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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

含LCC-HVDC的交直流混联电网统一谐波状态估计方法

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的大量应用使交直流混联电网谐波与谐振问题日益突出。谐波状态估计是电网谐波治理的前提,但是现有研究主要着眼于交流电网,即使考虑直流系统,也仅将其视为谐波电流源,不能实现计及交直流系统间谐波相互作用的统一谐波状态估计。为此,基于广域宽频同步监测系统,首先将含LCC-HVDC的交直流混联电网视为一有机整体,建立其统一谐波状态估计模型,有效地反映交直流系统间的谐波相互耦合关系;其次,提出计及经济性、冗余度和鲁棒性的宽频同步相量测量单元综合优化配置模型及其分阶段求解方法,提高了优化配置的科学性和计算效率;再次,采用抗差最小二乘法,求解含LCC-HVDC的交直流混联电网的统一谐波状态估计值;最后,基于PSCAD/EMTDC建立了交直流混联电网仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。     

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。     

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。     

交直流互联系统节点PV曲线的求取

针对交直流互联系统电压稳定性的计算问题,给出了交直流互联系统各节点PV曲线的求取方法。该算法采用基于统一迭代法的连续潮流法,在临界点附近采取缩小步长的策略,可以精确求出整个PV曲线并得到精确临界点。研究了负荷和发电机出力的不同变化方式及各种直流控制方式对PV曲线的影响等问题,并做了系统实例计算。计算结果表明,文中提出的算法能快速完整地得到交直流互联系统PV曲线。     

最优乘子法及其在交直流电网潮流计算中的应用

最优乘子法具有收敛可靠性高,能较好处理病态潮流,潮流无解时能给出最小二乘解等优点,在实际电力系统中得到广泛应用。在推导最优乘子法求解二次方程组的原理的基础上,基于直角坐标系建立了电压源换流器的稳态等效模型,从而将交直流电网潮流计算问题转换为二次方程组的数值求解问题,实现了潮流计算模型与计算方法的解耦,降低了潮流计算代码实现的复杂性。针对大规模交直流电网潮流计算收敛困难问题,提出了含多平衡机及多机联合调压的潮流计算统一迭代模型以改善大规模交直流电网潮流计算的收敛性。通过对含厦门柔性直流输电工程的福建电网某运行方式进行仿真计算,验证了所提模型的正确性及方法的有效性。     

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。     

基于交直流关联最小雅可比矩阵结构的潮流算法

随着直流输电比例的不断增加,以交流输电为主的电网,其潮流计算必将考虑直流输电影响以及交直流关联的机制等基础问题。为此,文中根据直流输电单元的物理方程,以及其不同控制方式间的相通性,在潮流计算中增加直流输电单元的直流电流作为状态变量,以实现直流输电单元与交流(整流、逆变)系统的有机关联。由此建立交直流混合潮流模型,并基于牛顿法进行求解。该研究在力求保留交直流潮流关联机制前提下,使雅可比矩阵维数最小,实现交直流潮流关联机制的直接可观,为评价或调控交直流混合电网提供基础工具。以22节点系统为例,验证了所提算法的有效性。     

一种求解交直流互联电网分布式最优潮流的同步ADMM方法

对于具有多个调度中心的大规模多区域交直流互联电网,对最优潮流计算进行分布式求解更符合信息的保密性和安全性需求。通过将联络线复制同时放到相邻分区中和引入边界变量一致性约束的方法建立交直流互联电网分布式最优潮流模型,并提出了一种完全分布式的不需要任何协调中心的同步交替方向乘子法(Synchronous Alternating Direction Method of Multipliers,SADMM)求解最优潮流模型。对于交直流系统直流部分的网络分区,提出将换流站保留在各自区域中只将中间直流线路复制的直流联络线处理方法。SADMM通过对高斯赛德尔型ADMM(GS-ADMM)进行改进,将当前迭代得到的相邻区域边界节点电压值的加权平均作为下一次迭代的固定参考值,实现不同区域间的并行同步计算。并根据优化问题的特点,确定算法中惩罚因子的合理取值,以加快算法的收敛性。以某一实际大规模交直流互联电网和两个修改的IEEE交直流系统为例,通过与集中式最优潮流计算比较,验证了所提算法的正确有效性。     

交直流混合电网仿真初始化方法

为了提高大规模交直流混合电网的初始化稳定收敛速度,采用人工神经网络拟合复杂的阻抗、谐波、控制特性,然后将其嵌套进基于改进节点法的三相基波潮流计算框架中进行迭代修正。为了提高大规模交直流混合电网的初始化效率,提出了基于多端口等值的并行初始化计算方法。分别采用含光伏电站的IEEE 33节点和330节点交直流混合电网算例进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

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。