一种考虑电源负荷波动的交直流电网潮流计算分析方法

摘要

本发明属电力系统分析方法领域，是一种考虑电源负荷波动的交直流电网潮流计算分析方法。本发明包括：输入已知的网络数据：包括变换器个数，控制方式，交流网络个数，直流网络个数，每一网络中节点数，支路数，选取各个网络平衡节点，波动电源、负荷的位置及功率波动量的上下限值；获得电源、负荷波动的复仿射值形式等。本发明提供了一种考虑电源或负载波动性的潮流计算分析方法，该方法将变换器以及直流侧模型计入方案中，能够用于交直流混合系统详细的潮流计算中，并可定量的分析波动功率对潮流结果中各个量的影响程度，为设计及运行提供了有效信息，方案简单，结果精确。

权利要求

1.一种考虑电源负荷波动的交直流电网潮流计算分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入已知的网络数据：包括变换器个数，控制方式，交流网络个数，直流网络个数，每一网络中节点数，支路数，选取各个网络平衡节点，波动电源、负荷的位置及功率波动量的上下限值；

(2)获得电源、负荷波动的复仿射值形式：若电源、负荷功率波动的范围表示为复数形式：其中xr， 为有功功率波动的上下限值，xi，为无功功率波动的上下限值；

则对应的复仿射值为

其中 ε1,ε2为噪声元，取值范围[-

1,1]；

(3)求取交流电网潮流值：根据变换器控制方式，运用复仿射算法进行前推回代交流电网潮流计算；

(4)获得变换器的功率：根据步骤(3)中的计算结果，可获得 值，则变换器交流侧支路电流：其中 为节点功率复仿射值， 为节点电压复仿射值；

调制电压： 其中 为节点s与c之间的电压差；

变换器的功率：

直流侧功率:

其中 分别为交流侧、直流侧有功功率仿射值；

(5)求取直流电网潮流结果；

(5.1)设置各节点初始电压为额定电压：(5.2)若含环网，将环网解环，断点处补偿电流为 其中 为断点处节点电压，Rmn为端口阻抗；

(5.3)从末节点向首节点回推支路电流：其中 分别为节点功率、节点电压、直流电流仿射值；k为迭代次数；

(5.4)从首节点向末节点前推节点电压：其中R为支路电阻；

(5.5)终止条件：

当

其中 Ui，Um， Un， 分别是电压仿射值上下限，断点电压m，n上下限；

(6)获取调制系数: 其中(7)校验交流电网，直流电网潮流的终止条件，若满足终止条件，则转到下一步；若不满足，则更新数据，转到第(3)步；

(8)获取潮流结果上下限值将潮流输出的节点电压,支路电流量的仿射值转换为区间上下限值；

(9)任意波动的输入量对潮流输出量的相对影响因子定义：若任意输出变量的复仿射数表示为则相对影响因子：

(10)输出结果。

说明书

一种考虑电源负荷波动的交直流电网潮流计算分析方法

技术领域

[0001] 本发明属电力系统分析方法领域，是一种考虑电源负荷波动的交直流电网潮流计算分析方法。

背景技术

[0002] 近年来,随着风电、光伏等波动性电源并入电网，以及负荷本身波动性的存在，使得电力系统不确定性大大增加，为电力系统的规划以及安全稳定运行带来新的挑战，因此需要一种有效的方法计算节点电压及支路功率等潮流变化情况，并定量分析电源及负荷功率波动对电网的影响程度，这对电力系统网络结构设计及运行监控具有非常重要的意义。对于这种带有波动性变量的潮流计算分析方法，若波动变量的上下限可以确定，则基于仿射技术的潮流分析方法由于概念清晰，方案简单，最为适合。但现有的基于仿射理论潮流分析方法，只针对交流配电网，且不考虑变换器及直流电源的作用，计算结果不够精确，且无法应用于交直流混合电网。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种考虑电源负荷波动的交直流电网潮流计算分析方法。

[0004] 本发明的目的是这样实现的：

[0005] (1)输入已知的网络数据：包括变换器个数，控制方式，交流网络个数，直流网络个数，每一网络中节点数，支路数，选取各个网络平衡节点，波动电源、负荷的位置及功率波动量的上下限值；

[0006] (2)获得电源、负荷波动的复仿射值形式：

[0007] 若电源、负荷功率波动的范围表示为复数形式：

[0008] 其中xr， 为有功功率波动的上下限值，xi，为无功功率波动的上下限值；

[0009] 则对应的复仿射值为

[0010] 其中 ε1,ε2为噪声元，取值范围[-1,1]；

[0011] (3)求取交流电网潮流值：

[0012] 根据变换器控制方式，运用复仿射算法进行前推回代交流电网潮流计算；

[0013] (4)获得变换器的功率：

[0014] 根据步骤(3)中的计算结果，可获得 值，

[0015] 则变换器交流侧支路电流：

[0016] 其中 为节点功率复仿射值， 为节点电压复仿射值；

[0017] 调制电压： 其中 为节点s与c之间的电压差；

[0018] 变换器的功率：

[0019]

[0020] 直流侧功率:

[0021]

[0022] 其中 分别为交流侧、直流侧有功功率仿射值；

[0023] (5)求取直流电网潮流结果；

[0024] (5.1)设置各节点初始电压为额定电压：

[0025] (5.2)若含环网，将环网解环，断点处补偿电流为 其中为断点处节点电压，Rmn为端口阻抗；

[0026] (5.3)从末节点向首节点回推支路电流：

[0027] 其中 分别为节点功率、节点电压、直流电流仿射值；k为迭代次数；

[0028] (5.4)从首节点向末节点前推节点电压：

[0029] 其中R为支路电阻；

[0030] (5.5)终止条件：

[0031] 当 其中 Ui，Um，Un， 分别是电压仿射值上下限，断点电压m，n上下限；

[0032] (6)获取调制系数： 其中

[0033] (7)校验交流电网，直流电网潮流的终止条件，若满足终止条件，则转到下一步；若不满足，则更新数据，转到第(3)步；

[0034] (8)获取潮流结果上下限值

[0035] 将潮流输出的节点电压,支路电流量的仿射值转换为区间上下限值；

[0036] (9)任意波动的输入量对潮流输出量的相对影响因子定义：

[0037] 若任意输出变量的复仿射数表示为

[0038]

[0039] 则相对影响因子：

[0040] (10)输出结果。

[0041] 本发明的有益效果在于：

[0042] 本发明提供了一种考虑电源或负载波动性的潮流计算分析方法，该方法将变换器以及直流侧模型计入方案中，能够用于交直流混合系统详细的潮流计算中，并可定量的分析波动功率对潮流结果中各个量的影响程度，为设计及运行提供了有效信息，方案简单，结果精确。

附图说明

[0043] 图1为20节点交直流系统示意图；

[0044] 图2为本发明的总体流程图；

[0045] 图3为电压源变换器模型；

[0046] 图4为直流系统部分结构图。

具体实施方式

[0047] 下面结合附图对本发明做进一步描述。

[0048] 本实施在20节点的含弱环网的交直流系统中进行，该系统的接线图如图1所示。本发明的总体流程图如图2所示，具体步骤如下：

[0049] 步骤1：根据具体网络获取电压源变换器VSC个数，控制方式，交流网络个数，直流网络个数，每一网络中节点数，支路数，选取各个网络平衡节点。

[0050] 步骤2：确定波动功率的负载或电源所在的位置，假设网络中6,8节点的交流负载功率发生波动，波动的区间值为[0.8+j0.16 1+j0.2]，则对应的仿射值转换公式为：

[0051]

[0052] 其中

[0053] 步骤3：求取交流电网潮流值

[0054] 根据变换器控制方式，运用复仿射算法对每一交流电网进行复仿射前推回代潮流计算。由于大部分配电网都是呈辐射状，因此选用前推回代法比较适合。这里变换器的控制方式有QUdc和Vac两种方式，当控制方式为QUdc时，需先假定与VSC所连接的交流侧节点有功功率，待直流侧网络潮流解算完毕更新交流侧有功功率值；当控制方式为Vac时，这一节点即为交流网络平衡节点。

[0055] 步骤4：获得变换器功率

[0056] 根据步骤3中计算出的交流网络潮流结果，可获取与VSC连接的交流节点潮流值，以此为已知量，通过下列公式计算VSC损耗的功率及传输的功率。

[0057] VSC模型如图3所示，与变换器连接的交流侧支路电流:

[0058]

[0059] 其中 为交流侧节点功率复仿射值， 为电压复仿射值。

[0060] 调制电压：

[0061]

[0062] 其中 为节点s与c之间的电压差。

[0063] 变换器的功率:

[0064] 直流侧功率:

[0065] 其中 分别为交流侧、直流侧有功功率仿射值。

[0066] 步骤5：求取直流侧电网潮流

[0067] a)设置各节点初始电压为额定电压

[0068] b)直流网中包含一环网，首先进行解环处理，在环网包含的任意节点处将环网断开，形成的端口记为m，n端口。

[0069] 断点处补偿电流为

[0070] 其中 为断点处节点电压，Rmn为端口阻抗。

[0071] c)根据变换器功率的计算以及VSC在直流侧的控制方式，计算前推回代直流侧仿射潮流。

[0072] 直流系统结构组成如图4所示，具体计算公式如下：

[0073] 从末节点向首节点回推支路电流：

[0074] 其中 分别为节点功率、节点电压、直流电流仿射值；k为迭代次数[0075] d)从首节点向末节点前推节点电压：

[0076] 其中R为支路电阻。

[0077] e)终止条件：

[0078] 其中 Ui，Um， Un， 分别是电压仿射值上下限，断点电压m，n上下限。

[0079] 步骤6：获取调制系数： 其中

[0080] 步骤7：校验交流电网、直流电网潮流计算的终止条件，若满足终止条件，则转到下一步；否则更新数据，转到步骤3。

[0081] 步骤8：获取潮流结果上下限值。

[0082] 将潮流输出的节点电压,支路电流量的仿射值转换为区间上下限值。

[0083] 步骤9：计算相对影响因子

[0084] 任意输出变量都是输入波动功率的函数形式

[0085]

[0086] 相对影响因子指的是电源或负载波动功率的有功、无功对输出变量(如节点电压，支路电流等)的影响程度。可表达为

[0087]

[0088] 步骤10：输出结果。

[0089] 表1为潮流计算结果中部分节点的电压上下限值。

[0090] 表1

[0091]节点号 2 3 10 11 12 14 16
电压上限 0.9848 0.9841 0.9679 0.9919 0.9513 0.989 0.9756 电压下限 0.9935 0.9946 0.952 0.9971 0.969 0.9802 0.9844