)比含有兩個(gè)控制器和一個(gè)多端口控制器時(shí)的直流電網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證多端口直流潮流控制器的控制效果以及該方法的有效性。

具體實(shí)施例：

如圖所示，為某五端系統(tǒng)，島4換流站運(yùn)行在定直流電壓模式下，保證電壓不變；其余換流站運(yùn)行在定有功功率運(yùn)行模式下。系統(tǒng)參數(shù)如表1所示，Pref表示各換流站的參考功率，換流站5的額定功率值為負(fù)說(shuō)明換流站5從直流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)注入有功功率。

表1 系統(tǒng)參數(shù)

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加裝一個(gè)多端口直流潮流控制器（MDCPFC）的五端直流電網(wǎng)圖如圖3所示。在支路L₃₄和L₂₄靠近節(jié)點(diǎn)4側(cè)安裝一個(gè)多端口直流潮流控制器（MDCPFC），在保證支路電流不過(guò)載的前提下改變多端口直流潮流控制器（MDCPFC）的變比，進(jìn)行控制。輸出電壓U_C1= 44.4V，U_C2=40。MDCPFC的變比M₁=1.000112，M₂=1.0001。將等效注入功率法與PSAT仿真軟件的潮流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表二所示?？梢?jiàn)，安裝多端口直流潮流控制器（MDCPFC）之后，等效注入功率法潮流計(jì)算結(jié)果精度較高。

表2 加裝MDCPFC潮流計(jì)算結(jié)果

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在支路L₁₄和L₂₄靠近節(jié)點(diǎn)4側(cè)加裝兩個(gè)直流潮流控制器（DCPFC），控制參數(shù)分別為：輸出電壓U_C1=44.4 V，等效理想變壓器變比為M₃=1.00011034，M₄=1.000102；輸出電壓U_C2 =40V，等效理想變壓器變比為M₄ =1.00013。所得結(jié)果和與加裝一個(gè)多端口直流潮流控制器（MDCPFC）的結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3，分析表3數(shù)據(jù)可得，加裝單個(gè)多端口直流潮流控制器（MDCPFC）控制效果和加裝兩個(gè)直流潮流控制器（DCPFC）相似。

表3 加裝一臺(tái)MDCPFC和兩臺(tái)DCPFC的潮流計(jì)算結(jié)果對(duì)比

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