一種交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性處理方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹了電壓源換流器的穩(wěn)態(tài)等效模型及常見控制模式，給出了多端柔性直流與交流混合電網(wǎng)的潮流計(jì)算模型。針對電壓源換流器模型導(dǎo)致的潮流雅可比矩陣非結(jié)構(gòu)對稱及零對角元問題，將少數(shù)零元素處理為非零元素恢復(fù)了雅克比矩陣結(jié)構(gòu)對稱性，將控制量作為常量代入方程并對變量編號進(jìn)行優(yōu)先排序處理克服了零對角元問題，以極低的稀疏性代價(jià)克服了含VSC的交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)算的難題。通過仿真運(yùn)行，驗(yàn)證了本發(fā)明所提模型的正確性及稀疏矩陣處理技術(shù)的有效性。
【專利說明】-種交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其設(shè)及電網(wǎng)潮流計(jì)算領(lǐng)域，具體地說是一種交直流 混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性直流輸電技術(shù)（VSC-HVDC)采用電壓源型換流器（VSC)，具有雙向可控、換相 不依賴電網(wǎng)過零、諧波水平低、無功有功獨(dú)立調(diào)節(jié)、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電等特點(diǎn)，其靈活的控 制方式和理想的運(yùn)行特性在解決大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)、大容量遠(yuǎn)距離電能輸送、輸電走 廊緊缺等問題時(shí)有著較大的技術(shù)優(yōu)勢。
[0003] 隨著全控型器件生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟，其制作成本明顯降低，且器件容量W及耐 壓能力顯著提高，VSC-HVDC的需求及應(yīng)用呈現(xiàn)出上升態(tài)勢。在此背景下，對于VSC-HVDC的 運(yùn)行，控制等方面的研究也受到越來越多的關(guān)注。文獻(xiàn)1《基于禁忌捜索優(yōu)化算法的高壓 大容量柔性直流輸電子模塊電容電壓平衡算法[J]》（姜喜瑞，賀之淵，湯廣福，謝敏華， 劉棟.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)2013;(21):71-80) W子模塊投切代價(jià)和能量波動為基礎(chǔ)，提出 了一種子模塊電容電壓平衡算法。文獻(xiàn)2《實(shí)用柔性直流輸電系統(tǒng)建模與仿真算法[J]》 (鄭超.電網(wǎng)技術(shù)2013 ; (04) : 1058-1063)根據(jù)輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和VSC控制量特征，提出一 種高效實(shí)用的交直流潮流混合求解算法。文獻(xiàn)3《基于多重化換流器的柔性直流輸電系統(tǒng) 及其實(shí)驗(yàn)研究[J].》（鄧明，敬華兵，黃志國，畢金融，張卓，何伯釣.大功率變流技術(shù) 2013 ; (01) :29-34)提出了一種基于多重化換流器的新型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｎ墨I(xiàn)4《向無源網(wǎng)絡(luò)供 電的VSC-HVDC系統(tǒng)控制策略[J]》（鄒超，王奔，李泰.電網(wǎng)技術(shù)2009 ; (02) : 84-88)提 出了一種兼具融冰功能的柔性直流斬波輸電換流站方案。文獻(xiàn)5《Con化〇1 Coordination Within a VSC HVDC Link for Power Oscillation Damping:A Robust Decentralized Approach Using Homotopy [J])) (Pipelzadeh Y, Chaudhuri B, Green TC. Control Systems Technology, I邸E hansactions on 2013 ;21(4):127〇-1279)應(yīng)用同倫算法使中央控制離 散化，使得遠(yuǎn)距離協(xié)調(diào)控制不再依賴快速通訊技術(shù)，從而達(dá)到更高的契合度和響應(yīng)速度，有 效抑制了所連接交流系統(tǒng)的低頻震蕩。文獻(xiàn)6《Analysis of Active Power Control for VSC -HVDC[J]》（Wenyuan W'Beddard A, Barnes M'Marjanovic 0. Power Delivery, IE邸 Transactions on 2014:29(4) :1978-1988)研究了柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行邊界，換流器 有功功率控制的魯椿性和穩(wěn)定性。文獻(xiàn)7《化hanced Voltage化op Control by VSC-HVDC Systems for Improving Wind Farm Fault Ridethrough Capability[J]》巧rlich I, Feltes C, Shewarega F. Power Delivery,IEEE Transactions on 2014 ;29 (1):378-385) 提出了一種新的控制方式，增加了風(fēng)機(jī)勵(lì)磁的故障容量。文獻(xiàn)8《Negative Sequence Current Control in Wind Power Plants With VSC-HVDC Connection[J]》（Chaudhary SK,Teodorescu R,Rodriguez P,Kjaer PC,Gole AM.Sustainable Energy, IEEE Transactions on 2012 ;3(3):535-544)提出了一種可W減少風(fēng)電網(wǎng)負(fù)序電流注入的控制 方法，從而使得系統(tǒng)的功率震蕩和過電壓問題都得到了改善。
[0004] 另外，隨著可再生能源的不斷發(fā)展，我國大規(guī)模新能源系統(tǒng)并網(wǎng)問題日益突出，多 端直流輸電系統(tǒng)拓?fù)湓陔娋W(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，而柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展為多 端直流輸電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了條件。多端柔性直流因其能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電，多落點(diǎn)受點(diǎn) 的特點(diǎn)，為我國分散的可再生能源提供了一種更為靈活、快捷、經(jīng)濟(jì)的輸電方式。多端柔性 直流因其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，使得其在控制上與兩端柔性直流系統(tǒng)有著較大區(qū)別，因此，多端 柔性直流的控制策略是人們研究的熱點(diǎn)之一。文獻(xiàn)9《基于MMC的多端柔性直流輸電系 統(tǒng)改進(jìn)下垂控制策略[J]》（聞發(fā)友，湯廣福，賀之淵，孔明.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)2014 ; (03) :397-404)提出了一種改進(jìn)直流電壓下垂控制策略，提高了多端柔性直流輸電系統(tǒng) (VSC-MIDC)的動態(tài)相應(yīng)。文獻(xiàn)10《適用于多端柔性直流輸電系統(tǒng)的新型直流電壓控制策略 [J]》（唐庚，徐政，劉昇，顧益磊，陸巧，裘鵬.電力系統(tǒng)自動化2013 ; (15) : 125-132)結(jié) 合直流電壓偏差控制策略W及直流電壓斜率控制策略的特點(diǎn)，提出了直流電壓偏差斜率控 制策略。文獻(xiàn)11《海上風(fēng)電場采用柔性直流輸電接入電網(wǎng)的控制策略研究[J]》（李宇駿， 徐政.華東電力2013 ;觀）：953-961)提出了一種基于化C濾波器的送端VSC控制策略。文 獻(xiàn)12《Modeling of VSC-Based HVDC Systems for a Newton-Ra地son OPF Algorithm[J]》 (Pizano-Martinez A, Fuerte-Esquivel CR, Ambriz-Perez H, Acha E. Power Systems, IEEE Transactions on2007 ;22 (4) : 1794-1803)提出了一種多端柔直系統(tǒng)分散控制的模型，在兩 端柔直系統(tǒng)外環(huán)控制中加入直流電壓反饋，從而使得其在多端運(yùn)行出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，會自 發(fā)的形成主從控制效果。
[0005] 雖然目前國內(nèi)外對于柔性直流輸電技術(shù)的研究不少，但是主要集中于換流器性能 的改進(jìn)，模型算法的優(yōu)化W及在新能源并網(wǎng)條件下的控制改進(jìn)，對基于柔性直流系統(tǒng)的交 直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)的控制，輸送功率分配W及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面的研究卻較少，文獻(xiàn)13 《含柔性直流輸電的交直流并列系統(tǒng)有功潮流優(yōu)化方法[J]》（鄧健俊，文安，魏承志，尋 斌斌，田霖，鄧旭.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制2014; (11): 118-123)利用模糊理論構(gòu)建了交直 流系統(tǒng)多目標(biāo)模型，但其對于直流系統(tǒng)損耗方面的模型過于簡單，并不能充分反應(yīng)損耗和 直流狀態(tài)量之間的關(guān)系。文獻(xiàn)14《四川多回±800kV直流外送系統(tǒng)直流有功功率協(xié)調(diào)控制 [J]》（黃震，鄭超，龐曉艷，李晏，吳廣寧.電網(wǎng)技術(shù)2011 ; (05):52-58)根據(jù)四川交直 流電網(wǎng)實(shí)際特性提出了一種協(xié)調(diào)控制方法，但該方法是基于傳統(tǒng)直流線路而言的，在應(yīng)用 柔性直流系統(tǒng)之后，直流系統(tǒng)特性有了較大改變，該方法也需要進(jìn)行修改。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，旨在提供一種含VSC-MTDC的交直流混 合電網(wǎng)的潮流計(jì)算統(tǒng)一模型，根據(jù)VSC的電氣特征卑怯出統(tǒng)一的節(jié)點(diǎn)功率議程，并提出了 九種不同VSC控制模式的等效數(shù)學(xué)方程。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案；一種交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性 處理方法，其特征在于包括W下步驟：
[000引 1)建立交直流混合電網(wǎng)的元件穩(wěn)態(tài)等值模型
[0009] 1. 1)建立電壓源換流器模型
[0010] 記電網(wǎng)中的第k個(gè)VSC為VSCk，將實(shí)際電壓源換流器等值為理想電壓源換流串聯(lián) 等值阻抗，并記
【權(quán)利要求】
1. 一種交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性處理方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 建立交直流混合電網(wǎng)的元件穩(wěn)態(tài)等值模型 1.1)建立電壓源換流器模型 記電網(wǎng)中的第k個(gè)VSC為vsck，將實(shí)際電壓源換流器等值為理想電壓源換流串聯(lián)等值 阻抗，并記
其中ak，dk分別表示VSC直流側(cè)和交流側(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號，Vd表示VSCk的內(nèi)電勢幅值， Qck表不VSCk的相位； 1. 2)建立直流線路模型 對于電網(wǎng)中的第g條直流線路，設(shè)其始端節(jié)點(diǎn)號為i，末端節(jié)點(diǎn)號為j，建立直流線路模 型； 2) 建立潮流計(jì)算模型 2. 1)建立交流節(jié)點(diǎn)的有功及無功潮流平衡方程 令A(yù)C為與節(jié)點(diǎn)i相連的傳統(tǒng)交流節(jié)點(diǎn)編號集； 令< 為與節(jié)點(diǎn)i相連的VSC編號集，若節(jié)點(diǎn)i為傳統(tǒng)交流節(jié)點(diǎn)，則為空集；交直流混合 系統(tǒng)的交流節(jié)點(diǎn)潮流平衡方程如下：
2. 2)建立直流節(jié)點(diǎn)的有功潮流平衡方程 令A(yù)C為與節(jié)點(diǎn)i相連的傳統(tǒng)直流節(jié)點(diǎn)編號集；交直流混合系統(tǒng)的直流節(jié)點(diǎn)潮流平衡方 程如下：
2. 3)建立控制設(shè)定值方程 2. 3. 1)建立VSC有功控制方程 VSC的有功類控制目標(biāo)有五類，其控制方程分別如下：
2. 如權(quán)利要求1所述的一種交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性處理方法，其特征在于對于 不具有結(jié)構(gòu)對稱性的潮流雅克比矩陣，當(dāng)潮流雅可比矩陣的i行，j列為非零元素時(shí)，則認(rèn) 為j行，i列也為非零元素。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種交直流混合電網(wǎng)潮流計(jì)稀疏性處理方法，其特征在于 采用節(jié)點(diǎn)編號優(yōu)化的方法，保證潮流雅克比矩陣的對角占優(yōu)性，根據(jù)VSC的不同控制模式， 節(jié)點(diǎn)編號優(yōu)化的方法分別如下： 不需優(yōu)化的控制模式 對于向孤島供電的定頻率控制模式，直接取VSC內(nèi)點(diǎn)勢作為相位參考點(diǎn)，其對角元非 零，故不需進(jìn)行特殊處理； 對于定換流器交流有功、定換流器交流無功與定直流有功控制，由于控制目標(biāo)方程與VSC內(nèi)電勢狀態(tài)有關(guān)，其對角元非零，也不需進(jìn)行特殊處理； 常量替代法 將直流電壓直接作為常量代入方程，并將該直流節(jié)點(diǎn)的有功潮流平衡方程作為控制模 式對應(yīng)方程； 優(yōu)先排序法 對于定換流器交流電壓、定并網(wǎng)點(diǎn)電壓、定換流變并網(wǎng)有功與定換流變并網(wǎng)無功控制 模式，將VSC控制模式相關(guān)變量優(yōu)先進(jìn)行編號，保證其編號位于內(nèi)電勢相應(yīng)變量編號之前。
【文檔編號】H02J5/00GK104485694SQ201410666078
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】田暉, 葉軍輝, 毛賓一, 何濤, 周旭東 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司嵊泗縣供電公司