一種基于下垂控制的交直流配電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計算方法，具體地說是一種基于下垂控制的交直 流配電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計算方法，屬于配電系統(tǒng)潮流計算技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，日益增長的高密度負(fù)荷使得傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)遇到了諸 多發(fā)展瓶頸。交流配電網(wǎng)將面臨線路損耗大、供電走廊緊張，以及電壓瞬時跌落、電壓波動、 電網(wǎng)諧波、三相不平衡現(xiàn)象加劇等一系列電能質(zhì)量問題。相關(guān)研究表明，直流配電網(wǎng)在輸送 容量、可控性以及提高供電質(zhì)量等方面具有比交流配電網(wǎng)更好的性能。采用直流配電技術(shù) 不僅可以在相同絕緣等級、相同電流密度情況下，提高供電容量，還可以快速獨立地控制有 功、無功，保持供電電壓穩(wěn)定，并且能夠有效隔離交流電網(wǎng)故障，能夠滿足用戶越來越高的 電能質(zhì)量要求。同時，直流配電網(wǎng)也為清潔能源、儲能電站提供了良好的接入條件。直流配 電網(wǎng)系統(tǒng)的研究具有重要的社會意義和廣泛的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外柔性交直流配電網(wǎng) 及其工程化應(yīng)用的研究均處于起步階段，還存在大量的理論與技術(shù)問題有待解決。
[0003] 隨著分布式發(fā)電技術(shù)的日益發(fā)展，越來越多的分布式電源接入導(dǎo)致配電網(wǎng)中存在 多個供電電源點，為達(dá)到多電源參與功率調(diào)節(jié)的目的，下垂控制被應(yīng)用到換流器的控制系 統(tǒng)中，而在交直流配電系統(tǒng)中下垂控制的應(yīng)用還存在諸多需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于下垂控制的交直流配電網(wǎng)系統(tǒng)潮流 計算方法，通過避免潮流解偏離下垂曲線較大導(dǎo)致潮流不收斂的問題，能夠有效提高潮流 計算在目前實際電網(wǎng)以及未來大電網(wǎng)的實用化水平。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種基于下垂控制的交直流配電網(wǎng)系 統(tǒng)潮流計算方法，其特征是，包括以下步驟：
[0006] (1)進(jìn)行下垂曲線的初始化計算；
[0007] (2)直流配電系統(tǒng)采用牛頓算法更新直流功率；
[0008] (3)根據(jù)更新后的直流功率求解交流配電系統(tǒng)中節(jié)點電壓方程，將下垂特性引入 到交流配電系統(tǒng)中；
[0009] (4)判斷交流潮流和直流潮流是否收斂，如果不收斂則轉(zhuǎn)入步驟（2)繼續(xù)進(jìn)行迭 代計算，直至交流潮流和直流潮流同時收斂為止，同時輸出結(jié)果。
[0010] 進(jìn)一步地，在步驟（1)中，將換流器視作直流電壓-無功功率控制模式，進(jìn)行下垂 曲線的初始化計算。
[0011] 進(jìn)一步地，在步驟（2)中，直流配電系統(tǒng)采用下垂控制的換流器納入雅可比矩陣 進(jìn)行統(tǒng)一迭代計算來修正電壓，并根據(jù)下垂曲線更新直流功率。
[0012] 進(jìn)一步地，在步驟（3)中，在交流配電系統(tǒng)中換流器取更新后的直流功率，采用高 斯算法將換流器視作有功功率-無功功率節(jié)點納入節(jié)點電壓方程統(tǒng)一迭代計算，將下垂特 性引入到交流配電系統(tǒng)中。
[0013] 更進(jìn)一步地，所述進(jìn)行下垂曲線的初始化計算的過程包括以下步驟：
[0014] 11)將換流器視作Udc-Q節(jié)點進(jìn)行一次潮流計算，即將直流電壓Udc和無功功率Q 作為已知量，求解有功功率、交流電壓，其中Udc取給定的直流電壓參考值Udcref ;
[0015] 12)所有節(jié)點電壓滿足
則直流潮流收斂后，其中，t^+1>為第i個 節(jié)點第k+Ι次迭代直流電壓的計算結(jié)果，[/以為第i個節(jié)點第k次迭代直流電壓的計算結(jié) 果，ε d。為給定的允許誤差；
[0016] 直流潮流收斂后，計算采用下垂控制的換流器節(jié)點直流功率
取直流功率參考值Pref = Pdcm，其中，Pdail為第m個換流器的功率， Udail為第m個換流器的直流電壓，j e m表示該節(jié)點與第m個換流器相連，U j為與換流器相 連的其他節(jié)點電壓，Gnu為與換流器相連的節(jié)點電導(dǎo)，η表示共有η個直流節(jié)點；
[0017] 13)結(jié)合換流器給定下垂曲線的K、Udcref以及Pref確定下垂曲線，下垂曲線的 表達(dá)式為
式中K為下垂系數(shù)，Udcref為直流電壓參考值，Pref為 直流功率參考值，Pdc為換流器直流功率。
[0018] 考慮到牛頓法對初值的敏感性，本發(fā)明采用了基于Udc-Q節(jié)點的下垂曲線初始化 處理方法，即考慮到直流系統(tǒng)沒有無功功率的傳輸，先將換流器當(dāng)作Udc-Q節(jié)點進(jìn)行一次 計算，將直流潮流收斂后的有功功率作為參考值，由此確定下垂曲線，避免了潮流解偏離下 垂曲線較大導(dǎo)致潮流不收斂的問題。
[0019] 更進(jìn)一步地，所述直流配電系統(tǒng)采用牛頓算法更新直流功率的過程包括以下步 驟：
[0020] 21)計算雅可比矩陣及節(jié)點功率差，形成如式（1)所示的修正方程：
[0022] 式中，APf ΔΡη為各節(jié)點的功率差，由各節(jié)點的電源注入功率減去負(fù)荷吸收功 率計算得出；Ui~U "為各節(jié)點電壓，Δ U Δ U η為各節(jié)點電壓殘差，為待求變量；N η~N ηιη 為雅可比矩陣元素，
[0023] 對于考慮下垂控制的換流器節(jié)點采用式（2)進(jìn)行計算，對于其他一般性節(jié)點采用 式⑶進(jìn)行計算：

[0026] 式中，G11為i節(jié)點的自電導(dǎo)，G u為i節(jié)點與j節(jié)點之間的互電導(dǎo)；
[0027] 22)求解式（1)修正方程，求出各節(jié)點電壓殘差A(yù)U1- AUn，修正各節(jié)點直流電壓
為第i個節(jié)點第k+Ι次迭代直流電壓的計算結(jié)果，
為第i個節(jié) 點第k次迭代直流電壓的計算結(jié)果；
[0028] 23)根據(jù)下垂曲線
更新?lián)Q流器直流功率
[0029] 本發(fā)明采用牛頓法對直流系統(tǒng)進(jìn)行求解，將采用下垂控制的換流器納入到系統(tǒng)修 正方程中統(tǒng)一迭代，提高了算法的收斂性。
[0030] 更進(jìn)一步地，所述求解交流配電系統(tǒng)中節(jié)點電壓方程的過程包括以下步驟：
[0031] 31)忽略損耗的情況下更新交流功率，取換流器交流功率
[0032] 32)計算換流器節(jié)點注入電流
為換流器第 k+Ι次迭代電流計算結(jié)果，?/，為換流器第k次迭代電壓計算結(jié)果；
[0033] 33)將換流器節(jié)點統(tǒng)一到交流配電系統(tǒng)節(jié)點電壓方程
求解，其中， Ya"為交流配電系統(tǒng)第i節(jié)點的導(dǎo)納，不隨迭代過程改變，
為交流配電系統(tǒng)第i節(jié)點的 第k+Ι次電壓迭代計算結(jié)果，為代求量，以廣為交流配電系統(tǒng)第i節(jié)點的第k+Ι次電流計算 結(jié)果。
[0034] 本發(fā)明采用高斯算法對交流系統(tǒng)進(jìn)行求解，在換流器功率更新時，通過取換流器 直流功率，將換流器的下垂特性引入到交流系統(tǒng)中。
[0035] 更進(jìn)一步地，所述判斷交流潮流和直流潮流是否收斂的過程包括以下步驟：
[0036] 41)判斷方程各節(jié)點電壓
是否成立，如果
成立則 直流配電系統(tǒng)潮流收斂，（乃),+11為第i個節(jié)點第k+Ι次迭代直流電壓的計算結(jié)果，以為第 i個節(jié)點第k次迭代直流電壓的計算結(jié)果，ε d。為給定的允許誤差；
[0037] 42)判斷方程
是否成立，如果成立則交流配電系統(tǒng)潮流收斂，其 中，為交流配電系統(tǒng)第i節(jié)點的第k+Ι次電壓迭代計算結(jié)果/為交流配電系統(tǒng)第 i節(jié)點的第k次電壓迭代計算結(jié)果，ε a。是給定的交流潮流迭代誤差；
[0038] 43)如果直流配電系統(tǒng)潮流或交流配電系統(tǒng)潮流不收斂則返回直流潮流求解繼續(xù) 進(jìn)行迭代計算，直至交流潮流和直流潮流同時收斂為止，同時輸出結(jié)果。
[0039] 通過對交流潮流和直流潮流的收斂判據(jù)進(jìn)行判定，只有交直流同時收斂才停止計