本發(fā)明涉及電力工業(yè)領域的柔性直流電網潮流計算方法，具體涉及一種柔性直流電網潮流線性化確定方法及系統(tǒng)。

背景技術：

隨著風光等清潔能源將繼續(xù)快速發(fā)展。各種大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W，傳統(tǒng)的電力設備、電網結構和運行技術等在接納超大規(guī)?？稍偕茉捶矫嬖絹碓搅Σ粡男?，有必要研發(fā)新技術、新裝備和新電網結構來滿足未來能源格局的深刻變化。而基于柔性直流的多端直流輸電系統(tǒng)和直流電網技術是解決這一問題的有效技術手段之一。柔直電網調度計劃作為柔直電網調度運行的重要組成部分，是保障柔直電網安全經濟運行的重要環(huán)節(jié)。在常規(guī)交流電網的調度計劃業(yè)務中，其依托的核心技術是安全約束機組組合和安全約束經濟調度，技術的關鍵點之一就是“電網安全約束”，處理方式是根據高電壓等級潮流計算的特點，將交流電網潮流計算線性化，從而構建考慮潮流約束的線性優(yōu)化模型。在柔直電網中，由于潮流計算與交流電網相差迥異，因此交流電網中的潮流線性化方法已不適應柔直電網。

技術實現要素：

為解決上述現有技術中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流電網潮流線性化確定方法及系統(tǒng)，本發(fā)明是一種考慮柔性直流電網控制方式，基于注入功率描述和節(jié)點電壓控制的柔直電網線性潮流計算方法。

本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發(fā)明提供一種考慮直流控制方式的柔性直流電網潮流線性化計算方法，其改進之處在于，所述計算方法包括下述步驟：

將柔性直流電網潮流分解為：定電壓控制節(jié)點潮流分布和定功率控制節(jié)點潮流分布；

將定功率控制節(jié)點的注入功率置零，將定電壓控制節(jié)點置為控制值，計算定電壓控制節(jié)點的潮流分布；

基于注入功率對柔性直流電網支路功率的靈敏度，計算定功率控制節(jié)點的潮流分布；

疊加定電壓控制節(jié)點的潮流分布和定功率控制節(jié)點的潮流分布計算最終的柔性直流電網線性化潮流結果。

進一步地，在將柔性直流電網潮流按照控制方式分解之前，進一步包括：

對柔性直流電網的節(jié)點編號，定功率控制節(jié)點編號在定電壓控制節(jié)點編號之前；

對柔性直流電網的支路編號，形成支路數據集，表示為[支路編號，首端節(jié)點，末端節(jié)點，支路電阻]；

根據節(jié)點編號和支路數據集，形成節(jié)點導納矩陣。

進一步地，所述計算定電壓控制節(jié)點的潮流分布，包括：

將定功率控制節(jié)點的所有注入功率設置為零；

將定電壓控制節(jié)點的電壓設置為已知的控制值，求解非線性方程組，得到所有支路定電壓控制節(jié)點的潮流分布pl,v。

進一步地，所述計算定功率控制節(jié)點的潮流分布，包括：

計算定功率控制節(jié)點注入功率對柔性直流電網支路功率的靈敏度；

基于靈敏度將柔性直流電網支路功率表示為注入功率的線性組合。

進一步地，所有定功率控制節(jié)點對柔性直流電網中任意一條支路的潮流靈敏度，根據下式計算得到：

將柔性直流電網支路功率pl,p表示為注入功率的線性組合，根據下式計算得到：

式中：pl,km為節(jié)點k、m所在支路的注入功率，pi為節(jié)點i的注入功率，λi,l為節(jié)點i對支路l的靈敏度，i∈a表示所有定功率控制節(jié)點，vi為節(jié)點i的電壓，vk為節(jié)點k的電壓，，vm為節(jié)點m的電壓，gij為節(jié)點i和節(jié)點j之間的電導值，對應所述節(jié)點導納矩陣的值取負，j∈i，表示與節(jié)點i直接相鄰的節(jié)點，gii為節(jié)點i的自導納；pl,p為定功率控制節(jié)點的潮流分布，i、j、k、m均為定功率控制節(jié)點。

進一步地，當柔性直流電網各節(jié)點電壓相等時，所述柔性直流電網線性化潮流結果，根據下式計算得到：

pl＝pl,v+pl,p

式中：pl,v表示定電壓控制節(jié)點的潮流分布，pl,p為柔性直流電網支路功率，pl為柔性直流電網線性化潮流結果。

本發(fā)明提供一種考慮直流控制方式的柔性直流電網潮流線性化計算系統(tǒng)，其改進之處在于，所述系統(tǒng)包括：

分解模塊，用于將柔性直流電網潮流分解為：定電壓控制節(jié)點潮流分布和定功率控制節(jié)點潮流分布；

第一計算模塊，用于計算定電壓控制節(jié)點的潮流分布；

第二計算模塊，用于計算定功率控制節(jié)點的潮流分布；

第三計算模塊，用于疊加定電壓控制節(jié)點的潮流分布和定功率控制節(jié)點的潮流分布計算最終的柔性直流電網線性化潮流結果。

進一步地，所述第一計算模塊，進一步包括：

設置模塊，用于將定功率控制節(jié)點的所有注入功率設置為0；

支路的潮流分布計算模塊：用于將所有將定電壓控制節(jié)點的電壓設置為已知的控制值，求解非線性方程組，計算所有支路的潮流分布pl,v。

進一步地，所述系統(tǒng)進一步包括：柔性直流電網描述模塊，用于在將柔性直流電網潮流按照控制方式分解之前，對柔性直流電網的節(jié)點編號，定功率控制節(jié)點編號在定電壓控制節(jié)點編號之前；對柔性直流電網的支路編號，形成支路數據集，表示為[支路編號，首端節(jié)點，末端節(jié)點，支路電阻]；根據節(jié)點編號和支路數據集，形成節(jié)點導納矩陣。

進一步地，所述第二計算模塊，進一步包括：

靈敏度計算模塊，用于計算定功率控制節(jié)點注入功率對柔性直流電網中任意一條支路功率的靈敏度；

線性組合計算模塊，用于基于靈敏度將柔性直流電網支路功率表示為注入功率的線性組合。

與最接近的現有技術相比，本發(fā)明提供的技術方案具有的有益效果是：

1、傳統(tǒng)的基于注入功率的柔直電網的潮流計算是一個非線性模型，當需要通過調整注入功率調節(jié)柔直電網支路潮流時，無法對其進行線性表達，分析存在困難。本發(fā)明能對柔直電網潮流計算線性化的方法，是構建柔性直流電網安全約束經濟調度模型的關鍵技術之一。

2、柔直電網的調度計劃當考慮安全約束時，不實現柔直潮流的線性化表達則無法通過現有的線性化建模方式實現優(yōu)化調度。本發(fā)明是以后總考慮柔性直流電網控制方式的，基于注入功率描述和節(jié)點電壓控制的柔直電網線性潮流計算方法。

3、通過本發(fā)明，我們可以將直流電網定功率控制節(jié)點對支路潮流的影響進行線性描述，為直流電網的快速潮流計算及潮流控制提供了可行的技術手段。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的柔性直流電網潮流線性化確定方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的5節(jié)點柔直電網示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的柔性直流電網潮流線性化確定系統(tǒng)的結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權利要求書的整個范圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構思。

實施例一、

本發(fā)明提供了一種考慮柔性直流電網控制方式的，基于注入功率描述和節(jié)點電壓控制的柔直電網線性潮流計算方法，其流程圖如圖1所示，包括下述步驟：

s1：按定電壓控制和定功率控制控制方式建立柔直電網拓撲描述：

本發(fā)明以圖2所示的5節(jié)點柔直電網結構圖為例開展后續(xù)描述，任意節(jié)點數及任意連接方式的柔直電網可以此類推得到相應結果。柔直電網的拓撲描述與常規(guī)交流電網拓撲描述并無不同，為保證內容描述的完整性，在此依然做簡要描述。

s11，對柔直電網進行節(jié)點編號，定功率控制節(jié)點編號相對于定電壓控制節(jié)點編號靠前，如圖2所示，節(jié)點1，2，3為定功率控制，節(jié)點4，5為定電壓控制。

s12，對支路進行編號，形成支路數據集，表示為[支路編號，首端節(jié)點，末端節(jié)點，支路電阻]。對于圖2中的支路1，則表示為：[1，1，2，2.35]。

s13，根據節(jié)點編號和支路數據集，形成節(jié)點導納矩陣，節(jié)點導納陣的形成方式及物理意義在電力系統(tǒng)分析書中多有介紹，在此不再贅述。對于圖2所示電路，導納矩陣如式(1)所示。

s2：定功率控制節(jié)點的注入功率變化是可以表示柔直電網支路潮流變化的。但定電壓控制的節(jié)點則不行。為了能將柔直電網的支路潮流分布進行線性化表達，本發(fā)明提出將支路潮流分成2個組成部分：定電壓控制節(jié)點引起的潮流分布，定功率控制節(jié)點引起的潮流分布。

其中柔直電網潮流計算相關推導如下：

為了清晰的描述本發(fā)明的后續(xù)內容，需要對柔直電網的潮流計算進行相關推導，推導過程如下。

柔直電網中節(jié)點i和節(jié)點j之間的支路l的功率可表示為：

pl,ij＝(vi-vj)·gi,j·vi(2)

式中，pl，ij為支路l的潮流，vi為節(jié)點i的電壓，gij為節(jié)點i和節(jié)點j之間的電導值，他就是節(jié)點導納陣中所對應的值取負。

柔直電網中節(jié)點i的注入功率可以表示成與節(jié)點i相連的所有支路的功率之和：

式中，pi為節(jié)點i的注入功率，j∈i，表示與節(jié)點i直接相鄰的節(jié)點，將式(3)進行展開分析：

式中，gii為節(jié)點i的自導納，他就是節(jié)點導納陣中所對應的值。式中第一項只與節(jié)點i自身的電壓相關，而第二項則與相鄰節(jié)點的電壓相關。對式(4)求vi的偏導數。再對任意支路求vi的偏導數。

式(6)描述了任意支路功率對節(jié)點電壓的偏導數，即節(jié)點電壓對支路潮流的靈敏度。如果能求出式(6)右側值，則表示支路的功率變化可以用節(jié)點的電壓變化進行描述。將式(6)除以式(5)則可以得到任意支路功率對節(jié)點i注入功率的偏導數，即節(jié)點注入功率對支路功率的靈敏度。

如果能夠求出式(7)右側的值，則表示支路的功率變化可以用節(jié)點注入功率的變化進行描述。

對于式(6)和式(7)的求取，則跟節(jié)點的控制方式密切相關。首先，任意一個節(jié)點式(6)和式(7)只需求解一個，當該節(jié)點為定電壓控制時，求取式(6)；當該節(jié)點為定功率控制時，需要求取式(7)。

我們首先分析式(6)的特點。由于式中既包含電壓本身，又包含電壓的導數，可知，只有在極小的電壓變化區(qū)間內，節(jié)點電壓對支路潮流的靈敏度才可以進行線性表達。因此，在此我們不計算式(6)的值，我們認為所有定電壓控制的節(jié)點電壓均為已知值，不做定電壓控制節(jié)點電壓變化對支路潮流的影響分析。

s3：將定功率控制節(jié)點的注入功率置零，將定電壓控制節(jié)點置為控制值，計算由定電壓控制節(jié)點引起的潮流分布：

分析式(7)的特點，柔直電網在正常運行時，無論節(jié)點是何種控制方式，各節(jié)點電壓相差很小，假設各節(jié)點電壓相等，則式(7)可化簡為：

再對式(8)進行求解，此時式(8)中，節(jié)點k，m及與i相鄰的各節(jié)點對vi的偏導數都是待求變量。當在求時，除了節(jié)點i我們假設其他定功率控制的節(jié)點注入功率是不變的。因此其它節(jié)點注入功率對vi的偏導數等于0。即如下式所示。

c∈[定功率控制節(jié)點](9)

在分析式(9)時，再次假設各節(jié)點電壓相差不大，則式(9)可化簡為：

c∈[定功率控制節(jié)點](10)

式(10)其實是一個方程組，這個方程組中除了節(jié)點i自身，其他各節(jié)點都是未知數。一個n節(jié)點的系統(tǒng)，則有n-1個未知數，假設定功率控制的節(jié)點有a個(不含i節(jié)點)，定電壓控制的節(jié)點有(n-1-a)個。根據式(10)可獲得a個方程，而由于剩余(n-1-a)個節(jié)點由于是定電壓控制，電壓不受其他節(jié)點的影響，直接可得綜合分析可知，n-1個未知數正好對應n-1個方程，可求得所有的值。同時表明，根據式(8)則可以求得所有支路功率變化對節(jié)點i注入功率變化的比例值，這也表明支路的功率變化可以用定功率控制節(jié)點的注入功率變化進行線性表達。至此，節(jié)點注入功率對支路潮流的靈敏度計算說明結束。

步驟s3中，首先將定功率控制節(jié)點的所有注入功率設置為0；

將定電壓控制節(jié)點的電壓設置為已知的控制值，運用傳統(tǒng)數值解法求解非線性方程組，求得所有支路的潮流。將此支路潮流表示為pl,v，它表示由定電壓控制節(jié)點所引起的潮流分布。

s4：計算定功率控制節(jié)點注入功率對柔直電網支路功率的靈敏度，基于靈敏度將柔直支路功率表示為注入功率的線性組合：

在此步驟中，首先按照第(2)節(jié)中求取式(8)的方式求得所有定功率控制的節(jié)點對支路l的潮流靈敏度，此時求的支路潮流表示為pl,p，它表示由定功率控制的節(jié)點所引起的潮流分布。它的計算表達式為：

式中pi為節(jié)點i的注入功率，λi,l為節(jié)點i對支路l的靈敏度。i∈a表示所有定功率控制節(jié)點。這表明，任意給定一個pi，就可以直接線性求取對應的支路潮流pl。

s5：疊加定電壓控制節(jié)點引起的潮流分布和定功率控制節(jié)點引起的潮流分布形成最終的柔直電網線性化潮流計算結果：

結合步驟s3和步驟s4即可求得此時支路潮流的線性表達式為：

pl＝pl,v+pl,p(11)

實施例二、

下面以圖2中5節(jié)點柔直電網示意圖為例說明整個計算過程。首先以圖中所示，節(jié)點1，2，3為定功率控制節(jié)點，節(jié)點4，5為定電壓控制節(jié)點，節(jié)點4控制電壓為319.5kv，節(jié)點5控制電壓為320kv。首先根據公式(10)分別對節(jié)點1、2、3列方程組如下所示：

根據方程式(12)可求得根據方程式(13)可求得根據方程式(14)可求得

由求得的偏導數再帶入公式(8)即可求得定功率節(jié)點注入功率對所有支路功率的靈敏度。

同理可以求得其他節(jié)點對所有支路的靈敏度，結果如表1所示。

表16條支路的靈敏度

下面按照步驟s3計算的影響。計算結果如下表所示。

表2定電壓控制節(jié)點對支路潮流的計算結果

再按照步驟s4和步驟s5即可計算獲得定功率控制任意注入功率后的支路潮流分布。

假設節(jié)點1注入功率260mw，節(jié)點2注入功率340mw，節(jié)點3注入功率-450，按照本發(fā)明計算得到的各支路潮流如下表所示。

表3定電壓控制節(jié)點和定功率控制任意注入功率后的支路潮流分布

對比說明，本算法計算精度是極好的。

實施例三、

基于同樣的發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種考慮直流控制方式的柔性直流電網潮流線性化計算系統(tǒng)，其結構框圖如圖3所示，包括：

分解模塊301，用于依據控制方式將柔性直流電網潮流分解為：定電壓控制節(jié)點潮流分布和定功率控制節(jié)點潮流分布；

第一計算模塊302，用于計算定電壓控制節(jié)點的潮流分布；

第二計算模塊303，用于計算定功率控制節(jié)點的潮流分布；

第三計算模塊304，用于疊加定電壓控制節(jié)點的潮流分布和定功率控制節(jié)點的潮流分布計算最終的柔性直流電網線性化潮流結果。

所述系統(tǒng)進一步包括：柔性直流電網描述模塊，用于在將柔性直流電網潮流按照控制方式分解之前，對柔性直流電網的節(jié)點編號，定功率控制節(jié)點編號在定電壓控制節(jié)點編號之前；對柔性直流電網的支路編號，形成支路數據集，表示為[支路編號，首端節(jié)點，末端節(jié)點，支路電阻]；根據節(jié)點編號和支路數據集，形成節(jié)點導納矩陣。

所述第一計算模塊，進一步包括：

設置模塊，用于將定功率控制節(jié)點的所有注入功率設置為0；

支路的潮流分布計算模塊：用于將所有將定電壓控制節(jié)點的電壓設置為已知的控制值，求解非線性方程組，計算所有支路的潮流分布。

所述第二計算模塊，進一步包括：

靈敏度計算模塊，用于計算定功率控制節(jié)點注入功率對柔性直流電網中任意一條支路功率的靈敏度；

線性組合計算模塊，用于基于靈敏度將柔性直流電網支路功率表示為注入功率的線性組合。

本發(fā)明提供一種考慮直流控制方式的柔性直流電網潮流線性化計算方法及系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的基于注入功率的柔直電網的潮流計算是一個非線性模型，當需要通過調整注入功率調節(jié)柔直電網支路潮流時，無法對其進行線性表達，分析存在困難。柔直電網的調度計劃當考慮安全約束時，不實現柔直潮流的線性化表達則無法通過現有的線性化建模方式實現優(yōu)化調度的問題。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。