一种交直流电力系统潮流计算实用新算法
- 格式：pdf
- 大小：724.88 KB
- 文档页数：5
第28卷第13期中国电机工程学报V ol.28 No.13 May 5, 20082008年5月5日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 53 文章编号：0258-8013 (2008) 13-0053-05 中图分类号：TM 76 文献标识码：A 学科分类号：470·40一种交直流电力系统潮流计算实用新算法邱革非1，束洪春2，于继来1(1．哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江省哈尔滨市 150001；2．昆明理工大学电力工程学院，云南省昆明市 650051）New Practicable Algorithm Dealing With AC/DC Power Flow CalculationQIU Ge-fei1, SHU Hong-chun2, YU Ji-lai1(1. Department of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China;2. Faculty of Electric Power Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650051,Y unnan Province, China)ABSTRACT：The main solution algorithms which have been widely accepted dealing with power flow problem for AC/DC hybrid systems include simultaneous algorithm and sequential algorithm. The merits and shortcomings of most popular solution methods were analyzed. Problems which may complicate realization of these methods were pointed out. To solve these problems, a new solution method which was based on Newton-Raphson method was proposed. The mathematic conception of this method is very clear and the method is very easy to be used when developing power flow programs because it needs no special process in dealing with DC system. It is simpler compared with other methods when dealing with the change of control strategy of DC system. Example and result of using this method were also been given.KEY WORDS: AC/DC power system；power flow calculation；Jacobin matrix；simultaneous solution摘要：目前得到大量应用的交直流电力系统潮流计算方法主要包括顺序求解法和同时求解法，该文针对目前已经发表的算法的优缺点进行分析和总结，指出其中一些算法在潮流程序中实现时可能会遇到的问题。
为解决这些问题，提出一种数学概念清晰、程序实现简单的基于牛顿拉夫逊法的新的交直流电力系统潮流计算处理方法。
该算法在程序实现过程中和交流潮流在形式上完全统一，不需要在形成雅克比矩阵时根据不同的运行方式对直流部分作任何的方程重构和预处理，可直接得到直流系统各个运行变量随系统运行状态改变而变化的情况；当处理直流线路运行控制方式改变时，该算基金项目：国家自然科学基金项目(90610024，50467002，50347026)；云南省科技攻关项目(2003GG10)；云南省自然科学基金项目(2005F0005Z，2004E0020M，2002E0025M)。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (90610024，50467002，50347026)．法显得更加简单，易于实现。
这个算法已被应用在稳定及潮流分析工具中，计算结果正确。
关键词：交直流电力系统；潮流计算；雅克比矩阵；同时求解法0引言随着电网建设的发展，直流输电在电力系统的研究和电网的实际运行中正在扮演着越来越重要的角色。
长期以来，众多研究者对交流电力系统潮流计算的研究已经使其达到了一个非常成熟的程度。
相比之下，在可查到的关于交直流电力系统潮流计算的文献中，所给出的交直流系统潮流计算方法都还存在可改进的空间。
在交直流电力系统潮流计算中，对直流系统最简单的处理方法是将直流系统等效为交流系统的恒功率注入。
但是，在一个直流输电系统对交流系统的有功潮流和无功潮流都产生重大影响的电力系统中这是不适当的，因为这完全忽略了直流系统运行控制方式的细节和变化。
进一步，如果将直流系统等值为依赖于电压变化的PQ节点，则潮流求解的精度虽然会高于前述方法，但是由于直流系统运行控制方式的限制，这些负荷的电压依赖性又不符合普通交流潮流规律。
所以，要得到满足需要的交直流系统潮流解，必须对HVDC系统正确建模，直流系统模型中必须考虑到其控制方式。
对此，学者们已经作了较多的研究[1-9]。
已发表的交直流电力系统潮流算法主要包括：①顺序解法(sequential solution),此类算法将交流系统和直流系统割裂开来进行处理，交流潮流解的迭代和直流潮流解的迭代是顺序进行的，从单个的换54 中国电机工程学报第28卷流器出发来考虑直流系统和交流系统间的相互关系；②同时解法(simultaneous solution)，该算法现在得到了更多的承认和应用。
其主要特点是在潮流计算过程中通过直流系统运行的控制方程和直流换流站的基本物理方程将直流变量消去，从而使交直流电力系统潮流计算的迭代具有纯交流潮流计算的表现形式。
第1类算法在计算中割裂交直流系统间的联系，计算过程复杂不易处理。
第2种类型由于要事先进行方程变换，在具体实现过程中不够灵活，当考虑直流系统运行方式变化时，考虑到变量和雅克比矩阵维数的变化会使程序实现变得比较繁琐和困难。
有鉴于此，本文提出一种新的交直流潮流计算处理方法，并提供了算例和处理结果。
1 直流系统数学模型在已发表的成果中，用于潮流计算的直流模型在各种文献中都没有较大的区别。
常用的换流站直流部分模型如图1所示[1]。
图1直流系统模型Fig. 1 Model of DC system为简单起见，图1所示为双端直流系统中的一个换流器的模型，在下文中默认整流或逆变的桥数为1，在实际中直流输电可能使用多端直流线路，换流器的桥数通常也大于1，但在潮流计算中通过整理变换，这些结构特点不会引起结果出现本质的变化。
同时解法的关键在于交流潮流的迭代和直流潮流的迭代同时进行，为做到这一点还需要一个反映交直流系统相互作用的更详细模型，如图2所示[1]。
图中，α为整流触发角；γ为逆变器端关断角；I d为直流电流；I m为控制方式切换所需的边界直流电流的给定值；P r为整流器送出的有功功率；Q r为整流器送出的无功；P i为逆变器送出的有功；Q i为逆变器送出的无功；E ACr为换流变压器整流器端交流电αI图2交直流系统模型Fig. 2 Model of AC/DC system 压；E ACi为换流变压器逆变器端交流电压。
整流中逆变端的直流模型方程[8]为dr dr0r1dcosU U a C x Iγ=−(1)di di0i1dcosU U C x Iγγ=−(2)rQ I=(3)iQ I=(4)d r r r r(cos cos)I K U aγγ=+(5)di i i i(cos cos)I K U aγγ=+(6)dr0dU I=(7)di0dU I=(8)r dr dP U I=(9)i di dP U I=(10)drdi d dU U I R=+(11)式中：d02U C KU=；K r为整流器端换流变压器变比；K i为逆变器端换流变压器变比；U为换流变压器交流母线侧电压；xγ为换流变压器漏抗；13πC=；2C=。
为求解潮流必须表达出交直流系统间的相互影响，在潮流计算中这个影响通过直流系统对其连接的交流节点的功率注入来实现。
已知交流节点的有功和无功功率注入方程为i g Line Load shuntP P P P P=−−−(12)i g shunt Line LoadQ Q Q Q Q=+−−(13) 式中：P g 为发电机有功出力；P Line为节点间传送的功率；P Load为节点有功负荷(功率型式)；P shunt为节点的并联有功(阻抗型式)；无功下标的含义与有巧的相同。
当系统中存在直流输电线路时，交直流系统间的相互影响只需要在连接直流换流站的交流节点上附加直流功率。
即ir ir rP P P=−(14)ii ii iP P P=+(15)ir ir rQ Q Q=−(16)ii ii iQ Q Q=−(17) 2 直流系统运行控制方式分析在通常运行方式和正常状态下，最为常用的控制方式有整流器方定电流控制和逆变器方定关断角控制；整流器方定最小触发角和逆变器端定电流控制方式；其余还有整流器方定电流控制和逆变器第13期邱革非等：一种交直流电力系统潮流计算实用新算法55方定电压控制等[1]。
文献[1]认为通常情况下潮流计算考虑前2种运行方式，而当需要考虑稳定问题时就需要考率一些其它运行方式作为过渡状态。
由式(1)~(11)可见，描述直流换流器数学模型的方程共有13个独立变量，分别是K r、K i、cos a r、cos a i、cosγr、cosγi、P r、P i、Q r、Q i、U dr、U di、I d，显然变量个数大于方程个数。
但当直流系统控制方式确定后，13个独立变量中至少有2个将变成给定值，方程数将大于或等于未知变量数。
如果直接将这些方程及变量添加到交流潮流方程中去，当考虑到直流线路运行方式的变化时，变量数目的变化将导致雅克比矩阵维数的变化，给潮流的求解造成障碍。
