含VSC的交直流混联系统最优潮流及其损耗分析
柔性直流输电系统简介及损耗分析
柔性直流输电系统简介及损耗分析2012-8-29摘要随着可关断器件性能的改进以及容量的提升，基于电压源换流器(VSC Voltage Source Converter)和脉宽调制(PWM Pulse Width Modular)技术的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)已经成为现实。
VSC-HVDC是一种新的直流输电技术，它具备有功无功快速独立控制、可向远距离小功率无源网络供电、向系统发出无功功率、易于构成多端网络等特点，因此成为解决大容量可再生能源接入、弱交流系统互联、城市直流输配电网、偏远地区供电及提高配网电能质量等问题的重要手段。
目前国外VSC-HVDC已经在海上风电场并网、非同步电网互联交易等领域得到了成功应用，而在国内对VSC-HVDC系统数学模型和控制策略等方面也进行了大量的研究，并开始着手实际示范工程的建设。
本报告先简要分析了VSC-HVDC的系统结构和基本工作原理，针对VSC-HVDC系统的技术特点，阐述了其主要的应用领域。
然后重点进行了VSC-HVDC系统的损耗分析，包括系统损耗的主要构成及换流器的损耗计算方法，同时分析了PWM调制方式下的换流器损耗特性。
1 VSC-HVDC简介1.1系统结构和基本原理图1.1 双端VSC-HVDC系统结构图双端VSC-HVDC输电系统的主电路结构如图1.1所示，两端换流器通过直流输电线路连接，一端运行于整流状态，另一端运行于逆变状态，共同实现两端交流系统间有功功率的交换。
其中的主要部件包括：交流侧换流变压器、交流滤波器、换流电抗器、全控换流器以及直流侧电容器。
其中全控换流器的拓扑结构在目前实际应用中主要有两种：一种是传统的三相两电平或三电平的主电路结构，由于单个可关断器件的耐压较低，因此每一桥臂均由多个IGBT或GTO等全控器件串联组成，目前ABB公司采用此种方案；另外一种是基于模块化多电平的主电路拓补结构，其基本的电路单元也称为子模块由两个全控器件及相应的电容器组成，各相桥臂均是通过一定数量的具有相同结构的子模块和阀电抗器构成，通过变化子模块的数量即可改变换流器的输出功率电压及功率等级，目前西门子公司采用此种方案。
多端VSC_HVDC系统交直流潮流计算
!.2" !* ’ & ** + " " * $ "* "# *9# ! !.." !* + $ ** ’ " "* "# #;< ! 式中 !* # ** 分别为换流器发出 的 有 功 , 无 功 功 率 ’ "* 与控制变量 $ 成正比 ) 若不考虑换流器损耗 # 即 ’ 为 2 # 则由式 !.2" 和 !.. "可得 +
引言
近年来 ! 随着直流输电技术的不断发展和日臻 完善 ! 在更多的交流电力系统中出现了直流输电线 路!并有进一步发展为多端直流输电系统 "#$%""&’() !#*+,)-.’ /0$%#的趋势$ 与两端直流输电系统相比 ! "#$% 的输电能力更强 ! 运行方式也更灵活 ! 是今后 直流输电的一个发展方向 $ 尤其是基于电压源换流 器 01% "02’(.3* 12&+4*5 %2-6*+(*+ % 的新型直流输电 出现以后 ! 这种趋势将更加明显 $ 由于 017 构成的 017 8 "#$% 具有良好的运行可靠性和灵活性 ! 因此 成为了直流输电领域的重要研究方向$ 而包含 01% 8 "#$% 的交直流系统潮流计算的分析研究也 显得十分重要 $ 含 01% 的交直流混合潮流计算是分 析 01% 8 /0$% 稳态特性以及研究其稳态控制运行 方式的必要条件 !也是分析 01% 8 /0$% 暂态特性和 研究相应控制保护技术的重要环节 $ 另外 ! 对于研 究包 含 01% 8 /0$% 设 备 的 交 流 系 统 动 态 特 性 ! 以 及 01% 8 /0$% 设备对交流系统的附加控制 !该潮流 分析计算也具有重要意义 $ 传统交直流电力系统的潮流计算方法可以分为 两大类 & 统一求解法和交替求解法 $ 统一求解法将 交流系统方程和直流系统方程联合求解 ! 统一求出 交流系统和直流系统的未知变量 $ 而交替求解法则 将直流系统潮流方程和交流系统潮流方程分开求 解 ! 并交替迭代 !直到收敛为止 $ 对于仅含传统换流器的 "#$% 系统的潮流计算 已经取得了比较丰富的研究成果 ’9" :($ 但是由于 017 取代了传统的 /0;7 换流器 !两者在物理模型上有了
含VSC-MTDC的交直流系统潮流控制算法
２ ０ １ ７年 ２月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｓ Ｕ— ＥＰ Ｓ Ａ
Ｖｏ Ｉ ． ２ ９ Ｎｏ． ２ Ｆｅ ｂ． ２ ０ｌ ７
含Ｖ Ｓ Ｃ — ＭＴ Ｄ Ｃ的交直流 系统 潮流控 制算法
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｗｏ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ＡＣ ／ ＤＣ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ＶＳ Ｃ— ＭＴ ＤＣ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，
系统 的影 响通 过改变 Ｐ Ｃ Ｃ点的注入 电流来 实现 。针对节 点注入 电流法 中由于接 口变量数 目较多而导致 收敛性
能变差 的问题 ， 改进 了序列潮流算 法 ， 只需设置 主站 Ｐ Ｃ Ｃ点传输 的有功 功率作为接 口变量进行 迭代更新 ， 直至 收敛 。在新英格 兰系统上验证பைடு நூலகம்了两种所提算 法的有效性和可行性 。对 比分析两种方法 可知 ， 改进序列潮 流算法 总体性能优 于节点 注入 电流法 ， 为含 Ｖ Ｓ Ｃ — ＭＴ Ｄ Ｃ的交 、 直流 系统潮流算法的选择提供参考 。 关键词 ： 电压源型换流 器 ； 多端 直流输 电 ； 节点注入 电流 法 ； 改进序 列潮 流算 法 ； 潮流 控制
ｏ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ（ Ｐ Ｃ Ｃ）ａ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ ｉ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｓ ｅ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ．
含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算
含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算宋健;叶鹏【摘要】全控型电力电子器件电压源型换流器VSC(Voltage Source Converter)的出现,为直流输电发展提供了新方向.在分析多端VSC-HVDC稳态模型基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算数学模型.提出了一种应用统一迭代法对含有VSC交直流混合系统进行计算的方法.通过修改IEEE-14节点系统仿真结果验证了该算法的有效性和准确性.【期刊名称】《东北电力技术》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】柔性直流输电;电压源换流器;多端直流;潮流计算【作者】宋健;叶鹏【作者单位】沈阳工业大学,辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学,辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TM721.3;TM7441954年，第一座高压直流 (HVDC)输电工程投入工业化运行。
20世纪90年代以来，随着电力电子器件及控制技术的快速发展，以全控型可关断器件为基础的电压源型换流器VSC更加成熟，在此基础上新型高压直流输电 (VSC-HVDC)技术得到了大力发展。
相比于传统的基于晶闸管直流输电，其具有直接向孤立远距离负荷供电、更经济向负荷中心送电等优点［1-3］。
在2端直流输电系统上发展而来的多端直流MTDC(multi-terminal direct current)输电系统，能够实现多电源供电以及多落点受电，受到越来越多的关注。
当前对于交直流混合输电系统潮流计算方法的研究主要有交替求解法和统一迭代法。
交替求解法通过对直流系统和交流系统分别处理，实现直流潮流和交流潮流分开迭代，可以继承原有纯交流潮流计算程序，但交替迭代过程中没有考虑直流网络和交流网络之间的耦合关系，精度不高，收敛性较差，特别对多端直流系统和弱交流系统，由于交直流之间耦合很强，应用交替法求解时，收敛性恶化，甚至出现潮流不收敛情况［4］。
文献［5］在分析VSC-HVDC稳态模型基础上，提出了一种交直流混合系统潮流交替求解算法。
含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算
含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算杨智豪;牟龙华;刘仲【摘要】由于风电场出力的实际值通常在预测值附近随机波动，所以在潮流计算时还应考虑风电场出力的随机性。
针对风电场通过VSC-HVDC并网的情形，为了使电网既能安全运行，又能实现经济调度，提出了一种基于场景分析的最优潮流计算模型。
模型以火电机组的总成本最小为目标函数，并考虑火电机组在预测场景和误差场景有功出力的调节范围约束，采用内点法进行求解。
算例结果表明，引入误差场景后，虽然火电机组的总成本增加了，但是风电场出力的随机性对火电机组快速调节出力能力的要求得到了满足，从而保障了电网的安全运行。
%The actual value of windpower outputvaries randomly around the predicted value,thus, therandomnessof windpower outputshould be considered in the power flow calculation.This paper proposes an optimal power flow calculation model based on scenario analysis of thewind farm connected to AC grid by VSC-HVDC, whichcan achieve secure operations and economic dispatch. Theminimum total cost of thermal power plantsis taken as theobjective function ofthe model, and theadjusting range of active power output ofthermal power plants under theforecasted wind powerscenario and sampling scenarios is considered asconstraints.Afterwards, the model is solved by utilizing interior point method.Thecalculationresultsshowthat, although thetotal cost ofthermal power plants isincreased after introducing sampling scenarios, the requirement of the capability ofthermal power plants that canquicklyadjust the randomness of windpower output is satisfied,thereby, the safety of grid operation isguaranteed.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2016(044)012【总页数】6页(P36-41)【关键词】风电场;VSC-HVDC;交直流系统;最优潮流;内点法;场景法【作者】杨智豪;牟龙华;刘仲【作者单位】同济大学电气工程系，上海 201804;同济大学电气工程系，上海201804;同济大学电气工程系，上海 201804【正文语种】中文在环境污染日益严峻的社会背景下，可再生能源的使用已经受到人们的重视。
基于改进牛顿法的VSC-HVDC潮流计算
１ ８
。
苏
电
机
工
程
第 ３ ２卷 第 １期
２ ０ １ ３年 １月
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
・ｊ
７ ｜
基于改进牛顿法的 ＶＳ Ｃ － Ｈ Ｖ Ｄ Ｃ潮流Байду номын сангаас算
黄 曙 ， 何 桦 ， 卫 志农 ， 季 聪
和 收敛性 上 的优 势
Ｑ ＝ 一 ｌ ｌ ， Ｉ
同理可 得 ：
＝
Ｉ ｙ Ｕ ｆ ｃ ｃ ｏ ｓ （ ６ 一 ） ＋ Ｉ Ｙ ｌ （ ， ２ ｃ ｃ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ （ ８ ｚ — ） 一 Ｉ Ｙ ） ２ ｓ ｉ ｎ
，
１ Ｖ Ｓ Ｃ — Ｈ Ｖ ＤＣ 潮 流计 算 的数 学模 型
随着 电力 系 统规 模 的 日益 扩 大 以 及安 全 分 析 等
， ＝ （ 一 ） ／ （ Ｒ ＋ ｊ Ｘ ）
（ １ ）
由交流 系统 流人 换 流变 压器 的复功 率Ｓ 满足 如 下
关 系式 ：
＝ 。
在线 计算 问题 的提 出 ． 潮流 计算 速 度成 为 一个 迫切 需
＝ 一
ｃ ｌ ， ｛ Ｕ ｓ Ｕ ｏ ｃ ｏ ｓ （ ３ ＋ ） ＋ ｆ ， ， ｆ ２ ｃ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ （ ８ ￣ ＋ ） ＋ ｊ Ｙ Ｉ ２ ｓ ｉ ｎ
（ ３ ） （ ４ ） （ ５ ） （ ６ ）
些 改进 ，同时通 过数 学方 法证 明这些 算 法 的有效 性 ． 并 通 过 多个 算 例仿 真验 证 这 些 改进 算 法 在计 算 时 间
Ｐ ｓ ＋ ｊ ｑ ＝ （ ）
含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流
含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流高凯;韩子娇;张艳军;颛孙旭;陈艳波【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2016(032)003【摘要】已有的多目标潮流优化模型和算法对含电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)不再适用.针对VSC-HVDC的特点,提出了以有功网损最小、电压水平最好(即电压的偏移量最小)、系统的静态电压稳定裕度最大及供电能力最大同时作为优化目标,从而构建了含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流模型;针对此模型连续变量和离散变量共存的特点,提出了内点法和NSGA2算法相结合的交替求解算法,可获得多个Pareto最优解,并具有较高的计算效率.最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性.【总页数】7页(P98-104)【作者】高凯;韩子娇;张艳军;颛孙旭;陈艳波【作者单位】国网辽宁省电力有限公司,辽宁沈阳 110006;国网辽宁省电力有限公司,辽宁沈阳 110006;国网辽宁省电力有限公司,辽宁沈阳 110006;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算方法研究 [J], 邓长征;蒋冰华;唐波;黄力2.基于连续潮流法的含双端VSC-HVDC交直流系统负荷裕度分析 [J], 王振浩;由作宇;黄亚磊;李扬;李国庆3.含VSC-HVDC交直流系统精确化离散最优潮流的研究 [J], 张昕;王法;杜俊杰;曾东;温镇4.含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算 [J], 李国庆;张健5.基于二阶锥优化的交直流系统多目标最优潮流研究 [J], 辛业春;张一峰;徐广健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于vsc-hvdc的交直流混联供电系统内部过电压机理分析
图2三相电压型换流器结构基于VSC -HVDC 的交直流混联供电系统内部过电压机理分析邓超志（贵州电网有限责任公司贵阳供电局，贵州贵阳550001）摘要：近年来，基于电压源换流器的柔性高压直流输电技术（VSC -HVDC ）因其具有无换相失败风险，毫秒级潮流反转能力，有功与无功功率独立调节，便于多端交直流系统组网及实现风、光、热等多能互补的特点得到了广泛关注。
与此同时，VSC -HVDC 采用全控电力电子器件的电压源换流器（VSC ）取代了传统晶闸管器件，因VSC 自身耐受过压和过流能力较差，偶发的系统内部过电压都将可能影响设备可靠性，甚至危及系统安全。
基于此，对VSC -HVDC 系统内部过电压产生的机理进行了分析，并提出了有效的过电压应对措施，对于进一步推广应用VSC -HVDC 具有实际意义。
关键词：电压源换流器；柔性高压直流输电；交直流混联系统；过电压1研究现状目前，国内外对交直流混联系统内部过电压的研究已取得一些成果。
文献[1]对舟山多端柔性直流输电工程内部过电压产生的机理进行了仿真分析，并建立了保护控制策略模型。
文献[2]分析了张北柔直系统在直流线路短路故障后送受端换流站的直流过电压变化动态过程。
文献[3]研究了VSC -HVDC 系统7种常见故障类型下的过电压。
文献[4]对比了基于MMC 与VSC 直流输电系统的故障特征差异。
文献[5]经过分析交直流系统各位置故障的过电压，得出对换流站过电压水平起决定性影响的故障均位于其直流侧的结论。
文献[6]对直流输电线路操作过电压机理进行了分析。
文献[7]以±10kV 两端柔性直流配电网为例，对MMC 直流配电网几类故障下产生的过电压进行了仿真。
文献[8]分析了舟山多端柔性直流输电系统交直流侧不同故障位置产生的过电压。
文献[9]根据长线路等值电路数学模型，分析了空载长线路电容效应引起的工频过电压与合闸操作过电压的形成机理。
2VSC 数学模型两端连接有源交流系统的VSC -HVDC 系统的单线结构如所图1所示。
含经VSC-HVDC并网海上风电场的交流系统概率最优潮流
含经VSC-HVDC并网海上风电场的交流系统概率最优潮流李逸驰;孙国强;杨义;黄文进;卫志农;孙永辉【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2015(035)009【摘要】由于海上风速的不确定性,海上风电场并网会对电力系统最优潮流(OPF)产生影响,提出含基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流计算模型.首先,利用非参数核密度估计拟合海上风速分布,建立海上风电场和VSC-HVDC的稳态模型;然后,基于拉丁超立方采样得到标准正态分布样本,利用等概率变换理论和Nataf变换技术得到具有相关性的输入变量样本;最后,采用原对偶内点法进行OPF计算,得到输出变量的样本,利用统计学方法得到输出变量的数字特征和概率分布.IEEE 14节点和IEEE 118节点系统仿真结果验证了算法的准确性和高效性.【总页数】7页(P136-142)【作者】李逸驰;孙国强;杨义;黄文进;卫志农;孙永辉【作者单位】河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,江苏南京210098;河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,江苏南京210098;盐城供电公司,江苏盐城224005;盐城供电公司,江苏盐城224005;河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,江苏南京210098;河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TM614【相关文献】1.基于PR控制的海上风电场并网VSC-HVDC系统 [J], 黄澄;赵莉华2.用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术 [J], 王书征;郑良广;赵剑锋3.海上风电场VSC-HVDC并网不对称故障负序电流控制 [J], 张广明;田炜4.含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算 [J], 杨智豪;牟龙华;刘仲5.基于VSC-HVDC并网的海上风电场无功补偿控制策略 [J], 苗文静;黄伟;葛良军;王明帅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流统一迭代求解算法
含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流统一迭代求解算法郑超;盛灿辉
【期刊名称】《中国电力》
【年(卷),期】2007(40)7
【摘要】介绍基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)技术,具有可向无源网络供电、不会出现换相失败等众多优点.分析VSC-HVDC输电系统的原理及其中VSC的控制方式.针对不同控制方式下的VSC,分别推导其交流母线及直流系统相应的潮流修正方程式.提出VSC-HVDC交直流混合系统潮流的统一迭代求解算法,并以修改后的WSCC-9节点交直流混合系统的潮流计算为例,验证统一迭代求解算法的有效性.通过该潮流算法分析VSC-HVDC输电系统的稳态特性和有功功率损耗特性.
【总页数】5页(P65-69)
【作者】郑超;盛灿辉
【作者单位】中国电力科学研究院,北京,100085;中国电力科学研究院,北
京,100085
【正文语种】中文
【中图分类】TM71
【相关文献】
1.含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算 [J], 宋健;叶鹏
2.基于端口能量的含VSC-HVDC的交直流混合系统暂态稳定评估 [J], 陈厚合;王
长江;姜涛;李国庆;张健
3.含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究 [J], 张芳;李静远;李传栋
4.含VSC-HVDC的交直流混合系统状态估计 [J], 孙国强;李育燕;卫志农;叶芳
5.含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计解耦迭代算法 [J], 孙国强;卫志农;叶芳
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含VSC-MTDC的交直流混合系统的改进潮流算法
的重要 基础 ． 因此含 Ｖ ＣＭ Ｄ Ｓ— Ｔ Ｃ的交直流 混合 系统 的潮流 计算研 究具有 重要 的理论 价值 和实 际意 义 ．
目前采用 的交直 流混合 系统 的潮 流计算 方法 大部 分是 在 交流潮 流计 算方 法 的基 础 上扩 展形 成 的 ， 主要 分 为统 一迭代求 解法 （ 简称统 一法 ） 和交替迭 代求 解法 （ 简称 交替 法 ） 类 两 ． 一法 是 以极 坐标 形 式下 的 统 牛顿一 拉夫逊 法 为基 础 ， 将交 流 系统 中的节 点电压 的 幅值 和相 位 与直 流 系统 中 的直流 电流 、 流 电压 以及 脉 直 宽调制 （ ｕ ｅｗｄｌｍ ｄ ｌｉ ， ＷＭ） ｐ ｌ ｉ ｏｕ ｔｎ Ｐ ｓ ｔ ａｏ 的控制 变量 进行 统一 迭代 求 解 ． 该算 法 收敛 性好 ， 对原 有 的纯 交流 程 但
收 稿 日期 ： ００ ０ —４ ２ １ —５ ２
基 金项 目 ：国家 自然 科学 基金 （０７０４ ； 海 大学 自然 科 学 基金 （０９ ２４ １ ； ５８７２ ）河 ２０４ １１） 中央 高 校 基本 科 研 业 务 费 专项 （００ ０ ９４ ２ １Ｂ５ １） 作 者简 介 ：叶片 （９５ ）女 ， １８ 一 ， 江苏 昆山 人 ， 士研 究 生 ， 要 从事 电 力 系统 运 行 分 析 与控 制 研 究 ．－ ａ ：ｅ ｌ ７ ２ ．ｏ 硕 主 Ｅｍ ｉｙｆ ｇ ＠１６ ｃｍ ｌ ｍ８
关 键词 ：直流输 电； 电压源换 流 器； 多端直 流 ； 潮流 算法
中图分类 号 ：
文献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ：００ １８ （０ １０ — ３８ ０ １０ —９ ０ ２ １ ）３ ０ ３ —６
随着 电网建 设 的发 展 ， 流输 电在 电力 系统的研 究和 电 网的实 际运 行 中扮 演着 越来 越 重要 的 角色 ｊ 直 ． 以全控 型开关器 件和 电压源换 流器 （ｏ ａｅＳｕｅｃｎｅ ｅ， Ｓ ） ｖｈ ｇ ｏｅ ｏｖｒ ｒＶ Ｃ 为基 础 的新 一 代高 压 直流 （ｉ ｏ ａｅｄｒ ｔ ｔ ｈｇ ｖｌ ｇ ｉ ｃ ｈ ｔ ｅ ｃｒ ｎ， Ｖ Ｃ 输 电 ， 比于基 于 品闸管 的直 流输 电 ， ｕｒ ｔＨ Ｄ ） ｅ 相 具有直 接 向孤立 的远 距离 负荷 供 电 、 经济地 向负荷 中 更 心送 电 、 运行控 制 方 式 灵 活 多变 等 优 点 ． 此 基 于 Ｖ Ｃ的 Ｈ Ｄ Ｖ Ｃ Ｈ Ｄ 的研 究 成 为 近 年 的研 究 热 因 Ｓ Ｖ Ｃ（ Ｓ — Ｖ Ｃ） 点 ］与两端 直流输 电相 比， ． 多端 直 流（ ｕ ｉｅ ｍ ａ ｄ ｅｔ ｕ ｅ ｔＭ Ｄ ） 电 的输 电能 力更 强 ， ｍ ｈ— ｒ ｉ ｌ ｉｃ ｃｒ ｎ， Ｔ Ｃ 输 ｔ ｎ ｒ ｒ 运行 方式 也
含VSC-HVDC的交直流系统潮流计算方法研究
０ 引言
基 于 电 压 源 换 流 器 的 直 流 输 电 技 术 （ ｏｔｇ Ｖｌ ｅ ａ
Ｓ ｕ ｃ ｎｖ ｒｅ —Ｈｉ ｈ Ｖｏｔ ｇ ｒ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ｒ ｅ Ｃ０ ｅ ｔｒ ｇ ｌａ ｅ Ｄｉｅ ｔ Ｃｕ ｒ ｎ ，ＶＳ Ｃ－
量 ； 献 ［］ 忽 略换 流器 损 耗 的情 况 下 ， 导 出适 文 ４在 推
矩阵计算 能力 ，编制了潮流计算程序 。以修改后的 Ｅ Ｒ 一 节点系统为例进行 了潮流计算 ， Ｐ Ｉ７ 算例结果验 证 了Ｖ Ｃ Ｈ Ｄ 潮 流 计算模 型 的正 确性 以及 交 替迭 Ｓ— Ｖ Ｃ
代算 法 的有 效性 ， 且该 方法 适用 于Ｖ Ｃ Ｈ Ｄ 并 Ｓ — Ｖ Ｃ的４ 种控 制模 式 。
目前 Ｖ Ｃ Ｈ Ｃ Ｓ — ＶＤ 的研 究工 作 主要 集 中在 数 学建
和直 流 电流 ） ２ 控 制变 量 （ＷＭ调 制 比和相 角 ） 和 个 Ｐ ， 推 导 出牛顿 法潮 流计 算修 正 方程 式 ，提 出 了一 种交 直 流潮 流 交替 迭代 算 法 。利 用 Ｍ Ｔ Ａ 软件 强 大 的 ＡＬＢ
（ Ｄ
∞
ｃ Ｄ
∞
０
了
》
型的交直流混合系统 的潮流计算中得到了广泛的应 用 。由于Ｖ Ｃ Ｈ Ｄ 与传统Ｈ Ｄ 在运行机理上存 Ｓ— Ｖ Ｃ ＶＣ 在 着 本 质 的 区 别 ，其 潮 流 计 算 数 学 模 型 与 传 统 Ｈ Ｄ 截然不同，但计算方法可借鉴传统Ｈ Ｄ 的２ ＶＣ ＶＣ 种方法。文献［ 最早提出了可嵌入牛顿法潮流算法 ３ ］
明确 了对 应 Ｖ Ｃ 态 运行 的２ 状态 变量 （ Ｓ稳 个 直流 电压
Ｖ Ｃ Ｈ Ｄ 系统的功率传输容量将进～步提 高 ， Ｓ— Ｖ Ｃ 目 前 Ｖ Ｃ Ｈ Ｄ 实 际工 程 的传输 容 量 已达 到 １０ ０ Ｓ— Ｖ Ｃ ０ ＭＷ。在不 久 的将 来 ， Ｓ — Ｄ 技术 将从 配 电领 域 Ｖ Ｃ ＨＶ Ｃ 扩展到大容量输电领域 。
含VSC-MTDC的交直流混合系统的改进潮流算法
含VSC-MTDC的交直流混合系统的改进潮流算法叶芳;卫志农;孙国强【摘要】Based on the steady model of voltage source converter based multi-terminal direct current (VSC-MTDC)transmission, a mathematical model for hybrid AC-DC power flow systems equipped with VSC-MTDC was derived. With regard to the shortcomings of two kinds of algorithms: the uniform iterative method and the alternative iterative method, a modified alternative iterative power flow algorithm was proposed. The proposed algorithm strictly canceled the coupling relation between AC and DC variables in the mathematical form, and it could be efficiently solved by means of the existing AC power flow prograrns so as to ensure the accuracy and convergence of the algorithm. The simulated results of test systems of IEEE-14, IEEE-30 and IEEE-57 show that the proposed mathematical model is effective.%在基于电压源换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电的稳态模型的基础上,导出了含VSCMTDC的交直流混合系统潮流计算的数学模型,并针对统一迭代求解法和交替迭代求解法这2种算法存在的不足,提出了改进交替迭代求解法.该算法从数学表达形式上严格解除了交流变量和直流变量之间的耦合关系,同时还可以高效利用已有的纯交流系统潮流求解程序,保证了算法的精度和收敛性.IEEE-14,IEEE-30,IEEE-57节点标准算例的仿真结果表明该算法是有效的.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(039)003【总页数】6页(P338-343)【关键词】直流输电;电压源换流器;多端直流;潮流算法【作者】叶芳;卫志农;孙国强【作者单位】河海大学能源与电气学院,江苏,南京,210098;河海大学能源与电气学院,江苏,南京,210098;河海大学能源与电气学院,江苏,南京,210098【正文语种】中文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扮演着越来越重要的角色[1-2].以全控型开关器件和电压源换流器(voltage souce converter，VSC)为基础的新一代高压直流(high voltage direct current，HVDC)输电，相比于基于晶闸管的直流输电，具有直接向孤立的远距离负荷供电、更经济地向负荷中心送电、运行控制方式灵活多变等优点.因此基于VSC的HVDC(VSC-HVDC)的研究成为近年的研究热点[3-6].与两端直流输电相比，多端直流(multi-terminal direct current，MTDC)输电的输电能力更强，运行方式也更灵活，是今后直流输电的一个发展方向[7-8].含VSC-MTDC的交直流混合系统的潮流计算是分析VSCMTDC的稳态特性以及研究其稳态控制运行方式的必要条件，也是分析其暂态特性和相应的控制保护技术的重要基础.因此含VSC-MTDC的交直流混合系统的潮流计算研究具有重要的理论价值和实际意义.目前采用的交直流混合系统的潮流计算方法大部分是在交流潮流计算方法的基础上扩展形成的，主要分为统一迭代求解法(简称统一法)和交替迭代求解法(简称交替法)两类[9-13].统一法是以极坐标形式下的牛顿-拉夫逊法为基础，将交流系统中的节点电压的幅值和相位与直流系统中的直流电流、直流电压以及脉宽调制(pulsewidth modulation，PWM)的控制变量进行统一迭代求解.该算法收敛性好，但对原有的纯交流程序继承性差，代码编制工作量大.交替法是在迭代计算过程中通过假设条件，对交直流系统方程分别进行处理，实现了交流潮流解和直流潮流解的分开迭代，对原有纯交流程序具有较好的继承性，但正是由于迭代过程中没有考虑交流变量和直流变量之间的耦合，因此收敛性不佳，精度低.本文首先确定VSC-MTDC的稳态模型，然后导出含VSC-MTDC的交直流混合系统潮流计算的数学模型，在此基础上针对统一法和交替法存在的不足，提出改进交替迭代求解法，最后通过算例验证所提模型和算法的有效性.1 VSC-MTDC潮流计算的数学模型1.1 VSC-MTDC的稳态模型在VSC-MTDC输电系统中，各VSC之间通过直流输电网络连接，对于第 i个VSC，其单相示意图如图1所示.图1 单相VSC-MTDC示意图Fig.1 Schematic diagram of single-phase VSC-MTDC假设第i个VSC输出基波电压的相量为Uci∠θci，与交流系统连接处的电压相量为Usi∠θsi，直流电压为Udi，直流电流为Idi，换流变压器阻抗为jXLi，交流滤波器阻抗为jXfi，换流器内部损耗和换流变压器损耗的等效电阻为Ri，交流系统流入换流变压器的有功功率和无功功率分别为Psi和Qsi，流入换流桥的有功功率和无功功率分别为Pci和Qci，流过换流变压器的电流为﹒Ii，假设方向如图1所示.忽略换流器的等效电阻，可得为讨论方便，令式(1)进一步推导可得同理可推导得到由于VSC的换流桥臂的损耗已经由Ri等效，所以直流功率Pdi应该与Pci相等，因此可得另外，VSC采用PWM技术控制，有，其中μ为PWM的直流电压利用率(0＜μ≤1)，M为调制度(0＜M＜1).1.2 VSC-MTDC的基本控制方式目前，通常采用PWM技术对VSC进行控制，由式(1)可见，可以通过控制δ来间接地控制Ps，通过控制M来间接地控制Qs，从而达到对有功功率和无功功率灵活、独立控制的目的.VSC-MTDC中，直流电压的稳定与否直接关系着系统能否正常运行以及交流侧输出电压的稳定性.如果有功发送端的VSC从该端交流系统吸收的有功功率大于接收端VSC发送到对应端交流系统的有功功率，则直流电压升高，反之降低.因此为了实现这种功率平衡，其中一端VSC必须采用定直流电压控制.另外，若直流电压恒定，则直流电流的变化量正比于有功功率的不平衡量，定直流电流控制和定有功功率控制是等效的.综合以上分析，VSC-MTDC中VSC可以选择的控制方式有以下4种:定直流电压、定无功功率控制;定直流电压、定交流电压控制;定有功功率、定无功功率控制;定有功功率、定交流电压控制.1.3 含VSC-MTDC的交直流混合系统的潮流计算方程按照节点是否接有换流变压器，可将节点分为直流节点和纯交流节点.设系统节点总数为n，其中VSC的个数为nc，则直流节点数为nc，纯交流节点数为na=n-nc.下面为了行文方便，假设交直流混合系统的节点编号顺序为:1～na节点为纯交流节点，其中有1个平衡节点;na+1～n节点为直流节点.1.3.1 交流系统的潮流计算方程对于系统中的纯交流节点(用下标a表示)，其潮流计算方程与传统的潮流计算方程相同，为式中:U，θ——节点电压幅值和相角;G，B——节点导纳矩阵的实部和虚部;i——节点;j——与节点i直接相连的所有节点(公式中用j∈i表示)，Psai，Qsai——节点i的给定有功功率、无功功率.而对于直流节点(用下标t表示)，其潮流计算方程为1.3.2 直流系统的潮流计算方程根据推导建立的VSC-MTDC的稳态模型，以及直流网络方程，可得到直流系统的潮流计算方程为式中gdij为直流网络节点电导矩阵的元素.2 改进交替迭代求解法对于上述建立的含VSC-MTDC的交直流混合系统的潮流计算模型，目前的算法主要有统一法和交替法2类.本文针对这2种算法存在的不足，提出了改进交替迭代求解法，具体推导过程如下:由式(5)(6)(7)联立可得含VSC-MTDC的交直流混合系统潮流的计算方程，描述为其中对式(8)进行泰勒级数展开，并忽略二阶及以上高阶项，可得牛顿-拉夫逊法的修正方程:其中由此，雅可比矩阵JN的形式如下:将含VSC-MTDC的交直流潮流计算方程写为其中对于一个含有nc个电压源换流器的n节点系统，式(11)共有2(n-1)+4nc个方程、2(n-1)+6nc个变量，根据控制方式可以消去2nc个变量，由此可见式(11)可解.又f1为2(na-1)维矩阵，Δx1也为2(na-1)维矩阵，故J11的逆矩阵存在;f2为6nc维矩阵，Δx2为8nc维矩阵，Δx2根据控制方式可以消去2nc维，故J22的逆矩阵也存在.将式(11)展开，即求解式(12)得到改进交替迭代求解法(简称改进法)的形式为从推导过程可以看出，该算法没有进行任何假设，在迭代求解的过程中完全计及了交直流系统间的相互影响，只是从数学表达形式上严格解除了交流变量和直流变量之间的耦合关系，因此，理论上它应该具有与统一法一致的精度和收敛性;同时矩阵J11，J12可以通过已有的纯交流程序计算获得，因此可以高效利用已有的纯交流系统潮流求解程序，程序编制工作量不大.3 算例分析为了验证本文算法的有效性，分别对IEEE-14，IEEE-30，IEEE-57节点的标准算例进行了仿真计算(电压和功率均为标幺值).图2为修改后的IEEE-14节点交直流混合系统，其中VSC1，VSC2和VSC3分别连接于节点12，13和14上，参数为:XL=0.15，R=0.006，直流电阻Rd=0.03，Xf=0.01.VSC1采用定直流电压(Ud1，ref= 2.0000)、定交流无功功率(Qs1，ref=0.2099)控制;VSC2采用定交流有功功率(Ps2，ref=-0.3601)、定交流无功功率(Qs2，ref=0.018 7)控制;VSC3采用定交流有功功率(Ps3，ref=-0.866 3)、定交流无功功率(Qs3，ref= -0.0864)控制.图2 修改后的IEEE-14节点交直流混合系统Fig.2 Modified IEEE-14-bus AC-DC system表1 交流系统潮流计算结果Table 1 Results of power flows of AC system统一法交替法改进法节点电压幅值电压相角/(°)电压幅值电压相角/(°)电压幅值电压相角/(°) 1 1.0600 0 1.0600 0 1.0600 0 2 1.0100-15.4579 1.0100 -15.45821.0100 -15.4579 3 1.0700-13.0876 1.0700 -13.08781.0700 -13.0876 4 1.0556-16.5137 1.0551 -16.51391.0556 -16.5137 5 1.0900-16.5137 1.0900 -16.51391.0900 -16.5137 6 1.0431-17.3509 1.0429 -17.35121.0431 -17.3509 7 1.0393-16.8823 1.0395 -16.88251.0393 -16.8823 8 1.0498-15.1272 1.0497 -15.12741.0498 -15.1272 9 1.0546-14.1954 1.0547 -14.19551.0546 -14.1954 10 1.0475-14.5171 1.0471 -14.51721.0475 -14.5171 11 1.0263-17.1308 1.0267 -17.13101.0263 -17.1308 12 1.0284 -6.3732 1.0283 -6.37351.0284 -6.3732 13 1.0844 -5.4060 1.0843 -5.40611.0844 -5.4060 14 1.0632-14.9864 1.0633 -14.98661.0632 -14.9864 表1、表2分别列出了3种方法的交流系统、直流系统潮流计算结果，从中可以看出改进法与统一法的计算结果一致，这是由于改进法完全计及了交直流系统间的相互影响，从数学表达形式上严格解除了交直流变量之间的耦合关系，因此从理论上讲，它应该具有与统一法相同的计算精度.同时，由于交替法迭代过程中没有考虑交直流变量之间的耦合，导致该算法的精度不及统一法和改进法，表中结果也说明了这一点.另外，由表2可见，改进法可收敛于各VSC的控制目标.VSC1和VSC2，VSC3输出电压相角分别滞后和超前相应节点的交流母线电压相角，从而使得VSC1从交流电网吸收有功功率，VSC2，VSC3则向交流电网注入有功功率. 保持其余控制参数不变，只改变VSC2的有功功率设定值，通过改进法求得的VSC-MTDC各直流变量以及控制变量的变化曲线如图3所示.从图3可以看出，直流系统通过直流输电线路两端的电压差来传输有功功率;同时由于直流输电线路的电阻较小，在传输不同有功功率的情况下两端直流电压差均较小，有功功率的变化量主要体现在直流电流相应的增量上.另外从结果可以看出，输送有功功率的变化主要由控制量中的δ进行控制，而M基本保持不变，这个与前面得到的VSC-MTDC的运行特性相一致，也从另外一个侧面验证了改进法的有效性.表2 直流系统潮流计算结果Table 2 Results of power flows of DC systemVSC1统一法 2.0000 0.6186 10.3294 0.8221 1.2462 0.2099交替法2.0000 0.6186 10.3287 0.8220 1.2456 0.2099改进法 2.0000 0.6186 10.3294 0.8221 1.2462 0.2099 VSC2统一法 1.9920 -0.1811 -2.6368 0.8894 -0.3601 0.0187交替法 1.9920 -0.1810 -2.6370 0.8893 -0.3601 0.0187改进法 1.9920 -0.1811 -2.6368 0.8894 -0.3601 0.0187 VSC3统一法 1.9894 -0.4375 -6.4296 0.8923 -0.8663 -0.0864交替法 1.9894 -0.4374 -6.4291 0.8924 -0.8663 -0.0864改进法 1.9894 -0.4375 -6.4296 0.8923 -0.8663 -0.0864图3 不同Ps2，ref下VSC-MTDC各变量的变化曲线Fig.3 Curves for variables of VSC-MTDC under different P s2，ref保持其余控制参数不变，只改变VSC2的无功功率设定值，通过改进法求得的VSC-MTDC各直流变量以及控制变量的变化曲线如图4所示.由于有功功率设定值不变，因此两端直流电压和直流电流基本保持不变，无功功率的变化主要通过调节相应交流侧节点的电压幅值得以实现，所以主要由控制量中的M进行控制，但是从表2也可以看出，由于无功功率和δ还是存在一定的耦合作用，因此无功功率的变化也在一定程度上影响了δ.图4 不同Qs2，ref下VSC-MTDC各变量的变化曲线Fig.4 Curves for variables of VSC-MTDC under different Qs2，ref由于VSC3有功功率和无功功率的设定值不变，所以其直流变量以及控制变量的值基本保持不变，与图3、图4结果一致.图3和图4从另一个角度说明了改进法对于不同的控制目标均有良好的收敛性.本文还对经过修改的IEEE-30，IEEE-57节点交直流混合系统进行了潮流计算.表3给出了3个算例的3种潮流算法的计算性能比较，从计算时间上来看，改进法与其他2种算法处于同等数量级，且随着网络规模的增大，改进法依然是有效的，同时它的迭代次数没有受到明显的影响，因此改进法具有较强的实际应用价值，且程序的运行效率可满足在线实时计算的要求.表3 3个算例下潮流算法的性能比较Table 3 Comparison of performances among three kinds of power flow algorithmsIEEE-14 5 0.0067 4 0.0047 8 0.0080 IEEE-30 5 0.0323 4 0.0203 9 0.0452 IEEE-57 5 0.1413 4 0.0933 10 0.16134 结语本文首先确定了VSC-MTDC的稳态模型，然后建立了含VSC-MTDC的交直流混合系统潮流计算的数学模型，并针对统一法和交替法存在的不足，提出了改进算法.改进算法从数学表达形式上严格解除了交流变量和直流变量之间的耦合关系，具有与统一法相当的精度和良好的收敛性.同时，改进算法可以高效利用已有的纯交流系统潮流求解程序，大大降低了程序编制难度.测试结果表明，改进算法对于不同的控制目标、不同的控制方式组合以及不同的网络规模均是正确有效的.参考文献:【相关文献】[1]杨勇.高压直流输电技术发展与应用前景[J].电力自动化设备，2001，21(9):58-60.(YANG Yong.High voltage DC transmission technique and its future application[J].Electric Power Automation Equipment，2001，21(9):58-60.(in Chinese))[2]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京:中国电力出版社，2004:1-25.[3]SCHETTLER F，HUANG H，CHRISTL N.HVDC transmission systems using voltage sourced converters design and applications[C]// IEEE PES Summer Meeting:Vol.2.Alberta，Canada:IEEE，2000:715-720.[4]PILOTTOL A S，BIANCO A，WATANABE EH，et al.Back-to-back VSC devices:a new solution for the interconnection of asynchronous AC systems[C]//Cigre Session.Paris:[s.n.]，2000:14-203.[5]李庚银，吕鹏飞，李广凯，等.轻型高压直流输电技术的发展与展望[J].电力系统自动化，2003，27(4):71-81.(LI Geng-yin，LV Peng-fei，LI Guang-kai，et al.Development 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基于VSC的交直流混联网络交流侧对直流侧支持技术研究
基于VSC的交直流混联网络交流侧对直流侧支持技术研究在全球能源互联网技术的发展趋势下,电网将成为全世界最重要的能源输送和分配网络,其重要性不言而喻。
对比传统的电网换相技术,,基于VSC(voltage source converter,电压源换流器)的直流输电技术因具有更高的灵活性、更好的适用性等优点,在近年来得到了快速的发展。
因此,基于VSC的交直流混联网络的优化运行和研究越来越受到国内外学者的关注。
由于基于VSC的交直流装置接入方式多样、控制方式灵活,对电网运行和分析带来了新的挑战。
本文首先探讨了几种VSC接入交直流网络的方式,包括交直流双端互联、交直流背靠背互联以及交直流多端互联等方式,描述了每种连接方式的具体情况。
同时分析了VSC换流站交直流两侧的不同控制方式,分析每种组合控制方式的应用条件及其在潮流计算中的等效节点类型。
因VSC接入系统的多样性,传统的以节点建模的方法解决含VSC的交直流混联网络的最优潮流问题存在局限性。
本文提出了基于扩展支路的含VSC-HVDC交直流系统最优潮流模型,对含VSC的交直流混联进行统一建模,。
通过对2组不同接入方式下的算例进行仿真计算,结果表明,本文提出的模型可应用于含VSC的交直流混合网络、背靠背直流输电系统、多端直流输电系统等领域的最优潮流计算。
在多端交直流互联算例中,结果表明,相比多个交流网络单独运行,通过VSC将多个交流网络互联,可以提高交流网络的发电机经济效益。
VSC的交直流混联网络中,交流侧和直流侧系统电压存在着相互影响关系。
本文应用系统负荷裕度指标,描述系统的静态电压稳定裕度。
分析交直流混联网络交流侧对直流侧支持问题的策略和实现方法,提出一种负荷裕度计算模型和交流对直流电压支持计算模型。
最后,对一天24小时的负荷波动情况进行负荷裕度计算,当负荷裕度过低时启动电压支持模型进行优化计算,算例结果表明互支持模型的计算可以改善直流侧负荷过大时,直流电压和VSC传输功率的越限问题。
一种基于VSC-MTDC互联系统的多目标潮流优化方法
一种基于VSC-MTDC互联系统的多目标潮流优化方法陈刚;区允杰;孙景涛【摘要】对于多端柔性直流(voltage source converter based multi-terminal HVDC,VSC-MTDC)互联交直流系统,仅以网损最小作为单目标潮流优化存在不足,为此提出了一种多目标潮流优化方法.该方法基于电压源转换(voltage source converter,VSC)换流站基本功率、直流电网的潮流、交流电网的潮流以及VSC-MTDC的协调控制方程建立了潮流优化模型,并计及了VSC换流器的精确损耗以及不同协调控制方式对最优潮流的影响,同时考虑到进一步增加节点电压偏移最小和电网静态电压稳定裕度最大作为优化目标.鉴于该优化模型具有规模大、复杂度高以及非线性强的特点,将模拟退火粒子群算法(simulated annealing particle swarm optimization,SA-PSO)与预测-校正原对偶内点(predictor corrector primal-dual interior point,PC-PDIP)算法相结合作为一种混合最优潮流求解方法,不仅增强了寻优能力,还提高了收敛速度.最后利用含6端柔性直流系统改进的IEEE-39节点交直流电网进行算例分析,验证了所提方法的有效性、准确性.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2019(032)004【总页数】10页(P69-78)【关键词】多端柔性直流;互联交直流系统;多目标潮流优化;模拟退火粒子群算法;预测-校正原对偶内点【作者】陈刚;区允杰;孙景涛【作者单位】广东电网有限责任公司佛山供电局,广东佛山 528000;广东电网有限责任公司佛山供电局,广东佛山 528000;广东电网有限责任公司佛山供电局,广东佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】TM732随着电力电子技术的飞速发展，基于电压源型换流器的多端柔性直流(voltage source converter based multi-terminal HVDC, VSC-MTDC)互联系统具有多电源供电、多区域受电以及潮流调节快速、灵活等特点[1-3]，这使得其成为大规模可再生能源并网、输送的最有效手段。
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含VSC的交直流混联系统最优潮流及其损耗分析近年来,电力电子技术飞速发展,加上PWM控制技术的运用,以IGBT为主的全控型电力电子变换器占据了电流变换器的主导地位,其中IGBT为基础的电压源型变换器VSC的快速发展,使得两端柔性直流输电VSC-HVDC及多端柔性直流输电VSC-MTDC技术得以实现。
VSC-MTDC系统可实现多端供受电,相比于VSC-HVDC系统更具安全可靠性、运行方式更具灵活性及分布式电源消纳能力更好。
因此,研究含VSC-MTDC交直流混联系统最优潮流及其损耗问题,可为电力系统安全运行、系统方案规划、建设拓展方案等提供强有力依据,具有重要的价值及意义。
含VSC-MTDC的交直流混联系统潮流计算方法有别于传统纯交流系统计算,其计算更为复杂。
论文针对含VSC-MTDC交直流混联系统运用交替迭代法计算潮流
时,Newton-Raphson产生的雅可比矩阵元素在每次迭代时需重新计算,影响潮流计算收敛速度的问题,提出考虑换流站损耗及其容量约束,改进交流部分迭代的雅可比矩阵元素,即将交流侧有功无功与电压偏导与换流站损耗计算式结合,形成交替迭代法的改进算法。
含VSC的网格式拓扑的交直流混联系统中,各VSC功率双向流通,其参考量对潮流及损耗的影响较常用的辐射式拓扑结构更大。
论文提出将Newton-Raphson法与改进遗传算法相结合,以曲线拟合理论计算的换流站损耗及直流电压偏移量为目标函数的最优潮流算法,通过优化VSC参考电压及参考功率,合理分配潮流,从而提高换流效率,降低换流站损耗。
针对含VSC交直流混联系统多区域互联的最优潮流问题,论文考虑了由VSC-MTDC系统互联后各区域市场经济性与损耗分摊的问题。
以社会福利最大及损耗分摊最小为目标函数,考虑相应潮流约束,采用
NSGA-Ⅱ算法求解,分别得出系统Pareto最优解集及考虑N-1安全的Pareto最优解集。
在多个区域互联形成的互联互通电力市场机制下,极大限度的发挥电力余缺互补的优势,并且社会福利及损耗分摊会随潮流变化。
基于此,论文针对含有VSC-MTDC的三区域互联案例,进一步设计了跨区域电力互送的情景,结合经济学Pareto最优理论,研究了不同区域电力互送时,最优潮流变化引起Pareto-Front、各个节点损耗分摊及市场清算价的变化情形。
在MATLAB平台上编写程序并进行仿真,结果证明了本文所提方法的有效性及合理性。