一種考慮多端統(tǒng)一潮流控制器的隨機潮流計算方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)計算方法，特別涉及一種包含多端統(tǒng)一潮流控制器 (UPFC)的隨機潮流計算方法，屬于電力系統(tǒng)調(diào)度運行領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大功率電力電子器件及其控制技術(shù)的快速發(fā)展，柔性交流輸電技術(shù)（FACTS) 在電網(wǎng)發(fā)揮了越來越重要的作用。作為特快動態(tài)元件，與傳統(tǒng)的電控機械式裝置不同， FACTS裝置能實時、快速、平滑地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)，滿足靈活控制系統(tǒng)潮流的需要，可以在不 改變網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和發(fā)電機組的調(diào)度計劃的情況下，使系統(tǒng)潮流和電壓的可控性大幅度 提高，可以使輸電線路在接近它的熱穩(wěn)定限額下運行，增大現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行的安全域，并 降低輸電損耗，極大地減少互聯(lián)系統(tǒng)的備用容量，更好地發(fā)揮出聯(lián)網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。
[0003] 統(tǒng)一潮流控制器（UPFC)是第三代FACTS元件，也是最有力、最全面的晶閘管控制 裝置，它是由并聯(lián)補償?shù)撵o止同步補償器（STATC0M)和串聯(lián)補償?shù)撵o止同步串聯(lián)補償器 (SSSC)相結(jié)合組成的新型潮流控制裝置，其功能是將一個由換流器產(chǎn)生的幅值和相角均 可以連續(xù)變化的交流電壓串聯(lián)加在輸電線相電壓上，可以分別或同時對電力系統(tǒng)的有功功 率、無功功率、電壓進行控制和調(diào)節(jié)，通過對交流輸電系統(tǒng)進行實時控制和動態(tài)補償，實現(xiàn) 對線路潮流的準確調(diào)節(jié)，提尚線路的輸送能力。
[0004] 鑒于UPFC具有較強的線路潮流控制能力，投入后將對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)帶來較 大影響，故應對含有UPFC的電力系統(tǒng)進行詳細地建模分析，以了解其對電力系統(tǒng)的影響程 度，這就對傳統(tǒng)的潮流算法提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的潮流算法由于未計入UPFC的影響，因而是 一種基于節(jié)點邊界條件的分析方法，而含有UPFC的潮流算法除了有節(jié)點邊界條件外，還有 控制約束條件，故在具體應用時將呈現(xiàn)不同于傳統(tǒng)潮流算法的特點。而考慮電網(wǎng)不確定性 隨機潮流計算結(jié)果直接取決于確定性潮流的計算結(jié)果，故對于含有UPFC的隨機潮流計算， 應從元件模型選擇、如何計及UPFC的影響及具體的潮流算法實施等方面進行認真地討論， 以取得最佳的隨機潮流計算效果。UPFC作為最有力的FACTS裝置，其不僅控制功能豐富，而 且模型結(jié)構(gòu)較為典型，對它的充分討論，將在分析包含各種FACTS裝置的隨機潮流算法中 具有一定的普遍意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種考慮多端統(tǒng)一潮流控制器的隨機潮流計算方法，根據(jù) UPFC的實際安裝情況建立等效多端注入功率模型，對電網(wǎng)進行潮流計算并得到穩(wěn)態(tài)運行 點；其次，對電網(wǎng)中各種隨機因素（如節(jié)點負荷、風電場、光伏發(fā)電）建立隨機概率密度函 數(shù)，利用半不變量法計算節(jié)點電壓和線路功率的概率密度函數(shù)，最終實現(xiàn)含多端UPFC的隨 機潮流計算。
[0006] 為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] -種考慮多端統(tǒng)一潮流控制器的隨機潮流計算方法，包括以下步驟：
[0008] (1)根據(jù)多端UPFC的實際安裝位置，建立多端UPFC的穩(wěn)態(tài)模型；
[0009] (2)根據(jù)電網(wǎng)數(shù)據(jù)和已建立的多端UPFC穩(wěn)態(tài)模型，建立電網(wǎng)潮流計算數(shù)據(jù)模型， 并采用牛頓-拉夫遜法進行潮流計算，確定電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行點；
[0010] (3)根據(jù)電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行點，計算含多端UPFC的電網(wǎng)潮流方程進行線性化計算， 并得到雅克比矩陣；
[0011] (4)建立電網(wǎng)中負荷、風電功率和光伏電站有功功率隨機變量的概率密度函數(shù)，并 計算得到隨機變量的各階半不變量；
[0012] (5)根據(jù)半不變量法，利用已有隨機變量的各階半不變量和雅克比矩陣計算節(jié)點 電壓和線路有功功率的各階半不變量及其概率密度函數(shù)，最終實現(xiàn)含多端UPFC電網(wǎng)隨機 潮流的計算。
[0013] 多端UPFC是同時有兩個或兩個以上串聯(lián)變壓器安裝在不同的線路上，且共用一 個并聯(lián)變壓器。
[0014] 多端UPFC穩(wěn)態(tài)模型，采取等效注入功率法進行建模。
[0015] 當多端UPFC包括兩個安裝在不同線路上的串聯(lián)變壓器和一個并聯(lián)變壓器時，根 據(jù)等效功率注入法，將UPFC對潮流的控制作用轉(zhuǎn)移到所在線路兩側(cè)的節(jié)點上，等效為： UPFC的串聯(lián)側(cè)分別安裝在線路i-j和i-k上，分別用可控電壓源|^61和1^2表示，并聯(lián)側(cè) 安裝在母線i側(cè)，用可控電流源表示
[0016] 和分別為UPFC在母線i、j和k側(cè)的等效注入視在功率，其具體計算 公式如下：
[0017]
[0020] 式中，?分別為節(jié)點i、j的電壓；gik+jbik分別為節(jié)點i和j、i和k 之間的導納；分別為節(jié)點i和j、i和k的對地導納；*表示取共輒值。
[0021] 含多端UPFC的潮流計算時，對于出線中不包含UPFC的節(jié)點，其功率平衡方程如式 (8)和（9)所示：
[0022]
[0023]
[0024] 式中，Δ Ρη、Δ Qn分別為節(jié)點m的有功和無功功率偏差；P Qti n分別為節(jié)點m的 發(fā)電機有功和無功功率；Pu"·、Quni分別為節(jié)點m的有功和無功負荷；Gn^ Bnin分別節(jié)點m和η 對應導納矩陣的實部和虛部；比、Un分別為節(jié)點m和η的電壓幅值；θ ηη為節(jié)點m和η的相 角差。
[0025] 對于出線中安裝UPFC的節(jié)點，至少包含節(jié)點i，j，k，其功率平衡方程如式 (10)-(15)所示：
[0026]
[0032] 式中，Re表示取實部，Im表示取虛部，Δ Δ Qp Δ Pp AQp APk、Δ Q1^別為節(jié) 點i、j、k的有功和無功功率偏差；Ptu、Qtu、P tii j、Qtii j、Ptu、Qtu分別為節(jié)點i、j、k的發(fā)電機 有功和無功功率；^1、1 1、^^、^^、匕1<、11<分別為節(jié)點1、_]_、1^的有功和無功負荷；6 1"、81"、 Gjn、Bjn、Gkn、Bkn分別節(jié)點i和n、j和n、k和η對應導納矩陣的實部和虛部；U pUpUj別為 節(jié)點i、j、k的電壓幅值；Θ in、θ ρ、Θ kn為節(jié)點i和n、j和n、k和η的相角差。
[0033] 本發(fā)明提出的多端統(tǒng)一潮流控制器隨機潮流計算方法，實現(xiàn)了考慮負荷、發(fā)電機 和線路隨機性的情況下，對電網(wǎng)進行隨機潮流計算，可有效分析多端統(tǒng)一潮流控制器對于 電網(wǎng)潮流的控制效果，對實際電網(wǎng)的規(guī)劃。建設、運行有著重要的實際意義。
[0034] 本發(fā)明的多端統(tǒng)一潮流控制器（UPFC)的隨機潮流計算方法，用于在考慮電網(wǎng)各 種不確定因素基礎上進行隨機潮流計算，實現(xiàn)了含多端UPFC電網(wǎng)的隨機潮流計算，為分析 電網(wǎng)隨機性對電網(wǎng)運行的影響創(chuàng)造了條件。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的含多端UPFC的電網(wǎng)隨機潮流計算方法流程圖；
[0036] 圖2是UPFC的電源模型；
[0037] 圖3是UPFC的等效注入功率模型。
【具體實施方式】
[0038] 為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合
【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0039] 本發(fā)明是一種用于多端統(tǒng)一潮流控制器（UPFC)的隨機潮流計算方法，用于在考 慮電網(wǎng)各種不確定因素基礎上進行隨機潮流計算。如圖1所示，包括以下步驟：
[0040] (1)根據(jù)多端UPFC的實際安裝位置，建立多端UPFC的穩(wěn)態(tài)模型；
[0041] (2)根據(jù)電網(wǎng)數(shù)據(jù)和已建立的多端UPFC穩(wěn)態(tài)模型，建立電網(wǎng)潮流計算數(shù)據(jù)模型， 并采用牛頓-拉夫遜法進行潮流計算，確定電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行點；
[0042] (3)根據(jù)電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行點，對含多端UPFC的電網(wǎng)潮流方程進行線性化計算，并 得到雅克比矩陣；
[0043] (4)建立電網(wǎng)中負荷、風電功率和光伏電站有功功率隨機變量的概率密度函數(shù)，并 計算得到隨機變量的各階半不變量；
[0044] (5)根據(jù)半不變量法，利用已有隨機變量的各階半不變量和雅克比矩陣計算節(jié)點 電壓和線路有功功率的各階半不變量及其概率密度函數(shù)，最終實現(xiàn)含多端UPFC電網(wǎng)隨機 潮流的計算。
[0045] 步驟（1)中，多端UPFC穩(wěn)態(tài)模型，采取等效注入功率法進行建模，以兩個串聯(lián)變壓 器和一個并聯(lián)變壓器為例，等效電路模型如圖2所示。
[0046] 其中，UPFC的串聯(lián)側(cè)分別安裝在線路i-j和i-k上，分別用可控電壓源和 表示，并聯(lián)側(cè)安裝在母線i側(cè)，用可控電流源表示。UPFC對輸電線路潮流的調(diào)節(jié)作 用主要通過串聯(lián)電壓源調(diào)節(jié)實現(xiàn)，該串聯(lián)電壓源的幅值相位均可調(diào)，由此控制輸電線路上 的通