專利名稱：：含vsc-hvdc的交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種含電壓源換流器型高壓直流輸電(VSC-HVDC)的交直流混合系統(tǒng)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法，屬于電力系統(tǒng)運行和控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)已進入?yún)^(qū)域性電網(wǎng)向全國性互聯(lián)電網(wǎng)過渡的階段。高壓直流輸電(HVDC)在超遠(yuǎn)距離輸電和系統(tǒng)互聯(lián)中的優(yōu)勢較為明顯，我國的南方電網(wǎng)、華東電網(wǎng)已經(jīng)形成交直流混合輸電網(wǎng)絡(luò)。交直流混合系統(tǒng)具有較大的輸送容量和更為靈活的運行方式，多條直流聯(lián)絡(luò)線的引入，提高了整個系統(tǒng)的可控程度，但同時也帶來一些特殊問題，使交直流混合系統(tǒng)安全穩(wěn)定性問題更加突出，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行和控制提出了更高的要求。采用晶閘管換流設(shè)備的傳統(tǒng)HVDC，只能控制導(dǎo)通角，需反向電壓以實現(xiàn)關(guān)斷，晶閘管換流設(shè)備可能出現(xiàn)的換相失敗故障，成為系統(tǒng)安全運行的一大威脅；而換流過程要消耗大量無功，更對其接入的交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著新型電力電子器件和控制技術(shù)的快速發(fā)展，采用電壓源換流器(VSC)和脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的電壓源換流器直流輸電(VSC-HVDC)系統(tǒng)已經(jīng)投入運行。VSC-HVDC可對交直流混合系統(tǒng)交流母線無功功率進行動態(tài)補償，為受端系統(tǒng)提供良好的電壓支撐，有利于防止系統(tǒng)中晶閘管換流設(shè)備的換相失敗，并有助于在故障后快速恢復(fù)直流功率。因此，VSC-HVDC在向無源網(wǎng)絡(luò)供電、連接分布式發(fā)電系統(tǒng)、交流電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，引入VSC-HVDC成為改善交直流混合系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的較有潛力的方案。本發(fā)明基于VSC-HVDC的穩(wěn)態(tài)潮流方程，針對電壓穩(wěn)定性問題，建立含VSC-HVDC的交直流混合系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定靜態(tài)模型，采用基于統(tǒng)一迭代法的連續(xù)潮流法，分析含VSC-HVDC的交直流混合系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定問題，研究VSC-HVDC元件對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響，為進一步研究含有VSC-HVDC的交直流電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定特性奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種含VSC-HVDC的交直流混合系統(tǒng)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明為一種含VSC-HVDC的交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法，其特征在于包括以下步驟(1)輸入交流電網(wǎng)的線路參數(shù)數(shù)據(jù)，形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，包括輸電線路的支路號、首端節(jié)點和末端節(jié)點編號、變壓器變比和阻抗、串聯(lián)電阻電抗、并聯(lián)電導(dǎo)電納；(2)輸入直流網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、VSC-HVDC換流器控制方式及相應(yīng)的設(shè)定值；VSC-HVDC換流器可以選擇的控制方式有以下4種定直流電壓Ud、交流無功功率Qt控制，定直流電壓Ud、交流母線電壓Ut控制，定交流有功功率Pt、交流無功功率Qt控制，定交流有功功率Pt、交流母線電壓Ut控制，所述設(shè)定值指Ud、Qt、Ut、Qt、Pt的常用值；5(3)含VSC-HVDC的交直流混合系統(tǒng)變量初始化，交流系統(tǒng)中直流節(jié)點的類型按控制方式設(shè)為PQ、PV節(jié)點，功率和電壓參數(shù)由點注入功率和節(jié)點電壓的初始值給出；按照節(jié)點是否接有換流變壓器，可將節(jié)點分為直流節(jié)點和純交流節(jié)點直流節(jié)點是指換流變壓器的一次側(cè)所連接的節(jié)點，純交流節(jié)點是指不與換流變壓器相連的節(jié)點；系統(tǒng)的節(jié)點總數(shù)為n，其中VSC的個數(shù)為nc，則直流節(jié)點數(shù)為nc，純交流節(jié)點數(shù)為na=n-nc；交直流混合系統(tǒng)的節(jié)點編號順序為1na節(jié)點為純交流節(jié)點，其中有一個平衡節(jié)點；na+Ιη節(jié)點為直流節(jié)點；連續(xù)潮流的迭代初值L=0，直流系統(tǒng)中各變量的迭代初值由下式得出權(quán)利要求一種含VSCHVDC的交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法，其特征在于包括以下步驟(1)輸入交流電網(wǎng)的線路參數(shù)數(shù)據(jù)，形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，包括輸電線路的支路號、首端節(jié)點和末端節(jié)點編號、變壓器變比和阻抗、串聯(lián)電阻電抗、并聯(lián)電導(dǎo)電納；(2)輸入直流網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、VSCHVDC換流器控制方式及相應(yīng)的設(shè)定值；VSCHVDC換流器可以選擇的控制方式有以下4種定直流電壓Ud、交流無功功率Qt控制，定直流電壓Ud、交流母線電壓Ut控制，定交流有功功率Pt、交流無功功率Qt控制，定交流有功功率Pt、交流母線電壓Ut控制，所述設(shè)定值指Ud、Qt、Ut、Qt、Pt的常用值；(3)含VSCHVDC的交直流混合系統(tǒng)變量初始化，交流系統(tǒng)中直流節(jié)點的類型按控制方式設(shè)為PQ、PV節(jié)點，功率和電壓參數(shù)由點注入功率和節(jié)點電壓的初始值給出；按照節(jié)點是否接有換流變壓器，可將節(jié)點分為直流節(jié)點和純交流節(jié)點直流節(jié)點是指換流變壓器的一次側(cè)所連接的節(jié)點，純交流節(jié)點是指不與換流變壓器相連的節(jié)點；系統(tǒng)的節(jié)點總數(shù)為n，其中VSC的個數(shù)為nc，則直流節(jié)點數(shù)為nc，純交流節(jié)點數(shù)為na＝nnc；交直流混合系統(tǒng)的節(jié)點編號順序為1～na節(jié)點為純交流節(jié)點，其中有一個平衡節(jié)點；na+1～n節(jié)點為直流節(jié)點；連續(xù)潮流的迭代初值L＝0，直流系統(tǒng)中各變量的迭代初值由下式得出<mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>U</mi><mi>dk</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mi>dk</mi><mi>ref</mi></msubsup><mo>,</mo><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>∈</mo><mi>CV</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>U</mi><mi>dk</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mi>dk</mi><mi>N</mi></msubsup><mo>,</mo><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>∉</mo><mi>CV</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>dk</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>tk</mi></msub><mo>/</mo><msubsup><mi>U</mi><mi>dk</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>δ</mi><mi>k</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>tk</mi></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>U</mi><mi>tk</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>/</mo><msub><mi>X</mi><mi>Lk</mi></msub><mo>+</mo><msubsup><mi>U</mi><mi>tk</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>/</mo><msub><mi>X</mi><mi>fk</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>tk</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>M</mi><mi>k</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><msqrt><mn>6</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>tk</mi></msub><msub><mi>X</mi><mi>Lk</mi></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>U</mi><mi>tk</mi></msub><msubsup><mi>U</mi><mi>dk</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mi>sin</mi><msubsup><mi>δ</mi><mi>k</mi><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced>式中，k表示接入直流網(wǎng)絡(luò)的第k個VSC，CV表示第k個換流器為定直流電壓控制，CV表示第k個換流器不屬于定直流電壓控制，k＝1，2，...，nc；上標(biāo)0表示第k個VSC迭代初值，上標(biāo)ref表示為設(shè)定值，上標(biāo)N表示為額定值，下標(biāo)t表示此節(jié)點為直流節(jié)點，t＝1，2，...，nc；為交流系統(tǒng)連接處的電壓相量；Udk為第k個VSC直流側(cè)電壓，Idk為第k個VSC直流側(cè)電流；Ptk和Qtk分別為交流系統(tǒng)流入換流變壓器的有功功率和無功功率；XLk為換流變壓器電抗，Xfk為交流濾波器電抗；Mk為第k個VSC的調(diào)制度；dk＝qtkqck，qck為第k個VSC輸出基波電壓的相角；(4)計算含VSCHVDC交直流系統(tǒng)的常規(guī)潮流方程即當(dāng)λ＝0時，由下式求出初始解<mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>ΔP</mi><mi>ai</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>ai</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>U</mi><mi>ai</mi></msub><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>j</mi><mo>∈</mo><mi>i</mi></mrow></munder><msub><mi>U</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>G</mi><mi>ij</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>θ</mi><mi>ij</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>B</mi><mi>ij</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>θ</mi><mi>ij</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>Gi</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>P</mi><mi>Li</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>λ</mi><mi>l</mi></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>ΔQ</mi><mi>ai</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Q</mi><mi>ai</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>U</mi><mi>ai</mi></msub><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>j</mi><mo>∈</mo><mi>i</mi></mrow></munder><msub><mi>U</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>G</mi><mi>ij</mi></msub><mi>sin</mi><msub>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得f′xdx+f′λdλ＝0，即<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>f</mi><mi>x</mi><mo>′</mo></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>f</mi><mi>λ</mi><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>d</mi><mi>x</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>d</mi><mi>λ</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>式中，為潮流方程關(guān)于x的雅克比矩陣，為潮流方程關(guān)于l的偏導(dǎo)數(shù)，為所要求出的切向量；在步驟(4)所得潮流結(jié)果的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)潮流解曲線上的當(dāng)前解為(xl，λl)T，T表示轉(zhuǎn)置；取切線為預(yù)測方向，沿著λ的切線增長方向的初始預(yù)測值記為(xl+1′，λl+1′)T；(6)將(xl+1′，λl+1′)T代入潮流方程中，計算出預(yù)測值為<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><msub><mi>x</mi><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>′</mo></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>′</mo></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>+</mo><mi>h</mi><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>d</mi><mi>x</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>d</mi><mi>λ</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>式中，eK為第K個元素為+1，其余元素均為0的行向量，其維數(shù)為2(n1)+4nc+1；矩陣的維數(shù)為[2(n1)+4nc+1]？[2(n1)+4nc+1]；h為預(yù)測步長，其極小值設(shè)為hmin(hmin為人為設(shè)定精度值)；(7)判斷是否達到臨界點，當(dāng)|l′l+1l′l|/l′l＜e(e為人為設(shè)定的精度值)，系統(tǒng)達到臨界狀態(tài)，此時l′l對應(yīng)的工作點即為臨界點，計算結(jié)束，并輸出計算結(jié)果；若沒有達到臨界點，則執(zhí)行下一步，進行校正；(8)固定預(yù)測環(huán)節(jié)中所求出的λl+1＝λl+1′，將代入中，進行迭代求解，此為垂直校正方法；(9)若步驟(8)收斂，則求得此為解曲線上的精確解；使L＝L+1，返回到步驟(5)，以精確解作為新的預(yù)測值進行新的迭代；(10)若步驟(8)不收斂，再判斷此時校正環(huán)節(jié)所采用牛拉法的迭代計算次數(shù)lc是否越限，若是，則減小步長h，使L＝L+1，返回到步驟(5)重新進行迭代；若lc沒有越限，則選擇新的連續(xù)參數(shù)，即選擇此時具有最大變化速率的節(jié)點K的電壓xK作為連續(xù)參數(shù)，采用水平校正方法對潮流方程求解，得出解曲線上的精確解，此時的迭代格式為<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>f</mi><mi>x</mi><mo>′</mo></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>f</mi><mi>λ</mi><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>e</mi><mi>K</mi><mi>T</mi></msubsup></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>Δx</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Δλ</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mo>-</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>之后返回到步驟(6)。FSA00000298069100012.tif,FSA00000298069100013.tif,FSA00000298069100014.tif,FSA00000298069100022.tif,FSA00000298069100024.tif,FSA00000298069100025.tif,FSA00000298069100026.tif,FSA00000298069100031.tif,FSA00000298069100033.tif,FSA00000298069100034.tif,FSA00000298069100035.tif,FSA00000298069100036.tif,FSA00000298069100037.tif全文摘要本發(fā)明公布了一種含VSC-HVDC的交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法。本發(fā)明針對電壓穩(wěn)定性問題，通過確定含VSC-HVDC交直流系統(tǒng)的潮流方程及換流器方程，考慮負(fù)荷和發(fā)電機出力的變化，形成含參變量的潮流方程，建立含VSC-HVDC的交直流混合系統(tǒng)的靜態(tài)模型，并采用基于統(tǒng)一迭代法的連續(xù)潮流法對該模型進行分析，研究VSC-HVDC元件對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響。本發(fā)明為進一步研究含VSC-HVDC的交直流混合系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定特性奠定了基礎(chǔ)。文檔編號H02J3/00GK101976836SQ20101050330公開日2011年2月16日申請日期2010年9月30日優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日發(fā)明者衛(wèi)志農(nóng),孫國強,韋延方申請人:河海大學(xué)