计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算

多电压等级双极直流配电网供电容量大、运行方式灵活,已成为未来配电网发展方向。但其网络拓扑复杂,正负极相互耦合,且受直流变压器控制影响,使其潮流计算难度增大。为研究计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算方法,该文首先计及双极直流变压器拓扑结构与控制方式,建立其高低压侧电压、电流传递模型;通过分解双极直流配电网络,提出双极直流配电网网络建模方法,同时建立ZIP负荷线性化等效模型,进而形成多电压等级双极直流配电网潮流计算方法。最后,在Matlab/Simulink中搭建含直流变压器的双极直流配电网案例仿真模型,验证所提算法的有效性与正确性。     

直流配电网潮流计算模型及算法

直流配电网以其传输容量大,适合分布式电源接入等优势引起国内外广泛关注,而目前其研究重点主要在结构、能效、控制、保护等方面。针对直流配电网潮流计算问题,建立考虑开关损耗及电感电容寄生参数的非理想变换器稳态模型,给出Buck,Boost等6种变换器在连续电流模式(continuous current mode,CCM)下的稳态模型参数。考虑直流配网中只有有功功率与电压幅值,直流变换器可采用不同控制策略的特点,建立了含变换器直流配网的牛顿拉夫逊法雅克比矩阵各元素等潮流计算模型。通过对典型14节点直流配电网的算例测试,运用本文建立的模型和方法进行了潮流计算并与PSCAD仿真结果对比分析,验证了所提模型和算法的正确性。     

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。     

基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。     

含直流潮流控制器的真双极多端柔性直流电网潮流计算研究

为优化直流电网的潮流分布,需增加潮流控制器的辅助来增加线路的自由度。基于模块化多电平换流器的真双极多端直流输电系统具有低损耗、控制和运行方式灵活等优点,已经成为未来直流输电系统的主流方式。不同于伪双极输电系统,该系统在接入潮流控制器后,系统的潮流变化更加复杂,用于计算伪双极潮流分布的方法将不再适用该系统。针对以上问题,以电压型直流潮流控制器为例,在考虑站级控制的情况下推导了含潮流控制器的真正双极性直流电网潮流计算方法,通过引入等效电阻模型,避免了大量计算节点的引入。最后,将算法结果与PSCAD/EMTDC平台中搭建的张北柔性直流输电工程的仿真算例结果进行对比,验证了该算法的可行性与准确性,同时也验证了潮流控制器在真双极系统中的潮流控制能力。     

真双极直流配电网有功-电压分布式二级控制策略

采用下垂控制的真双极直流配电网存在负荷分配不合理以及正负极电压不平衡问题,导致换流器利用率降低、额外损耗增加,并且影响系统稳定性。为了实现负荷合理分配以及抑制正负极电压不平衡,提出了一种真双极直流配电网有功-电压分布式二级控制策略。该策略按照第二级控制功能将电压源换流器(VSC)分类,交换相邻VSC间的信息。在此基础上,逐步迭代得到相应的功率和电压收敛值,并计算得到电压调节量。由此进一步改变下垂控制参考电压值,从而实现负荷的合理分配以及抑制电压不平衡。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了真双极直流配电网模型,仿真结果验证了该策略的有效性和可靠性。     

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。     

考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流

在直流固态断路器的实际应用中发现,其通态压降将对低压直流配电网的系统潮流产生不可忽略的影响。因此,文中对考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流(OPF)问题进行研究,建立了只包含连续变量的直流固态断路器稳态模型,从而可以方便地使用现有方法对该问题进行求解。通过RT-Lab仿真实验和对不同电压等级直流配电网的潮流分析可知,对于低压直流配电网而言,直流固态断路器的通态压降不可忽略,否则将导致较大的电压、功率计算误差,严重时将影响系统运行安全。此外,基于RT-Lab仿真平台,分别在考虑和不考虑断路器通态压降的情况下,对低压直流配电网OPF指令的控制效果给予验证。仿真结果表明,在低压直流配电网OPF中,考虑直流固态断路器的通态压降是必要的,并且所得到的指令可较为可靠地控制系统状态使其维持在可行域范围内。     

基于连续潮流模型的直流配电网负荷裕度分析

直流配电网由于能灵活接纳分布式电源和直流负荷,是未来智能配电网的发展趋势。随着直流配电网中负荷需求的不断增加,系统会由于静态电压失稳而崩溃。因此,研究直流配电网的负荷裕度对保障系统安全可靠运行至关重要。该文首先建立直流配电网的潮流模型,并将含双有源桥DC-DC变换器的潮流模型嵌入到直流配电网潮流模型中,提出了基于连续潮流法的直流配电网负荷裕度计算方法。通过两类典型的拓扑结构的直流配电网仿真,结果表明直流配电网在减小网络损耗和提高供电能力方面明显优于交流配电网,而且DC-DC变换器变比增加有助于负荷裕度提升。     

考虑不同接线方式的多电压等级直流配电网潮流计算方法

直流配电网潮流分析是直流配电系统设计、运行、维护的基础。传统直流潮流计算方法无法满足控制方式更加灵活、运行方式更加多样、负荷类型更加丰富的多电压等级直流电网的潮流计算需求。为此,提出了在不同接线方式下的多电压等级直流配电网潮流算法,首先考虑AC/DC换流器以及DC/DC直流变换器多种控制方式,建立了统一的潮流控制方程。其次研究了AC/DC换流器及DC/DC直流变换器在不同接线方式下的潮流计算模型并重点分析了不同类型直流负荷在真双极、伪双极网络中的潮流方程的构建方法,进而给出了不平衡网络潮流方程的求解步骤与方法。最后以国家重点研发计划苏州两端电压源变换器(voltage source converter,VSC)多电压等级直流配电网示范工程为算例,验证在不同控制方式下文中所提的多电压等级直流潮流算法的有效性。     

基于停运连续潮流和双向潮流追踪的潮流解恢复控制方法

针对导致潮流方程无解的支路型故障,提出了一种基于潮流追踪的潮流解恢复控制策略。首先将故障支路用支路两端节点的等值功率源替代,从网络中移去故障支路。减小等值功率直到极限点,极限点处剩余的等值功率量是超出故障后网络传输能力的功率量,将其作为控制裁减量。然后采用潮流追踪算法,将所得裁减量向发电机和负荷节点分配,以确定减负荷和减发电的节点以及各自的裁减量。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

线间潮流控制器建模及潮流优化方法

线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)作为第3代柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)的代表性设备,具有强大的潮流调控能力。而IPFC的引入,会增加潮流优化(optimal power flow,OPF)问题的非凸性,导致其难以被准确、快速求解。为解决传统IPFC模型中等效电压源相角对应约束难以被凸化的问题,该文基于注入功率变量重新构造了IPFC的等效约束,并进一步利用数学变形、近似处理、二进制展开技术,对该模型进行凸化处理,将含IPFC的OPF问题从高度非凸的优化问题转化为混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MISOCP)问题。最终,在仿真算例中完成近似误差分析,并利用Matlab/Gurobi求解MISOCP模型。结果表明,所提优化方法计算精度高,求解速度快,显著降低了系统发电成本,可为综合型FACTS的在线优化调控提供理论和技术支撑。     

直流潮流与交流潮流的对比分析

直流潮流因其具有线性表达和快速性而被广泛用于电力系统日前发电计划安全校核、电力市场阻塞管理、安全约束机组组合以及经济调度等场合。但是与交流潮流相比,其结果的误差及其与网络结构、运行状态的关系尚未得到深入分析。对IEEE多个测试系统和福建电网算例做了大量数值仿真,给出了误差的量化指标,并对误差与电压标准差、网络元件电抗电阻比及负荷状态等因素之间的关系进行了详细分析。研究表明对于电抗电阻比大于4且电压标准差值小于0.02的网络,采用直流潮流误差较小。     

基于动态潮流方程的连续潮流模型与方法

连续潮流法(continuation power flow,CPF)是静态电压稳定分析的一个基本工具。针对常规连续潮流法在处理不平衡功率上的不足,建立基于动态潮流方程的连续潮流模型,称之为动态连续潮流模型(dynamic continuation power flow,DCPF)。作为一种系统化的方法,DCPF合理地分配了系统不平衡功率,解决了常规连续潮流计算结果依赖于平衡节点选择的问题,提高了电压稳定评估的精度。IEEE-39节点和实际省级电网的算例结果表明:动态连续潮流模型计算结果不依赖于平衡节点的选择,计算速度可满足在线运行的需要。     

计及线路电阻随温度变化影响的电力系统最优潮流

传统最优潮流(OPF)虽然将电网的经济性、安全性和电能质量进行了很好的统一,但在其数学模型中,仅考虑了电网线路的电气模型,而忽略了实际情况下线路的电热耦合关系,因此采用传统OPF计算结果作为实际电网调度运行的参考有着较大的偏差。在电热协调理论的基础上,根据线路温度和线路电阻之间的电热联系,建立了考虑电热耦合关系的温度OPF模型。此外,为进一步提高算法的计算效率,对电、热模型进行解耦计算,然后基于内点法进行求解。最后,通过对IEEE 5节点系统,MATPOWER中的Case 30、Case 2736、Case 3012节点系统以及一个实际1856节点系统进行仿真测试,验证了该模型和算法的有效性与正确性。     

基于统一潮流控制器（UPFC）的电力系统稳态潮流控制的模型和算法

本文在分析统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）的基础上，导出了ＵＰＦＣ的潮流控制模型，提出了易于同常规ＰＱ分解潮流计算相结合的算法。算例表明，该方法能有效地用于分析ＵＰＦＣ对潮流控制作用，且具有较好的收敛性     

利用等相角线的电网潮流转移分析与潮流控制

为提升大电网运行水平,加强调度员对电网结构的认知,提出了利用等相角线的潮流转移分析和潮流控制方法。该方法利用直流潮流的基本观点,依据相角线的高低对大电网进行送受端划分,并将复杂的电网结构简化为上下级通道关系,通过分析得出等相角线的一般性结论:处于相近的等相角线上的传输通道之间的转移较大,低位相角线区域(下级电网)对高位相角线区域(上级电网)可进行事故支援。华东区域某省级电网重载断面算例表明:等相角线的一般性结论在大电网中适用性较强,对于分析故障后潮流转移,采取合理的控制措施提供了依据,提高了调度员编制事故预案和进行事故处理的能力。     

潮流和最优潮流分析中FACTS控制器的建模

综述了最近FACTS控制器的数学模型在电力系统潮流和最优潮流分析中的新进展.不仅讨论了单换流器FACTS控制器,如静止同步并联补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC);而且也讨论了多换流器FACTS控制器,如统一潮流控制器(UPFC)、相间功率控制器(IPFC)、通用统一潮流控制器(GUPFC)和电压源型直流输电(VSC HVDC).此外还讨论了基于电压源换流器技术的HVDC的数学模型.不仅涵盖FACTS控制器的单相数学模型,而且也涉及FACTS控制器的三相数学模型.此外,还探讨了多换流器FACTS控制器的电流、电压以及功率等不等约束在潮流计算中的数学模型及计算机实现.     

一种基于直流法潮流的快速潮流计算方法

直流法潮流在交流潮流模型的基础上根据实际电网特点做出合理假设,在确保较高准确率的情况下大大简化了潮流计算过程。提出了一种基于直流法潮流的快速潮流计算方法,可通过手工计算快速得到计算结果,可应用于电网规划设计、运行方式安排及调度操作等。通过实际电网算例证明,该方法计算简便快速,在对电网进行合理简化的基础上该算法的计算精度一般可达90%以上,完全可以满足工程计算的要求。     

单相供电网络潮流计算

低压配电系统中．居民用户普遍采用单相供电,即从配变低压侧引出相线和零线对用户进行供电的方式。由于单相供电网络中一个地理节点包含两个电气节点,而且支路中包含相线和零线,即单相供电是以零线为电流返回通路,因此单相供电网络不宜采用对称系统的潮流计算方法。针对该问题,以地理节点为处理单元,建立了单相供电网络模型。该模型包括支路模型和地理节点注入电流计算模型两部分,支路模型计及了相线和零线之间的互感,地理节点注入电流计算模型计及了零线重复接地。以此为基础,实现了前推回代算法。采用的模型和方法直接对地理节点进行处理,而不用考虑地理节点中电气节点的细节,不用重新编号。最后,以一个11地理节点的测试系统为算例验证了模型的有效性和准确性以及潮流算法的快速性。