含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。     

计及VSC-HVDC的交直流系统最优潮流统一混合算法

进化类算法和内点法交替迭代的混合算法在求解含电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter basedhigh voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(optimal power flow,OPF)问题时由于截断误差的影响和VSC-HVDC控制方式的限制,容易发生振荡,因此提出一种基于差分进化(differential evolution,DE)和原—对偶内点法(primal-dual interior point method,PDIPM)的统一混合迭代算法。算法的主要思想是以DE算法为框架,对离散变量进行优化,在DE算法的每一次迭代过程中,采用PDIPM对每个DE个体进行连续变量的优化和适应度评估。由于采用PDIPM进行DE种群适应度评估,无需设定VSC-HVDC的控制方式,因此提高了算法的全局寻优能力。多个算例结果表明,该混合算法数值稳定性高,寻优能力强,能很好地解决含两端、多端、多馈入VSC-HVDC的交直流系统最优潮流问题。     

基于自动微分技术的VSC-HVDC内点法最优潮流

根据电压源换流器–高压直流输电(voltage sourceconverter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的稳态潮流模型,结合自动微分(automatic differentiation,AD)技术,提出一种基于原对偶内点法的交直流系统最优潮流算法。该算法利用高效的基于操作符重载的AD工具生成雅可比(Jacobian)矩阵和海森(Hessian)矩阵,减少了微分表达式推导和代码编写的工作量,提高了程序的开发效率。多个算例的仿真结果表明,该算法保持了传统原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的交直流最优潮流问题上的高效性,且对VSC的不同控制方式组合均具有良好的适应性。     

含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流

已有的多目标潮流优化模型和算法对含电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)不再适用。针对VSC-HVDC的特点,提出了以有功网损最小、电压水平最好(即电压的偏移量最小)、系统的静态电压稳定裕度最大及供电能力最大同时作为优化目标,从而构建了含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流模型;针对此模型连续变量和离散变量共存的特点,提出了内点法和NSGA2算法相结合的交替求解算法,可获得多个Pareto最优解,并具有较高的计算效率。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性。     

基于最优潮流的含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算

已有的交直流系统最大输电能力计算模型无法直接应用于含电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统的最大输电能力计算问题。文中提出了一种基于最优潮流的最大输电能力计算方法,通过将最优潮流模型拓展到系统的多种运行状态,从而能够准确反映N-1安全约束及N-1故障后VSC-HVDC的控制约束。为解决因考虑N-1安全约束导致的模型求解规模过大的问题,针对含VSC-HVDC的交直流系统的特点,进一步提出一种同时考虑故障对静态电压稳定性及支路传输容量越限影响的N-1故障筛选方法。为保证解的性能,在优化软件AMPL中调用COUENNE求解器对以上模型进行求解,能够同时给出最大输电能力和相应的VSCHVDC控制方式及参数整定值。通过修改的4节点系统、IEEE 118节点系统及辽宁省鞍山电网,验证了所提方法的有效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统无功优化

已有的交直流系统无功优化模型和算法对含电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)不再适用。针对VSC-HVDC的特点研究了含VSC-HVDC的交直流系统无功优化模型,此模型在数学上需要求解非线性非凸优化问题;为提高全局寻优能力及计算效率,提出一种变换算法,可将原问题转化为混合二次规划问题予以求解。最后仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算方法研究

建立了VSC-HVDC系统潮流计算稳态数学模型,明确了对应VSC稳态运行状态的4个变量,导出了直流系统求解的修正方程式,并提出了含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算的交替迭代算法。通过对修改后的EPRI-7节点测试系统进行潮流计算,验证了潮流计算模型和方法的正确性和有效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算方法研究

建立了VSC-HVDC系统潮流计算稳态数学模型,明确了对应VSC稳态运行状态的4个变量,导出了直流系统求解的修正方程式,并提出了含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算的交替迭代算法。通过对修改后的EPRI-7节点测试系统进行潮流计算,验证了潮流计算模型和方法的正确性和有效性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算

全控型电力电子器件电压源型换流器VSC(Voltage Source Converter)的出现,为直流输电发展提供了新方向。在分析多端VSC-HVDC稳态模型基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算数学模型。提出了一种应用统一迭代法对含有VSC交直流混合系统进行计算的方法。通过修改IEEE-14节点系统仿真结果验证了该算法的有效性和准确性。     

含VSC-HVDC的暂态稳定约束最优潮流

提出运用轨迹灵敏度法将含电压源换流器的高压直流(voltage source converter-high voltage direct current, VSC-HVDC)输电的暂态稳定约束最优潮流问题转化为含VSC-HVDC 最优潮流和含 VSC-HVDC 暂态稳定2个子问题,避免直接求解混杂系统暂态稳定约束最优潮流所带来的困难。根据暂态稳定计算结果,求出连续系统状态量相对于发电机机械输入功率的轨迹灵敏度,据此求取最领先机和最落后机之间转移的有功功率,修改最优潮流有功出力的上下限,从而实现2个子问题的交替求解。在求得的转移功率满足系统暂态稳定约束后,通过二分法求得系统的最优转移功率。以IEEE39节点系统为算例,验证了轨迹灵敏度法对于求解含VSC-HVDC的暂态稳定约束最优潮流的有效性和合理性,算法实现简单,可处理多个预想故障。     

基于模糊下垂控制的VSC-HVDC交直流系统潮流计算方法

针对传统下垂控制方式无法根据电压与功率偏差的变化调节下垂控制系数大小的问题,提出了一种运用模糊推理改变下垂控制系数的方法。在分析VSC换流站数学模型与控制策略的基础上,考虑了VSC采用下垂控制策略时交直流节点的控制特性,基于模糊下垂理论确定了VSC-HVDC系统潮流模型的计算流程。并进一步提出了VSC-HVDC系统模糊下垂控制改进潮流算法,实现了对VSC直流侧电压与有功功率偏差的调节。最后通过算例验证了所提模糊下垂控制算法能够减小4～5倍直流系统迭代过程中的功率与电压偏差,具备更强的收敛性与可行性。     

多电压等级交直流配电系统潮流分析

随着分布式电源及直流负荷的发展,兼具安全、可靠、高效的交直流混合配电网将成为未来配电网发展的一种重要形式。基于电压源型换流器的直流配电网具有可控性强、电能质量问题少、经济性好等优点,但同时也引入了有别于交流配电网的潮流计算问题。为此,文章首先建立了考虑换流器损耗以及直流变换器损耗的潮流计算模型,并给出损耗参数计算方法。其次介绍了直流系统潮流模型的求解方法,重点考虑了电压源型换流器和DC/DC变换器控制方式对潮流计算的影响,针对不同的控制策略给出不同的潮流求解方法,并给出了当潮流越限时几种有效的解决措施。最后利用IEEE 33节点直流配电网算例验证了提出的损耗模型的正确性和潮流求解方法的有效性。     

风电场交直流混合输电并网中VSC-HVDC的控制

为提高风电场交直流混合输电并网的系统性能,提出一种更加灵活的电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)控制策略。对于风电场侧电压源换流器,设计了一种新的交流电压–功角控制方法。对于交直流混合输电模式,该方法通过调节风电场交流母线电压与电压源换流器输出电压间的功角来实现定有功功率控制。对于纯柔性直流输电模式,风电场交流母线电压自动被调节为具有恒幅恒频的交流电压,实现了对波动风电的同步输送。该方法中输电模式的变化无需切换控制;另外,通过附加电流高通滤波器增强了对系统谐振的阻尼作用。对电网侧电压源换流器,采用一种新的直接电流矢量控制,使直流电压稳定在参考值上。运用PSCAD/EMTDC仿真软件对分别接入笼型感应发电机(squirrel cage induction generator,SCIG)风电场和双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电场的交直流混合输电系统建模仿真。一系列运行条件下的仿真结果验证了控制方法的有效性与可行性。     

大规模超高压交直流系统最优潮流的研究

建立了电力系统大规模超高压交直流系统最优潮流联立求解的数学模型,将交流系统和直流系统统一在一个模型里求解,避免了传统的交替计算或功率等价法的不确定性,直接反映直流网络特征和交直流变量之间耦合关系,寻求最优解;同时提出了基于现代内点理论的求解算法,并对节点数118～7060等多个大规模测试或实际系统的仿真计算,表明本算法具有计算时间短、收敛性好等特点,是电力系统主要的网络分析和优化工具之一;亦可作为电力系统底层应用模块,为其他高级应用软件提供数据支持.     

含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算

利用等值电压源方法对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)系统模型。该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统。建立了含有VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解。通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行仿真计算,验证了所提出模型的实用性及算法的有效性。     

含VSC-HVDC的交直流混合发输电系统可靠性评估

建立了含柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流混合发输电系统的可靠性分析模型,该模型既考虑了VSC-HVDC的稳态功率特性,还计及了发输电网络的故障率和输电线路的有功限制,采用非序惯蒙特卡罗仿真实现;在满足系统安全约束的前提条件下,对系统进行模拟调度,重点评价了与发输电网络连接的VSC-HVDC对电网可靠性的影响,给出系统和节点的风险指标,为VSC-HVDC规划和运行提供参考依据,最后算例分析证明了该算法的可行性和合理性。     

含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制

含柔性直流电网的交直流混联系统中换流站功率参考值和下垂系数分别决定了换流站功率分配以及直流电压与直流功率间的斜率控制关系,进而决定了整个交直流混联系统的潮流分布,因此功率参考值和下垂系数的选取至关重要。为此,提出一种含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制策略,对功率参考值和下垂系数进行优化,以实现系统网络损耗和直流电压偏差率综合最小的目标。首先,针对含柔性直流电网的交直流混联系统建立了换流站模型、交流系统模型和直流电网模型,并建立了直流电网在主从运行方式或下垂运行方式下的控制方程统一表达式。然后,基于含柔性直流电网的交直流混联系统最优潮流,在线自适应修正换流站功率参考值和下垂系数。最后,对不同运行方式下含五端柔性直流电网的修正IEEE 39和IEEE 118节点交直流混联系统进行计算分析,其结果验证了所述方法的有效性。     

含电压源换流器的交直流混联电网无功优化模型

随着厦门柔性直流输电工程的建成投运,福建电网形成了以柔性直流输电通道与交流输电通道环网运行的交直流混联电网。为解决含柔性直流的交直流混联电网的无功优化控制问题,提出了一个含电压源换流器的无功优化模型,并采用分支定界法及原对偶内点法求解。所提模型及求解方法已在福建电网自动电压控制系统中进行了测试,实现了对辖区范围内机组、容抗器、有载调压抽头和电压源换流器等各类无功电压调节策略的在线实时优化计算,取得了较好的测试效果。     

基于连续潮流法的含双端VSC-HVDC交直流系统负荷裕度分析

为了分析含双端VSC-HVDC交直流系统的静态电压稳态特性,结合交替求解法和连续潮流法给出一种交直流连续潮流法。根据初始输入得到初始解确定负荷增长方向,引入负荷裕度参数。通过调节VSC-HVDC的控制策略,最终得到系统不同情况下的负荷裕度,采用左特征向量乘子法对系统进行负荷裕度灵敏度计算。对含双端VSC-HVDC的IEEE39节点系统和IEEE118节点系统进行建模仿真,得出了系统负荷裕度以及负荷裕度灵敏度近似线性的变化规律。直流线路功率流向对系统负荷裕度的影响相反,验证了方法的有效性。     

计及换流器损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流算法

提出一种考虑换流器精确损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流计算方法。基于计及换流器精确有功损耗的电压源换流器(VSC)换流站一般模型,建立了多端柔性直流互联交直流系统的最优潮流数学模型,推导了不同控制方式对寻优变量设定和等式约束构建的影响。针对电压下垂控制换流器交流侧有功功率与换流器损耗之间的"耦合"问题,提出了一种下垂控制VSC交流侧有功功率的计算方法。进而,在分析雅可比矩阵构成的基础上,采用步长控制原对偶内点法实现了模型求解。最后通过改进的IEEE 30节点算例仿真,分析了换流器损耗、电压下垂控制方式对最优潮流计算的影响,验证了所提方法的有效性、准确性和适用性。