含多端VSC-HVDC的交直流混合网络潮流计算方法研究

为解决交直流混合电网潮流计算问题,提出了一种针对交直流混合电网潮流的交替迭代算法。首先,分析了VSC的稳态工作机理及基本控制策略,推导了交直流网络稳态潮流,在不同控制策略下对直流电网潮流计算方法进行了研究。然后,根据VSC所采用的不同控制策略,在每个计算周期内对直流电网潮流和交流电网潮流进行交替迭代计算。最后,基于Matlab软件进行交直流混合系统潮流计算,证明了所提方法的有效性。     

一种新型VSC潮流计算模型

交替迭代法由于处理换流器控制策略的灵活性以及对单侧潮流计算方法的良好继承性而被广泛采纳,但该方法用于求解基于目前广泛采用的电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)潮流计算模型的混合系统潮流时,会出现交直流系统间的多次交替迭代问题。从避免多次交替迭代问题和进一步减少计算量的角度出发,对VSC潮流计算模型进行重塑,提出一种新型VSC潮流计算模型。该模型将VSC的有功损耗等效至直流侧,并重新对交直流系统设定边界,在避免了交直流系统间多次交替迭代问题的同时也相应减少了混合系统的潮流计算量。最后在IEEE9节点系统增加直流环节形成一个交直流混合系统,对所提模型进行测试,测试结果表明了所提模型的有效性和高效性。     

一种基于直角坐标注入电流模型的交直流潮流计算方法

潮流计算是电力系统中各种计算的基础,本文提出了一种基于直角坐标注入电流模型的交直流潮流计算方法。首先分析了交直流混合系统的数学模型,从直角坐标形式的牛顿法出发,将交直流系统耦合系数矩阵与交流系统雅克比矩阵进行相同的变换,形成注入电流的修正方程,得出了直角坐标电流注入模型的新型耦合系数矩阵的表达式,雅可比矩阵大大简化,不仅改善了收敛性,提高了计算速度和效率,同时程序实现也更加简单,节省了内存容量。     

基于增广雅可比矩阵的交直流解耦潮流新算法

交直流潮流计算是研究交直流系统的基础,传统交替迭代法需要交、直流依次迭代多次并且有不易收敛的问题。首先分析传统交替迭代法需要多次迭代的原因,在此基础上提出一种适用于含电压源换流器(VSC)的交直流电网的改进潮流新算法。该算法通过重新划分交直流系统和归并换流器接口方程至交流系统,建立含部分直流侧变量的增广交流雅可比矩阵模型,进而实现直流系统潮流与交流系统潮流的独立解耦计算。该算法继承了传统交替迭代法控制方式切换方便的优点,又同时具有统一迭代法的收敛性。经修改的IEEE 30节点与IEEE 57节点算例仿真,证明了该方法的正确性与有效性。     

基于最优乘子快速解耦法的交直流混合系统潮流计算

快速解耦法具有程序设计简单、计算速度快、内存占用量小、收敛性好等优点,因此成为高电压等级网络优先采用的潮流计算方法。但对一些病态系统,往往会出现计算过程振荡甚至不收敛的现象。在快速解耦法中引入最优乘子调节变量的修正步长,应用到交直流混合系统的潮流计算中,提高了计算速度,并有效地解决了病态交直流混合系统的潮流计算问题。通过算例验证了该方法的有效性。     

基于模块化多电平换流器的交直流混合电网稳态建模及仿真

由于模块化多电平换流器(MMC)在容量升级、电磁兼容、故障管理等方面具有明显的技术优势,其在交直流电能变换与控制中的应用越来越广泛。首先,基于电路原理中的平衡桥同电位点可以短接的等效理论,建立基于MMC的交直流混合系统简化等效电路模型;然后,导出基于MMC的交直流混合系统纯交流节点的潮流方程、直流节点的潮流方程和MMC换流器的基本潮流计算方程,并依据所建立的稳态模型和MMC控制方式,分析适用于基于MMC的交直流混合系统潮流算法;进而,基于自动微分技术,提出一种具有3阶收敛速度的统一迭代改进潮流算法;最后,通过算例验证所建立模型和算法的有效性。     

基于交直流解耦的超大规模交直流混合电网潮流计算可行解获取方法的研究EI北大核心CSCD

目前的交直流交替迭代潮流算法应用于超大规模交直流系统时经常面临收敛性差甚至不收敛的问题,无法有效获取可行解。文中提出基于交直流完全解耦从而获取潮流计算的可行解的方法,可提高超大规模交直流系统潮流计算收敛性,并避免交直流交换功率在交替迭代中发散的问题,文中方法的主要观点是交流换流母线电压在正常运行范围内并且直流运行于正常工况时,直流系统可与交流系统完全实现功率解耦,从而可将直流系统等效为恒定功率注入交流系统;待交流系统潮流计算迭代收敛后再求解直流系统换流变的有关变量。若换流变压器分接头越限,则表明交流换流母线电压不能维持在正常运行范围内,可为交流系统调整提供有效的信息,并能正确反映系统运行状态的突出问题。文中所提方法同样适用于未来含级联直流及多端直流的系统。通过我国多个大规模交直流系统算例,表明算法具有极佳的收敛性和鲁棒性。     

实用高压直流输电稳态模型及潮流算法解析

交直流混合输电系统的潮流计算是静态安全分析以及暂态稳定、电压稳定、小干扰特征值等分析计算的前提和基础。深入解析和理解电力系统广泛应用的商业计算软件中高压直流输电系统的数学模型、混合系统潮流求解算法,并掌握影响收敛性的相关因素,对提高大电网分析人员的计算效率具有重要意义。首先推导了国内广泛应用的BPA潮流计算软件中,双端高压直流输电系统的准稳态模型;解析了交直流潮流交替求解算法流程;通过对一双端高压直流输电系统的潮流解轨迹的计算和分析,揭示了交直流系统的相互影响特性;总结了决定特高压直流运行状态和交直流潮流收敛特性的影响因素。     

基于内点法和遗传算法相结合的交直流系统无功优化

为简化传统交直流混合系统潮流计算方法,提出了一种改进算法。该算法采用Gauss-Seidel迭代法求解直流系统,通过调整换流变压器的变比以使换流器的触发角运行在合适的值域,再与交流系统交替迭代求解。针对遗传算法适合处理离散变量但容易陷入局部最优而内点法具有方向性但不适合处理离散变量的不足,提出一种内点法和遗传算法相结合的混合算法对交直流系统无功优化模型求解,交流系统中少量的离散控制变量及直流系统控制变量采用遗传算法求解而交流系统中大量的连续控制变量则采用内点法求解。混合算法结合了两种算法的优点,可以方便地处理离散变量且具有明显的方向性。通过实例仿真验证了该算法具有收敛性好、运算速度快等优点。     

配电网区间线性三相潮流的非迭代仿射求逆计算方法

现有配电网区间潮流计算大多是以迭代法为基础扩展得到的,需要进行多次区间迭代以获取收敛的潮流解,因而存在收敛性和计算效率低下问题。为此,文中将线性三相潮流算法与仿射求逆方法相结合,提出了一种配电网区间线性三相潮流的非迭代仿射求逆计算方法。所提方法采用仿射数描述区间变量间的相关性,将潮流方程转化为仿射线性潮流方程,并引入仿射矩阵求逆方法对其进行求解。该方法无须迭代,不存在收敛性问题。最后采用多个三相不平衡系统作为算例,通过与其他3种方法的分析比较,验证了所提算法的性能。结果表明,所提算法兼具高效性和低保守性优点,且性能稳定。     

带最优乘子牛顿法在交直流系统潮流计算中的应用

交直流系统潮流计算的统一迭代法的收敛性较交替迭代法更优,但对一些病态运行条件和 潮流无解的情况,统一迭代法将发散,得不到有用信息。文中将交流系统中广泛应用的最优乘子潮 流方法推广到交直流系统的潮流计算中。根据直流系统稳态方程的特点引入辅助变量,使得直流 系统潮流方程全部转换为二次或线性方程。给出了直角坐标系和极坐标系下交直流系统带最优乘 子牛顿法潮流的实现方法。通过算例验证了所述方法的有效性,并对2种坐标系下的结果进行了 比较和分析。     

含多端柔性直流的大电网潮流联立计算方法研究

多端柔性直流具有控制灵活、可接入性强、损耗低和可靠性高等优点,是解决新能源消纳问题的有效途径。潮流计算是大电网分析的基础,但是交替求解方法在某些情况下收敛性较差。为改善含多端柔性直流的大电网潮流计算的收敛性,文章给出了直流电网模型方程,采用直流系统和交流系统方程联立求解的思路,设计了大电网潮流联立求解计算的流程和方法,提出统一方程维数、切换方程类型的处理方式解决节点控制类型变化引起的雅可比矩阵维数变化问题。采用MATLAB编程实现了提出的算法,并利用含浙江舟山五端柔性直流的大电网实际算例与交替求解方法进行分析比较,结果验证了所提方法的正确性以及收敛快、精度高、适应性强的优点。     

基于Matlab符号运算的电力系统潮流计算

在Matlab中采用符号变量定义了电网稳态方程,通过符号运算得到雅可比矩阵公式。在迭代过程中调用该公式,避免了牛顿-拉夫森法潮流计算中反复构造该矩阵的繁琐过程。以一个三机九节点系统为例,给出了基于符号运算的潮流计算流程、程序和计算结果。该法保留了稳态方程的原有形式,算法简洁,可读性强,便于扩充和修改,可用于交流系统、交直流混合系统以及包含FACTS装置的电力系统潮流计算。     

多端直流架构的交直流混合配电网三相不平衡潮流计算

在配电网向交直流混合供电的方向发展的新形势下,提出一种能够计及交流三相不平衡的交直流配电网潮流计算方法。首先建立了电压源型换流器的三相稳态潮流模型,推导了换流器的三相潮流以及直流配电网潮流计算方程,并对不平衡系统进行了补偿。考虑了不同的控制方式及适用于配电网的多端直流控制策略,在此基础上,提出了适合配电网的三相不平衡交直流交替迭代潮流计算方法,该方法采用了模块化思想,不需要全局迭代,可以从交、直流侧任意方向开始潮流计算,自动修正越限变量并调用控制策略,实现了交直流潮流计算的解耦。最后,对修改的IEEE 37节点配电系统进行仿真计算,仿真结果证明了算法的有效性、快速性和准确性。     

保留非线性的交直流联合系统状态估计算法

针对当前交直流联合系统各种状态估计方法所遇到的问题,提出了一种新的有功、无功和直流方程解耦的快速分解状态估计算法.在估计过程中交直流方程交替求解,并对直流方程采用保留泰勒级数展开式中所有高阶项的方法.其特点是:一方面可以使直流方程雅可比矩阵在迭代过程中恒定,降低计算量;另一方面使算法保持了良好的收敛性能.文中在IEEE 14节点系统中构造了多端交直流联合系统,并进行了仿真.仿真结果验证了该算法的有效性和可行性.     

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。     

VSC-HVDC稳态特性与潮流算法的研究

该文分析了VSC-HVDC的稳态功率特性及控制方式；在VSC-HVDC稳态模型的基础上，导出了其适用于牛顿法潮流计算的数学模型，并根据VSC-HVDC中电压源换流器(VSC)的控制对象大多为交流侧物理量的特点，提出了一种交直流混合系统潮流的交替求解算法：算法中计及了直流变量的约束条件，当混合系统潮流求解过程中无换流器调制度越界，算法可快速收敛，否则将由于交直流系统间相互影响，致使交替求解次数的增加。算例结果验证了VSC-HVDC潮流模型的正确性以及交替求解算法的有效性。该算法为进一步研究含有VSC-HVDC的交直流电力系统的潮流控制特性奠定了基础。     

基于接口修正方程的含柔性直流大电网解耦潮流算法

含柔性直流的大电网潮流计算是深入研究柔性直流运行特性的基础。潮流算法主要包括交直流联立求解算法和交直流交替求解算法两类。前者无法利用已有的交流计算程序,扩展性差;后者存在收敛性差、有交替误差等缺点。基于接口修正方程技术,构建了含柔性直流的大电网解耦潮流算法。通过把换流器交流侧和直流侧的节点分裂开,形成换流器、交流网络和直流网络三部分,利用交流网络、直流网络各自与换流器之间的接口修正方程,实现交流电网和柔性直流的潮流计算解耦。该算法可弥补常规算法的不足,同时具备扩展方便和收敛性好的优势。实际的柔性直流工程算例结果验证了方法的正确性及上述优点。     

孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算

交直流混合微电网包含交流子系统、直流子系统及连接2种子系统的互连变换器(interlinking converter,ILC)。针对下垂协调控制策略下孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算,提出基于带新型线性搜索三步LM(three-steps Levenberg Marquardt algorithm with a new line search,NTLM)算法的交替迭代方法。首先分析ILC装置的控制方法,建立其节点潮流模型;结合提出的3种直流节点类型和4种交流节点类型,建立交、直流子系统的统一潮流模型。然后提出NTLM算法求解统一潮流模型,在此基础上,进行交、直流子系统交替迭代潮流计算,得到交直流混合微电网的潮流解。最后,通过改造的孤岛运行交直流混合微电网系统的仿真算例,验证所提方法的正确性和有效性。     

交直流混合系统负荷功率裕度分析

定义了区域有功负荷裕度指标．运用该指标研究了给定负荷增长方式下2005年广东实际交直流电网的静态电压稳定状况，结果表明，珠江三角洲重负荷区域、粤东地区负荷裕度小，是静态电压稳定薄弱区域。针对给定负荷增长方式确定系统负荷功率极限结果偏乐观的缺陷．提出了交直流混合系统最临近负荷功率极限算法．采用交直流潮流交替迭代方法．同时可计及稳态时直流不同控制方式和换流站无功补偿对功率裕度的影响。算例分析表明．该算法能方便地计算交直流混合系统在最恶化负荷增长方向下的负荷功率裕度。