基于VSC的柔性互联电网潮流解耦算法研究

基于交替迭代的交直流潮流计算是柔性互联电网研究的基础,其能灵活适应电压源换流器(voltage source converter, VSC)的各种控制方式,且对成熟的交流潮流计算方法具有良好的继承性。但此算法由于交、直流系统间存在耦合关系,需要交替进行多次迭代。对此,本文首先分析换流器稳态模型及其常用控制方式、直流电网潮流稳态模型,随后推导出柔性互联系统交替迭代法及交替迭代法需要进行多次交替迭代的原因,提出了一种基于VSC的柔性互联电网潮流解耦算法。在不重新划分交、直流系统界限的基础上,通过对VSC有功控制参量的两次处理,继承了交替迭代法优点的同时,可避免进行多次交替迭代,使得潮流计算更加简洁且更贴近实际模型,从而使柔性互联电网潮流计算量大为减小。最后,通过IEEE9节点和IEEE30节点交流测试系统形成的两个柔性互联系统算例,验证本文所提算法的有效性和准确性。     

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。     

含电压源型换流器直流电网的交直流网络潮流交替迭代方法

随着电压源型换流器(VSC)及基于VSC的并联型直流电网的不断发展,未来电网会形成含VSC的多直流母线、多直流联络线和多直流负荷的交直流网络。文中分析了VSC的稳态模型及其控制方式,详细推导了含VSC直流电网的交直流网络稳态潮流模型,研究了不同控制方式直流电网的潮流求解方法。在此基础上提出了一种通用交直流网络潮流交替迭代方法,该算法根据VSC换流站的不同控制方式在交流侧和直流侧解耦等效,先进行直流电网潮流迭代,后进行交流电网潮流迭代,二者交替计算直至直流电网、换流站和交流电网全部收敛。算法适用于不同的直流电网控制方式且考虑了直流变量约束条件和运行方式的合理调整。最后在改进的IEEE 57节点交直流电网上,验证了所提出的交替迭代方法的有效性和准确性。     

多端VSC-HVDC系统交直流潮流计算

电压源换流器VSC(Voltage Sourced Converter)与传统高压直流输电(HVDC)换流器在物理模型和工作原理上有本质区别．因此传统的交直流系统潮流计算方法不能在VSC构成的多端直流输电系统VSC—MTDC(VSC Multi—Terminal HVDC)中直接使用。首先描述了MTDC潮流计算的数学模型。随后在综合VSC工作原理及控制方式的基础上,推导了适用于VSC—MTDC潮流计算的VSC数学模型。进而由换流器控制量M(调制度)和6(PWM相位角)的不同组合,列出了4种运行控制方案。并针对每种控制方案给出了其交直流潮流交替求解的接151方程。最后以一含3个VSC的系统为例,对其中1个VSC的不同运行控制方案进行潮流分析,结果表明采用交替算法的潮流算法交直流接口简单清晰、程序编写方便且通用性好。     

混合电网的交直流解耦潮流算法

潮流计算是电力系统分析的基础,基于交替迭代的混合潮流计算,便于灵活处理换流器的各种控制方式,而且对交流子系统的计算,可以直接利用成熟的交流潮流计算方法。但是,该类算法需要分别迭代求解交、直流潮流,并且需要交替进行多次。文中分析了该类算法的迭代过程需要多次交替进行的原因,提出一种适用于电压源换流器(voltage source converter,VSC)型混合电网的交、直流解耦潮流算法,该算法通过调整交、直流子系统的划分界限以及VSC的有功控制参量,避免了迭代的多次交替,从而使混合潮流的计算量大为减少。通过算例验证了新算法的有效性,以及在处理直流电压控制方式上的优势。     

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。     

基于混合换流器的多端交直流系统潮流计算

基于电网换相换流器(LCC)和基于电压源换流器(VSC)在稳态模型和工作原理上有本质的不同,当这2种换流器混合运用于同一个多端直流输电系统,系统的稳态数学模型和潮流计算方法也发生了相应的变化。首先描述了该混合多端交直流系统的稳态模型,然后在综合考虑2种换流器工作原理的基础上,导出了该混合系统的潮流计算数学模型。为实现系统的功率平衡和保证各换流器有一定的裕度配合运行,分析了混合系统控制方式的配置原则,利用牛顿法得到了一种适用于该系统的交替求解算法,并给出了算法的具体实现步骤。最后,分别通过两端和多端的混合直流输电系统算例验证了该算法的准确性和有效性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流统一迭代求解算法

介绍基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)技术,具有可向无源网络供电、不会出现换相失败等众多优点。分析VSC-HVDC输电系统的原理及其中VSC的控制方式。针对不同控制方式下的VSC,分别推导其交流母线及直流系统相应的潮流修正方程式。提出VSC-HVDC交直流混合系统潮流的统一迭代求解算法,并以修改后的WSCC-9节点交直流混合系统的潮流计算为例,验证统一迭代求解算法的有效性。通过该潮流算法分析VSC-HVDC输电系统的稳态特性和有功功率损耗特性。     

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。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计解耦迭代算法

针对以电压源换流器（Voltage Source Converter, VSC）为基础的新一代高压直流输电,推导了直流系统的数学模型,以状态估计为着眼点,建立了交直流混合系统的状态估计模型,并在此基础上提出了一种解耦迭代算法。该算法根据雅克比矩阵的特点,运用数学方法对交流子系统和直流子系统进行严格解耦,从而将交直流混合系统分为交流子系统和直流子系统2部分,实现了交、直流子系统的分开迭代求解。计算过程中未做任何假设,因此完整计及了交、直流子系统间的耦合性,算法精度高,同时该算法在编制程序时可以充分利用纯交流系统的状态估计程序,因此具有良好的继承性。IEEE 14、IEEE 30、IEEE 57节点测试系统的仿真结果表明了所提算法的有效性。     

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。     

计及VSC的交直流混联电网扩展规划研究

为解决交直流混联电网供电问题,提出了计及VSC(Voltage Source Converter)的交直流混联电网扩展规划模型与方法。首先分析了VSC元件稳态模型与典型控制策略,在此基础上研究了计及VSC的交直流潮流计算方法。然后,以发电运维成本最小化为目标,提出了一种交直流混联电网扩展规划优化模型。通过算例验证了模型方法的可行性与有效性,并展示了计算全过程。此外,算例结果也表明差异化VSC元件控制策略会影响潮流分布水平,进而影响最终扩展规划结果。     

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。     

基于静态安全域的交直流混联大电网关键线路辨识

特高压直流输电系统的相继投运导致电力系统运行特性改变,交直流混联大电网的薄弱环节将出现变化。为辨识出交直流混联电网中的关键线路,避免大停电事故的发生,提出一种基于静态安全域的交直流混联电网关键线路辨识方法。采用静态安全域分析方法构建交直流混联电力系统的静态安全域,考虑交流线路潮流越限与直流逆变站闭锁判据,结合支路潮流模型,提出适用于交直流混联电力系统的静态安全裕度计算方法。以静态安全裕度为指标,给出交直流混联电力系统的关键线路辨识流程。最后使用江西电网实际电力系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统拟交流最优潮流

为便于求解含多端柔性直流输电系统的最优潮流,提出一种拟交流最优潮流计算方法。通过分析电压源换流器的工作原理,建立了计及换流站有功损耗的交流电源型等值电路。针对系统直流网络部分设定约束条件,将其等效为特殊的交流网络。为降低计算复杂度,对换流站的能量耦合方程进行了线性化处理。基于此,含多端柔性直流系统可视为纯交流系统并进行潮流计算。考虑到交流系统最优潮流问题具有非凸特性,将其最优潮流模型松弛为半定规划模型。实验结果表明,所述方法能够有效求解多端柔性直流系统最优潮流问题。     

交直流配电网供电恢复问题的半定规划方法研究

随着电力电子元件的发展,柔性直流技术已经逐步趋于成熟。在传统交流配网中加入柔性直流换流装置,建立了交直流混联配电系统,并基于短路故障后的供电恢复问题,应用半定规划方法来实现快速的系统供电恢复方案。通过VSC模型进行等效,提出了一种基于模型参数的VSC换流站的等效方式,并进一步在交直流混联系统中进行潮流优化。通过IEEE33节点的改进辐射网及环网算例进行计算,并进行不同等效方式的计算分析,验证了该等效方法的合理性及高效性。     

含多种控制策略的直流电网潮流统一表达与可行解求取

通常计算含电压源换流器(VSC)交直流混合系统的直流潮流时,需按照直流侧VSC的控制策略列写对应的潮流方程。但是,由于控制策略的不同潮流方程会有多种表达式;随着柔性电网的发展,直流系统将形成由多种单一策略构成的混合控制策略,其表达式结构和维度均不一致;在计算基于实际情况下控制策略需要切换的潮流时,出现控制策略的切换,这些都为潮流计算带来了极大的不便。本文在分析直流侧VSC不同控制策略的基础上,通过定义新的直流节点类型,推导出含多种控制策略的直流电网潮流统一表达模型。该模型可以表征直流系统多种控制模式,形成模型的统一表达,具有统一结构和固定维度。当直流电网控制方式变化时,仅需修改少量参数,即可求出其稳态潮流,编程简单,实现方便。以含5端6线的VSC直流电网为例,验证了所提算法的准确性。最后,将此算法用于求解7端VSC-MTDC直流网络控制策略切换时的潮流,验证了其灵活性。     

苏州同里新能源小镇的交/直流混合配电网潮流计算方法研究

苏州同里新能源小镇是一个集光伏发电、风力发电、储能、电动汽车、能源路由器等特征元件为一体的小镇。在传统配电网固有元件(变电站、配电线路、无功补偿、负荷等)的基础上,小镇配电网引入了新型的设备元件(分布式可再生电源、储能设备、电动汽车、直流负荷、能源路由器等),构成了交/直流混合配电网。目前交流配电网的潮流计算方法已经相当成熟,而直流配电网一般都采取闭环运行方式,故该方法无法在交/直流混合配电网中使用。本文根据含能源路由器等新型设备的交/直流配电网特点,将传统的牛顿拉夫逊法进行相应改进,分别对交流配电网和直流配电网进行潮流求解,通过作为接口的电压源换流器,进行交替迭代,直至交/直流网络均潮流收敛。该潮流计算方法将在同里新能源小镇的配电网实例中加以应用。