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。     

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。     

基于双向迭代的交直流互联电力系统潮流计算

提出一种基于双向迭代技术的交直流互联电力系统潮流计算的新算法。算法针对交流系统和直流系统的完整电路模型,以换流器交流母线电流作为协调变量,分别建立含该协调变量的改进交流系统和直流系统潮流方程。并通过线性变换,先后推导出一组直流系统和交流系统的标准形修正方程,从而实现前推计算交流系统变量修正量,回代计算直流系统变量修正量的双向迭代计算。算法在数学上保持了统一迭代法的收敛特性,在结构上继承了交替迭代法控制方式切换简易的特点。在一个典型的交直流测试系统上论证了该算法的有效性,同时在一套南方电网完整结构的大规模系统上论证了该算法的实用性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于异步迭代的交直流互联系统分布式动态潮流计算

交直流互联电网与调度中心独立计算模式之间存在矛盾,给电网分析和监控带来种种弊端.为克服这一矛盾,在基于异步迭代模式的分布式动态潮流(ADDPF)算法的基础上,提出了以高压直流线路为联络线的交直流互联系统ADDPF算法.该方法针对两端直流系统,直流线路在其两端子系统重复建模,内层交直流潮流计算采用交替求解法,外层将直流线路等值为交流线路构造不动点迭代格式,不断修正外边界节点注入功率实现全网潮流计算.将IEEE标准系统扩展为交直流系统进行测试,可获得与全网一致的动态潮流解.     

含直流电源与负荷的交直流系统潮流算法

考虑轻型高压直流输电技术的特点,提出了基于电压源换流器(VSC)的交直流电力系统统一迭代潮流求解算法,分别从交流网络、电压源换流器和直流网络三部分推导了其相应的牛顿-拉夫逊法潮流计算修正方程式。该算法可以进行包含直流电源和直流负荷的交直流系统潮流计算。修改的WSCC-9节点系统仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。     

计及直流控制方式转换和换流变变比调整的交直流潮流算法研究

在分析统一迭代法及交替迭代法优缺点的基础上,提出了改进的交替迭代法以计算交直流系统潮流.该算法计及了直流变量的边界约束,对交流及直流系统潮流方程均采用牛顿拉夫逊法求解,确保了直流子系统雅可比矩阵可逆.分析了交流系统修正雅可比矩阵在计算过程中可能出现虚部的原因,给出了换流变分接头调整的策略.以修改后的IEEE39系统为例,验证了所提算法的正确性.重点讨论了当节点负荷缓慢增加时,潮流计算中换流变调整分接头,无功补偿设备的投切和直流控制方式发生改变的详细过程及以上因素对电压稳定极限的影响.     

计及直流控制方式转换和换流变变比调整的交直流潮流算法研究

在分析统一迭代法及交替迭代法优缺点的基础上,提出了改进的交替迭代法以计算交直流系统潮流。该算法计及了直流变量的边界约束,对交流及直流系统潮流方程均采用牛顿拉夫逊法求解,确保了直流子系统雅可比矩阵可逆。分析了交流系统修正雅可比矩阵在计算过程中可能出现虚部的原因,给出了换流变分接头调整的策略。以修改后的IEEE39系统为例,验证了所提算法的正确性。重点讨论了当节点负荷缓慢增加时,潮流计算中换流变调整分接头,无功补偿设备的投切和直流控制方式发生改变的详细过程及以上因素对电压稳定极限的影响。     

基于连续潮流法的交直流系统可利用传输能力的计算

提出并建立了交直流系统可利用传输能力(ATC)模型。该模型采用两端直流混合系统,考虑电压稳定性、节点电压水平、热稳定、N-1故障等安全约束条件。应用连续潮流法求解过程中,将交流和直流系统方程分解计算,通过直流网络状态量与换流器交流母线电压和给定直流控制量之间关系方程组来简捷地计及交直流系统间耦合关系。对IEEE30节点系统进行的仿真计算证明了所提出模型和算法的有效性。     

基于连续潮流法的交直流系统可利用传输能力的计算

提出并建立了交直流系统可利用传输能力(ATC)模型.该模型采用两端直流混合系统,考虑电压稳定性、节点电压水平、热稳定、N-1故障等安全约束条件.应用连续潮流法求解过程中,将交流和直流系统方程分解计算,通过直流网络状态量与换流器交流母线电压和给定直流控制量之间关系方程组来简捷地计及交直流系统间耦合关系.对IEEE30节点系统进行的仿真计算证明了所提出模型和算法的有效性.     

多端直流的交直流配电网潮流计算

传统的交直流潮流计算方法主要用于输电网计算,而交直流配电网需要考虑交流网侧三相不平衡和直流网侧分布式电源低压多端直流接入等问题。针对这一问题,提出了一种考虑三相不平衡的含多端直流的交直流配电网交替求解算法。(1)对交流系统和换流站三相不平衡建模;(2)计及换流站不同控制方式,推导了直流潮流方程,在其基础上,推导了含DC/DC变换器的直流潮流计算修正方程式,根据DC/DC变换器和换流站控制方式的不同,在交直流潮流计算中提出不同的等效处理方式;(3)通过改进的IEEE 34节点算例进行了仿真验证。仿真结果表明,在多端直流不同控制模式下,所述交直流配电网潮流计算方法处理三相不平衡、分布式电源直流接入等问题具有较好的收敛性能。     

含分布式电源的交直流混合配电网潮流计算

交直流混合配电网的潮流计算具有收敛困难甚至不收敛的现象,通过分析交直流混合配电网拓扑结构,建立了交直流变流器潮流模型,并用交流子网和直流子网分网交替迭代计算求解,可以解决含功率型控制、电压型控制变流器的交直流网络潮流问题。同时,考虑了配电网参数不对称性、分布式电源大量接入等特点,采用经过直流子网改进的IEEE 33节点网络对所提出的算法进行了验证,仿真结果验证了所提出方法的正确性、有效性和高效性。     

含VSC-HVDC的交直流混合网络的动态潮流计算方法

针对含电压源型换流器(VSC)的交直流混合网络在出现功率扰动之后的潮流计算问题,分析了VSC的各种基本控制方式,引入了VSC的虚拟同步控制。在此基础上推导了含VSC的交直流混合网络潮流模型,构建了具有通用性的交直流混合网络动态潮流算法。该算法以混合网络潮流计算的交替迭代法为基础,适用于不同的VSC控制方式。最后在包含多端VSC-HVDC的IEEE-39节点系统中验证了所提出算法的有效性。     

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。     

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。     

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。