本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及交直流網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一求解的擴展支路建模方法，特別是涉及一種基于擴展支路模型的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)建模方法。

背景技術(shù)：

隨著直流網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，大功率電力電子器件在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，交直流互聯(lián)的趨勢越來越緊迫，電壓源型換流器(vsc)由于能靈活控制所在點的電壓幅值、相位，進(jìn)而控制系統(tǒng)有功和無功，已經(jīng)成為新一代的柔性直流輸電技術(shù)，是近年來眾多學(xué)者研究的熱點。隨著電壓源型換流器(vsc)及基于vsc的并聯(lián)型直流電網(wǎng)的不斷發(fā)展,未來電網(wǎng)會形成含vsc的多直流母線、多直流聯(lián)絡(luò)線和多直流負(fù)荷的交直流網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也將變得越來越復(fù)雜。與此同時，交直流網(wǎng)絡(luò)的求解問題也成為了一個新的難點，在分析交直流網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)運行、設(shè)計相應(yīng)控制方式和研究配備相關(guān)保護(hù)裝置時，就得同時考慮到交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)，并且要考慮到二者之間的耦合關(guān)系。當(dāng)前，純交流系統(tǒng)的求解方法和理論已經(jīng)較為成熟，相比之下,交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)特別是含電壓源換流器的交直流混聯(lián)系統(tǒng)的求解算法卻沒有發(fā)展到相同的高度。當(dāng)系統(tǒng)中含有直流網(wǎng)絡(luò)時，在描述全系統(tǒng)的非線性代數(shù)方程中就包含了與直流有關(guān)的變量，這樣，傳統(tǒng)的交流網(wǎng)絡(luò)求解方法就不能直接應(yīng)用于交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在大多數(shù)文獻(xiàn)中在求解含vsc的交直流混聯(lián)系統(tǒng)時多采用交流網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)交替求解的方法，將直流系統(tǒng)方程和交流系統(tǒng)方程分別進(jìn)行求解，該算法一般根據(jù)vsc換流站的不同控制方式在交流側(cè)和直流側(cè)解耦等效,先進(jìn)行直流電網(wǎng)潮流迭代,后進(jìn)行交流電網(wǎng)潮流迭代,二者交替計算直至直流電網(wǎng)、換流站和交流電網(wǎng)全部收斂。這種交直流網(wǎng)絡(luò)交替迭代的方法，整個求解過程會比較繁瑣，也很容易出錯。

綜上所述，對于交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，目前還缺少一種統(tǒng)一計及電壓源換流器(vsc)的交直流建模和求解的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對當(dāng)前含電壓源換流器(vsc)的交直流混合電網(wǎng)不能統(tǒng)一求解問題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案。

一種基于擴展支路模型的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)建模方法，包括以下步驟：

1)建立所述交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等值數(shù)學(xué)模型，所述模型包括交流網(wǎng)絡(luò)等值電路、直流網(wǎng)絡(luò)等值電路和電壓源換流器vsc等值電路；

要根據(jù)實際運行電網(wǎng)，建立交流網(wǎng)絡(luò)、直流網(wǎng)絡(luò)和電壓源換流器(vsc)的等值電路模型，并收集電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，所述電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)元件參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和負(fù)荷信息；

2)根據(jù)所得到的交流網(wǎng)絡(luò)等值電路圖，用支路數(shù)據(jù)(支路功率、支路電流等)建立交流支路模型。

圖2所示是網(wǎng)絡(luò)中一個基本交流網(wǎng)絡(luò)支路的模型，交流支路ij流過的電流和該交流支路兩端電壓需滿足歐姆定律，即存在如下關(guān)系：

交流支路中流過的功率定義為：

交流網(wǎng)絡(luò)功率平衡方程為：

式(3)中，si表示節(jié)點i的注入功率(負(fù)荷功率減去發(fā)電機功率)。

3)根據(jù)所得到直流網(wǎng)絡(luò)等值電路圖，用支路數(shù)據(jù)建立直流支路模型，

圖3所示是網(wǎng)絡(luò)中一個基本的直流支路模型，同交流支路模型，網(wǎng)絡(luò)中直流支路ij流過的電流iij,iji和該直流支路兩端電壓vi,vj也需滿足歐姆定律：

直流支路中流過的功率定義為：

直流網(wǎng)絡(luò)功率平衡方程為：

4)在所得到的vsc換流器等值電路圖中，用支路數(shù)據(jù)(支路功率、支路電流等)建立vsc支路模型如下：

圖4為本發(fā)明電壓源換流器的等值電路圖，其中包括接入交流側(cè)網(wǎng)絡(luò)的換流電壓器、相電抗器、交流濾波器等，直流側(cè)網(wǎng)絡(luò)等值電壓源和連接交直流網(wǎng)絡(luò)的換流器的等值電路，交流系統(tǒng)接入換流器的端口電壓為us∠δs；換流變壓器后節(jié)點的電壓為uf∠δf，vsc換流站的等值交流側(cè)電壓為uc∠δc；換流變壓器等效阻抗為zt；換流器內(nèi)部等效阻抗為zc，交流系統(tǒng)注入換流變壓器的功率為ps+jqs，換流橋交流側(cè)輸出的功率為pc+jqc，換流器注入直流系統(tǒng)的功率為pdc。直流系統(tǒng)中的電流電壓分別為udc、idc。

圖5為本發(fā)明vcs支路模型圖，其中，vsc支路連接交流網(wǎng)絡(luò)中的交流節(jié)點a和直流網(wǎng)絡(luò)中的直流節(jié)點b，節(jié)點a左側(cè)是交流支路，節(jié)點b右側(cè)是直流支路，換流器內(nèi)部損耗由阻抗等效，則vsc支路模型應(yīng)滿足的功率關(guān)系為：

pab＝pba(7)

5)由上述的交流支路、直流支路、vsc支路及相應(yīng)的參數(shù)和公式建立所述的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的擴展支路模型根據(jù)vsc等值電路圖建立vsc支路模型如圖5所示。所述交流支路連接兩個交流節(jié)點，所述直流支路連接兩個直流節(jié)點，所述vsc支路連接一個交流節(jié)點和一個直流節(jié)點，由vsc支路連接交流支路和直流支路，使整個網(wǎng)絡(luò)成為一個整體。

本發(fā)明提出的計及vsc的交直流混聯(lián)系統(tǒng)擴展支路建模方法中，通過交流支路、直流支路和vsc支路將整個網(wǎng)絡(luò)中的交流節(jié)點、直流節(jié)點連接到一起，形成一個整體，其中交流支路連接兩個交流節(jié)點，直流支路連接兩個直流節(jié)點，vsc支路連接一個交流節(jié)點和一個直流節(jié)點。這樣整個系統(tǒng)就包含三種支路(交流支路、直流支路、vsc支路)和兩種節(jié)點(交流節(jié)點和直流節(jié)點)，各支路均應(yīng)滿足歐姆定律和功率定義式，然后在交流節(jié)點和直流節(jié)點處滿足功率平衡方程，這樣一來，即可對整個系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一求解了。

本發(fā)明提出了一種基于擴展支路模型的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)建模方法，可用于處理基于vsc換流器的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一建模、統(tǒng)一求解的問題。

本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明提出的一種基于擴展支路建模的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)建模方法，充分考慮了當(dāng)前電壓源換流器vsc在系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛的實際情況，具有以下優(yōu)點：

(1)改變了傳統(tǒng)以節(jié)點建模時，必需根據(jù)電壓源換流器(vsc)的不同控制方式對vsc進(jìn)行節(jié)點等效的處理方法，而是把vsc當(dāng)成支路處理，分別連接交流節(jié)點和直流節(jié)點，這樣對vsc的處理就變得簡單了；

(2)由vsc支路連接交流支路和直流支路，整個系統(tǒng)就可以看成是一個整體，可以將交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一建模、統(tǒng)一求解，而不必再依靠傳統(tǒng)的交流網(wǎng)絡(luò)、直流網(wǎng)絡(luò)交替求解的方法。

(3)整個求解過程比傳統(tǒng)方法要簡潔。

本發(fā)明通過建立一種vsc支路模型，將交流網(wǎng)絡(luò)的交流支路和直流網(wǎng)絡(luò)的直流支路連接到一起，再加上一些需滿足的約束關(guān)系，電網(wǎng)就可以看成是一個簡單的由支路和節(jié)點所組成的一個有向圖，從而整個網(wǎng)絡(luò)可以看成一個整體進(jìn)行求解，而不必再考慮傳統(tǒng)的以節(jié)點建模方式中根據(jù)控制方式的不同vsc節(jié)點的不同等效節(jié)點類型的問題。交直流網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一求解也避免了交流網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)迭代求解時會出現(xiàn)的一些問題，簡化了整個求解過程。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的基于擴展支路建模的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)建模方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明交流支路模型圖。

圖3為本發(fā)明直流支路模型圖。

圖4為本發(fā)明電壓源換流器的等值電路圖。

圖5為本發(fā)明vcs支路模型圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于擴展支路建模的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)建模方法的流程示意圖。

所述的基于擴展支路建模的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)建模方法包括以下步驟：

s01建立所述交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等值電路，包括交流網(wǎng)絡(luò)等值電路、直流網(wǎng)絡(luò)等值電路和電壓源換流器vsc的等值電路；

s02在所得到的交流網(wǎng)絡(luò)等值電路圖中，用支路數(shù)據(jù)(支路功率、支路電流等)建立交流支路模型；

s03在所得到的直流網(wǎng)絡(luò)等值電路圖中，用支路數(shù)據(jù)建立直流支路模型；

s04在所得到的vsc換流器等值電路圖中，用支路數(shù)據(jù)建立vsc支路模型

s05由上述的交流支路、直流支路、vsc支路及相應(yīng)的參數(shù)、公式建立所述的交直流混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的擴展支路模型。

本發(fā)明提出的計及vsc的交直流混聯(lián)系統(tǒng)擴展支路建模方法中，通過交流支路、直流直流和vsc支路將整個網(wǎng)絡(luò)中的交流節(jié)點、直流節(jié)點連接到一起，形成一個整體，其中交流支路連接兩個交流節(jié)點，直流支路連接兩個直流節(jié)點，vsc支路連接一個交流節(jié)點和一個直流節(jié)點。這樣整個系統(tǒng)就包含三種支路(交流支路、直流支路、vsc支路)和兩種節(jié)點(交流節(jié)點和直流節(jié)點)，各支路均應(yīng)滿足歐姆定律和功率定義式，然后在交流節(jié)點和直流節(jié)點處滿足功率平衡方程，這樣一來，即可對整個系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一求解了。

其中，對于步驟s01，首先要根據(jù)實際運行電網(wǎng)，建立交流網(wǎng)絡(luò)、直流網(wǎng)絡(luò)和電壓源換流器(vsc)的等值支路模型，并收集電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)元件參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和負(fù)荷信息等。

對于步驟s02，根據(jù)所得到的交流網(wǎng)絡(luò)等值電路及收集的系統(tǒng)運行參數(shù)建立交流支路模型，所建立的交流支路兩端連接的都是交流節(jié)點，其中，交流支路ij流過的電流和該交流支路兩端電壓需滿足歐姆定律，即：

支路上流過的功率也應(yīng)滿足功率定義，即應(yīng)滿足：

然后在兩端的交流節(jié)點上應(yīng)滿足功率平衡方程，即：

對于步驟s03，根據(jù)所得到的直流網(wǎng)絡(luò)等值電路及收集的系統(tǒng)運行參數(shù)建立直流支路模型，所建立的直流支路兩端連接的都是直流節(jié)點，其中直流支路ij流過的電流iij,iji和該直流支路兩端電壓vi,vj也需滿足歐姆定律，即應(yīng)滿足：

支路上流過的功率也應(yīng)滿足功率定義，即：

在支路所連接的直流節(jié)點上也應(yīng)滿足功率平衡方程，即：

對于步驟s04，根據(jù)所得到的vsc等值電路及收集的系統(tǒng)運行參數(shù)建立vsc支路模型，所建立的vsc支路一端連接交流節(jié)點，一端連接直流節(jié)點，在交流節(jié)點和直流節(jié)點上應(yīng)分別滿足交流節(jié)點和直流節(jié)點的功率平衡方程，同時vsc支路還應(yīng)滿足有vsc本身特性帶來的功率關(guān)系，即還應(yīng)滿足：

pab＝pba(7)

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。