本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合雙饋入直流系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)域的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
基于電網(wǎng)換相換流器型高壓直流輸電(linecommutatedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，lcc-hvdc)已被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電場(chǎng)合，而基于電壓源換流器型高壓直流輸電(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，vsc-hvdc)技術(shù)近年來發(fā)展迅速。vsc-hvdc具有有功無功功率獨(dú)立控制、不依賴交流系統(tǒng)運(yùn)行等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將vsc-hvdc引入多饋入直流輸電系統(tǒng)中，組成混合多饋入直流輸電系統(tǒng)以改善多饋入直流系統(tǒng)特性已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。
以一條lcc-hvdc與一條vsc-hvdc組成混合雙饋入直流系統(tǒng)為例，由于lcc-hvdc子系統(tǒng)與vsc-hvdc子系統(tǒng)之間電氣距離較近，兩者之間存在電氣耦合，vsc-hvdc子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)域受lcc-hvdc子系統(tǒng)的影響將發(fā)生變化，因此需計(jì)算不同工況下的混合雙饋入直流系統(tǒng)中vsc-hvdc子系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間，而如何快速有效的計(jì)算穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)域成為目前需要解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種混合雙饋入直流系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)域的計(jì)算方法，包括：
步驟一：確定vsc-hvdc子系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間允許交換的最大有功功率ps2max和最大無功功率qs2max，從而確定vsc-hvdc子系統(tǒng)的廣義運(yùn)行區(qū)間[-ps2max≤ps2≤ps2max,-qs2max≤qs2≤qs2max]，ps2、qs2分別為vsc-hvdc子系統(tǒng)的有功功率和無功功率；
步驟二：掃描廣義運(yùn)行區(qū)間內(nèi)vsc-hvdc子系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2),根據(jù)vsc-hvdc子系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)計(jì)算vsc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓幅值v2和相角δ2，根據(jù)計(jì)算得到的交流母線電壓v2∠δ2判斷運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)是否滿足vsc-hvdc子系統(tǒng)的潮流約束條件，如果滿足則進(jìn)入步驟三，否則掃描下一組運(yùn)行點(diǎn)；
步驟三：根據(jù)混合雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流方程組及vsc-hvdc運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)，求解特定混合雙饋入直流系統(tǒng)工況下的vsc-hvdc子系統(tǒng)輸出功率，并判斷vsc-hvdc子系統(tǒng)輸出的有功功率pd2和無功功率qd2是否滿足安全運(yùn)行約束，如果滿足則運(yùn)行點(diǎn)(pd2,qd2)為所求混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)，否則返回步驟二；
步驟四：判斷廣義運(yùn)行區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)是否已掃描完畢，如果掃描完畢則輸出所有滿足條件的vsc-hvdc運(yùn)行點(diǎn)(pd2,qd2)所組成的運(yùn)行區(qū)間即為所求的混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間，否則返回步驟二。
所述安全運(yùn)行約束包括：換流器電流約束、調(diào)制比約束、電壓偏移約束。
本發(fā)明的有益效果在于：針對(duì)混合雙饋入直流系統(tǒng)提出了一種確定其柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)域的計(jì)算方法，可快速、有效地計(jì)算確定不同工況下vsc-hvdc子系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域。
附圖說明
圖1為確定混合雙饋入直流系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)區(qū)域的計(jì)算方法流程圖。
圖2為混合雙饋入直流系統(tǒng)模型示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說明。如圖1所示為本方法的流程圖。
(1)步驟一：確定vsc-hvdc子系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間允許交換的最大有功功率ps2max和最大無功功率qs2max，從而確定vsc-hvdc子系統(tǒng)的廣義運(yùn)行區(qū)間[-ps2max≤ps2≤ps2max,-qs2max≤qs2≤qs2max]，其中：
其中v2為vsc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓模值；vs2為交流系統(tǒng)2等值電動(dòng)勢(shì)，zs2為交流系統(tǒng)2等值阻抗，xs2、rs2為交流系統(tǒng)2等值電抗和等值電阻。
(2)步驟二：掃描廣義運(yùn)行區(qū)域內(nèi)vsc-hvdc子系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2),根據(jù)vsc-hvdc子系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)計(jì)算vsc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓幅值v2和相角δ2，根據(jù)計(jì)算得到的交流母線電壓v2∠δ2判斷運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)是否滿足vsc-hvdc子系統(tǒng)的潮流約束條件，具體過程如下：
根據(jù)vsc-hvdc子系統(tǒng)注入交流系統(tǒng)的有功功率ps2和無功功率qs2，并將交流母線電壓表示為v2∠δ2＝v2d+jv2q，則交流母線電壓v2∠δ2與交流系統(tǒng)電壓vs2∠α2之間的關(guān)系根據(jù)可表示為：
由式(3)可計(jì)算得到交流母線電壓的d軸分量和q軸分量：
vsc-hvdc子系統(tǒng)向交流系統(tǒng)饋入的功率需滿足潮流約束：
如果滿足潮流約束條件則進(jìn)入步驟三，否則返回步驟二；
(3)步驟三：根據(jù)圖2所示混合雙饋入直流系統(tǒng)模型潮流分布及混合雙饋入直流系統(tǒng)已知條件求解vsc-hvdc子系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蕄d2和無功功率qd2，具體過程如下：
根據(jù)圖2可列出混合雙饋入直流系統(tǒng)潮流方程：
其中pd1,qd1為lcc-hvdc子系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率，當(dāng)lcc-hvdc整流側(cè)定直流電流控制器保持直流電流id1為idref，逆變側(cè)定關(guān)斷角控制器維持關(guān)斷角γ為γref時(shí)，lcc-hvdc子系統(tǒng)輸出的功率可表示為:
其中ud10為lcc閥側(cè)理想空載電壓，t1為lcc換流變壓器變比，n為lcc換流站每極中6脈動(dòng)換流器數(shù)。
pc1,qc1和pc2,qc2分別為lcc無功補(bǔ)償裝置和vsc交流濾波器上消耗的有功功率和無功功率，可表示為：
式中zc1,θc1和zc2,θc2分別為lcc無功補(bǔ)償裝置和vsc交流濾波器的等值阻抗和等值阻抗角。
lcc-hvdc子系統(tǒng)向交流系統(tǒng)1傳輸?shù)墓β蕄s1,qs1可表示為：
式中zs1,θs1為交流系統(tǒng)1的等值阻抗和等值阻抗角，vs1，α1為交流系統(tǒng)1等值電動(dòng)勢(shì)的幅值和相角，v1,δ1為lcc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓幅值和相角。
vsc-hvdc子系統(tǒng)向交流系統(tǒng)2傳輸?shù)墓β蕄s2,qs2可表示為：
式中zs2,θs2為交流系統(tǒng)2的等值阻抗和等值阻抗角，vs2，α2為交流系統(tǒng)2等值電動(dòng)勢(shì)的幅值和相角，v2,δ2為vsc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓幅值和相角。
聯(lián)絡(luò)線上lcc-hvdc向vsc-hvdc傳輸?shù)挠泄β蕄tie1和無功功率qtie1可表示為：
式中ztie,θs2為聯(lián)絡(luò)線等值阻抗和等值阻抗角。
聯(lián)絡(luò)線上vsc-hvdc向lcc-hvdc傳輸?shù)挠泄β蕄tie2和無功功率qtie2可表示為：
vsc-hvdc傳輸?shù)墓β蕄d2，qd2又可表示為：
其中xeq為vsc-hvdc等效電抗，對(duì)于mmc-hvdc系統(tǒng)xeq＝xt2+xl0/2，其中xl0為橋臂串聯(lián)電抗；uc和δc為vsc換流器輸出電壓的幅值和相角。
將式(13)代入式(6)，并根據(jù)已知條件：1)混合雙饋入直流系統(tǒng)中vsc-hvdc子系統(tǒng)所連接的交流系統(tǒng)2等值電動(dòng)勢(shì)vs2∠α2已知；2)混合雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)保持lcc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓v1幅值為額定值v1n；3)vsc-hvdc子系統(tǒng)向交流系統(tǒng)饋入的功率(ps2,qs2)已知；4)假設(shè)聯(lián)絡(luò)線上傳輸?shù)挠泄β蕄tie1(或無功功率qtie1)已知，可求解得到vsc-hvdc子系統(tǒng)輸出功率pd2和qd2，并判斷vsc-hvdc子系統(tǒng)輸出的有功功率pd2和無功功率qd2是否滿足安全運(yùn)行約束：
1)電壓偏移約束
為保證vsc-hvdc子系統(tǒng)交流母線電壓在允許的偏移范圍之內(nèi)，交流母線電壓幅值v2需滿足：
v2min≤v2≤v2max(13)
其中v2min一般取0.95pu，v2max一般取1.05pu。
2)換流器電流約束
vsc-hvdc的運(yùn)行區(qū)域需考慮vsc換流器允許的過電流能力，即滿足換流器電流約束條件：
其中imax為vsc換流器允許流過的最大電流。
3)調(diào)制比約束
對(duì)于采用最近電平逼近調(diào)制方法的mmc-hvdc系統(tǒng)，為防止系統(tǒng)工作在過調(diào)制區(qū)，mmc換流器輸出電壓vc還需滿足調(diào)制比約束：
式中ud2為vsc-hvdc子系統(tǒng)直流電壓。
如果滿足安全運(yùn)行約束則運(yùn)行點(diǎn)(pd2,qd2)為所求混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)，否則返回步驟二。
(4)步驟四：判斷廣義運(yùn)行區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)(ps2,qs2)是否已掃描完畢，如果掃描完畢則輸出所有滿足條件的vsc-hvdc運(yùn)行點(diǎn)(pd2,qd2)所組成的運(yùn)行區(qū)間即為所求的混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中柔性直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間，否則返回步驟二。
上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。