基于靈敏度分析的直流潮流控制器優(yōu)化配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種基于靈敏度分析的直流潮流控制器優(yōu)化配置方法，適用于高壓 直流輸電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 雖然目前對(duì)電壓控制型直流潮流控制器電路拓?fù)溥M(jìn)行了較多研究，但都沒(méi)有涉及 到直流潮流控制器串接在不同線路對(duì)系統(tǒng)參數(shù)（比如線路損耗，端口電壓）的影響研究。
[0003] 本課題組在研究三端環(huán)網(wǎng)式直流系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)串入電壓控制型直流潮流控制器會(huì) 減小原系統(tǒng)線路損耗的現(xiàn)象，且潮流控制器串接在不同線路對(duì)系統(tǒng)線路損耗減小不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明致力于分析和解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的現(xiàn)象，提出一種基于靈敏 度分析的直流潮流控制器優(yōu)化配置方法，具體的提出了基于線路損耗對(duì)潮流控制器變比靈 敏度的潮流控制器串入位置的優(yōu)化方法和基于線路損耗對(duì)潮流控制器變比靈敏度的潮流 控制器變比優(yōu)化方法，利用該優(yōu)化方法可以使含電壓控制型直流潮流控制器的直流輸電系 統(tǒng)工作在線路損耗最小點(diǎn)，有利于減小直流系統(tǒng)線路損耗，提高其運(yùn)行效益。
[0005] 技術(shù)方案：基于靈敏度分析的直流潮流控制器優(yōu)化配置方法，所述方法包括以下 步驟：
[0006] 步驟1 :建立含電壓控制型直流潮流控制器的直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；具體步 驟如下：
[0007] 運(yùn)用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣寫出未串入電壓控制型直流潮流控制器的直流輸電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn) 電壓方程為
[0008]
[0009] 式中，I1為線路端口 i的注入電流，V i為線路端口 i的電壓；若i乒j，則Y u為端 口 i和端口 j之間的互電導(dǎo)；若i = j，則Ylj為端口 i的自電導(dǎo)；
[0010] 由式⑴可得
[0014] 端口 i傳輸給端口 j的功率為
[0015] Plj= I ^jVi = V1(V -V1)Ylj (4)
[0016] 將電壓控制型直流潮流控制器串入直流輸電系統(tǒng)中，并將其等效為在直流輸電系 統(tǒng)中串入一個(gè)變比為M的變換器；若直流潮流控制器串在端口 i和端口 j之間，且接近端口 i，則端口 i和端口 j之間的線路電流I1,表示為
[0017] Ilj = Ylj(MV1-Vj) (5)
[0018] 若直流潮流控制器未串在端口 i和端口 j之間，則電流Ilj表示為
[0019] Ilj = Ylj(V1-Vj) (6)
[0020] 步驟2 :分析直流輸電系統(tǒng)線路損耗對(duì)潮流控制器變比的靈敏度；具體步驟如下：
[0021] 分別對(duì)式（5)和（6)中的I1,求對(duì)潮流控制器變比M的偏導(dǎo)，可得
[0030] 步驟3 :基于靈敏度分析優(yōu)化選擇潮流控制器的串入位置；具體步驟如下：
[0031] 分別求出潮流控制器不參與工作，即M = 1時(shí)，潮流控制器串在直流輸電系統(tǒng)各位 置上的線路損耗對(duì)變比M的偏導(dǎo)，偏導(dǎo)越大表示潮流控制器串在該位置時(shí)，系統(tǒng)線路損耗 對(duì)變比M的靈敏度越高，將潮流控制器串在偏導(dǎo)最大的位置；
[0032] 步驟4 :基于靈敏度分析優(yōu)化選擇潮流控制器的工作變比；具體步驟如下：
[0033] 根據(jù)步驟3確定潮流控制器的串入位置后，再計(jì)算選擇潮流控制器在該位置線路 損耗最小時(shí)的工作變比，即計(jì)算潮流控制器變比M偏導(dǎo)為0時(shí)的變比M值，即為選擇的潮流 控制器的工作變比M。
[0034] 進(jìn)一步的，步驟4中所述的計(jì)算潮流控制器變比M偏導(dǎo)為0的點(diǎn)，具體計(jì)算過(guò)程如 下：首先給定一個(gè)M的初值，得直流系統(tǒng)潮流，再將已求得的直流系統(tǒng)潮流代入步驟2,求得 線路損耗對(duì)變比M的偏導(dǎo)，如果偏導(dǎo)與0的差小于給定的誤差極限e，則求解結(jié)束，否則重 新給定M值，再次進(jìn)行求解。
[0035] 進(jìn)一步的，M的初值取1，表示潮流控制器不參與工作，如果求得線路損耗對(duì)變比M 的偏導(dǎo)與O的差大于誤差極限e，降低閾值重新給定M值進(jìn)行計(jì)算，直至線路損耗對(duì)變比M 的偏導(dǎo)與〇的差小于等于誤差極限e。
[0036] 進(jìn)一步的，所述閾值為0? 00004-0. 00006。
[0037] 進(jìn)一步的，所述直流系統(tǒng)潮流計(jì)算步驟如下：
[0038] 在式（3)和（4)中給定各電壓初值得到有功功率的計(jì)算值，用有功功率的真實(shí)值 減去計(jì)算值得到功率的誤差值；
[0039] [Err] = [Parameteractual]-[Parametercalculated] (11)
[0040] 引入雅克比矩陣，雅克比矩陣是參數(shù)對(duì)變量的求導(dǎo)
[0042] 新的變量值為舊的變量值加上補(bǔ)償值
[0043] [VnJ = [Vold]+ [Offset] (13)
[0044] 式中，補(bǔ)償值Offset為雅克比矩陣的逆矩陣乘以式（11)中求得的誤差值
[0045] [Offset] = inv(J)[Err] (14)
[0046]計(jì)算直到有功功率的差值Err小于給定的誤差極限S，則迭代結(jié)束，最后一次迭 代的電壓值就作為結(jié)果，由此得到了系統(tǒng)各端電壓值，由端口電壓求解各輸電線的功率情 況。
[0047] 進(jìn)一步的，所述電壓控制型直流潮流控制器為DC/DC變壓器型或者可調(diào)電壓源 型。
[0048] 有益效果：利用本文提出的優(yōu)化算法可以使含電壓控制型直流潮流控制器的直流 輸電系統(tǒng)工作在線路損耗最小點(diǎn)，減小直流系統(tǒng)線路損耗，提高其運(yùn)行效益。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1是基于靈敏度分析的直流潮流控制器優(yōu)化配置方法流程圖；
[0050] 圖2是基于靈敏度分析的直流潮流控制器位置優(yōu)化算法；
[0051] 圖3是基于靈敏度分析的直流潮流控制器變比優(yōu)化算法；
[0052] 圖4是含電壓控制型直流潮流控制器的三端環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0053] 圖5是所舉實(shí)例的系統(tǒng)線路損耗對(duì)潮流控制器變比的靈敏度隨控制器變比變化 的曲線；
[0054] 圖6是所舉實(shí)例的系統(tǒng)線路損耗隨控制器變比變化的曲線；
[0055] 圖7是所舉實(shí)例的系統(tǒng)線路損耗仿真波形。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0057] 本發(fā)明公開了一種基于靈敏度分析的直流潮流控制器優(yōu)化配置方法，其特征在 于：所述方法包括以下步驟：如圖1所示，
[0058] 步驟1 :建立含電壓控制型直流潮流控制器的直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；
[0059] 步驟2 :分析直流輸電系統(tǒng)線路損耗對(duì)潮流控制器變比的靈敏度；
[0060] 步驟3 :基于靈敏度分析優(yōu)化選擇潮流控制器的串入位置；
[0061] 步驟4 :基于靈敏度分析優(yōu)化選擇潮流控制器的工作變比。
[0062] 所述步驟1按如下步驟進(jìn)行：
[0063] 運(yùn)用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣寫出直流輸電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓方程為
[0064]
[0065] 式中，I1為線路端口 i的注入電流，V i為線路端口 i的電壓；若i乒j，則Y u為端 口 i和端口 j之間的互電導(dǎo)；若i = j，則Ylj為端口 i的自電導(dǎo)。由式⑴可得
[0069] 端口 i傳輸給端口 j的功率為
[0070] Plj= I ^jVi = V1(V -V1)Ylj (4)
[0071] 電壓控制型直流潮流控制器有DC/DC變壓器型和可調(diào)電壓源型兩種，它們都是通 過(guò)間接改變端口的相對(duì)電壓來(lái)調(diào)節(jié)線路潮流。這兩種方式都可以等效為線路中串入一個(gè)變 比為M的變換器。
[0072] 直流潮流控制器對(duì)直流系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在串入潮流控制器后改變了輸電線 上的電流表達(dá)式。如果在端口 i和端口 j之間線路中串入直流潮流控制器，且在端口 i附 近，則端口 i和端口 j之間的線路電流Ilj可以表示為
[0073] Ilj = Ylj(MV1-Vj) (5)
[0074] 如果端口 i和端口 j之間線路沒(méi)有串入直流潮流控制器，則電流Ilj可以表示為
[0075] Ilj = Ylj(V1-Vj) (6)
[0076] 所述步驟2按如下步驟進(jìn)行：
[0077] 分別對(duì)式（5)和（6)中的I1,求對(duì)潮流控制器變比M的偏導(dǎo)，可得
[0079] 在式（3)和（4)兩邊分別對(duì)M求偏導(dǎo)可得
[0081] -個(gè)有m條輸電線的系統(tǒng)，線路損耗為
[0083] 其中：R1」為端口 i和端口 j之間的電阻；
[0084] 式（9)對(duì)潮流控制器的變比M求偏導(dǎo)得
[0086] 所述步驟3按如下步驟進(jìn)行：如圖2所示，
[0087] 直流輸電系統(tǒng)一般有多條輸電線路，潮流控制器串入位置就有多種，潮流控制器 進(jìn)行位置選擇時(shí)，分別求出控制器不參與工作（M= 1)，潮流控制器串在各位置上的線路損 耗對(duì)變比M的偏導(dǎo)，偏導(dǎo)越大表示潮流控制器串在該位置時(shí)，系統(tǒng)線路損耗對(duì)變比M的靈敏 度越高，將潮流控制器串在該位置，一般能得到最小的線路損耗。
[0088] 所述步驟4按如下步驟進(jìn)行：如圖3所示，
[0089] 最小線路損耗點(diǎn)為線路損耗對(duì)潮流控制器變比M偏導(dǎo)為0的點(diǎn)，求解過(guò)程是一個(gè) 不斷迭代的過(guò)程，首先需要給定一個(gè)M的初值，一般情況下M初值取1 (表示潮流控制器不 參與工作），得系統(tǒng)潮流，再將已求得的系統(tǒng)潮流代入步驟2,求得損耗對(duì)變比M的偏導(dǎo)，如 果偏導(dǎo)與〇的差小于給定的誤差極限e (e取0.01)，則求解結(jié)束，否則重新給定M值，再次 進(jìn)行求解。
[0091] 所述直流系統(tǒng)潮流計(jì)算按如下步驟進(jìn)行：
[0092] 在式（3)和（4)中給定各電壓初值就可以得到有功功率的計(jì)算值，用有功功率的 真實(shí)值減去計(jì)算值可得功率的誤差值。
[0093] [Err] = [Parameteractual]-[Parametercalculated] (12)
[0094] 在系統(tǒng)潮流的求解中需要引入雅克比矩陣，雅克比矩陣是參數(shù)對(duì)變量的求導(dǎo)
[0096] 新的變量值為舊的變量值加上補(bǔ)償值。
[0097] [VneJ = [Vold]+ [Offset] (14)
[0098] 式中，補(bǔ)償值Offset為雅克比矩陣的逆矩陣乘以式（12)中求得的誤差值。
[0099] [Offset] = inv(J)[Err] (15)
[0100] 計(jì)算直到有功功率的差值Err小于給定的誤差極限S ( S也取〇. 01)，則迭代結(jié) 束，最后一次迭代的電壓值就作為結(jié)果，由此得到了系統(tǒng)各端電壓值，由端口電壓求解各輸 電線的功率情況。
[0101] 下面以三端直流輸電系統(tǒng)為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0102] 圖4所示為含電壓控制型直流潮流控制器三端環(huán)網(wǎng)式直流系統(tǒng)等效電路（