基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法技术

一种基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法，通过双端发电机等效的方式来实现直流输电线路在交流系统中的转换，整体合成优化模型并进行优化计算分析，与传统的优化算法相比具有较高的灵活性及可操作性。

A hybrid power flow optimization method based on double end generator equivalent alternating current and direct current

An AC-DC hybrid power flow optimization method based on two terminal equivalent generator, the double end generator equivalent way to achieve conversion in AC system in DC transmission line are calculated to optimize the overall synthesis and optimization model, compared with the traditional optimization algorithm has higher flexibility and operability.

【技术实现步骤摘要】
基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法
本专利技术涉及交直流混合网络，特别是一种基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法。
技术介绍
电网的复杂性与多样性使得网络的结构、模式不断地发生变化，随着大功率电力电子技术的发展，使得直流输电受到青睐，目前直流输电已走向普遍，直流输电是通过电力电子器件来实现电流的变换，从而实现直流输电的过程。远距离大功率输送促使直流输电进一步发展。直流输电系统可以提高系统抗故障的能力，可以减轻电网崩溃的危险。目前，直流、柔性直流输电已经广泛投入应用，基于直流线路在交流系统中的运行、潮流分配以及最优潮流问题，针对交流系统中的直流线路的不同等效方式来实现交直流潮流的混合优化。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法，首先通过将直流系统加以等效，使直流系统的数据加入至交流系统中，其次将直流线路的功率损耗函数加至优化方程的约束中，之后进行潮流优化计算，将得到的结果，属于直流线路的数据转化为原始数据，输出至屏幕。本专利技术的技术解决方案如下：具体实现步骤如下：步骤一：将交流系统网络及参数、直流系统网络与参数分别列入发电机组、母线组、线路数据组的矩阵中，如图1～3所示；步骤二：采用双端发电机等效法，将直流线路的两端等效为一对虚拟发电机组；步骤三：将发电机组与直流线路数据加入至交流系统的参数中；步骤四：建立整体潮流优化模型，使用内点法进行优化计算求解。优化方法具体实施内容如下：1)将直流系统进行双端等效设计：①直流输电线路两端等效为两组虚拟发电机，即将直流线路两端各视为发电机节点，一端传输有功功率，一端接收功有功率，首端“from”端相当于发出负功率为Pf的电机，末端“to”端相当于接收了Pt的有功功率的电机，将虚拟发电机组其加入到发电机矩阵数据当中；②直流线路的损耗为线路首端功率的一次函数，这种等效形式忽略了直流线路与换流站的具体情况，单纯地将线路损耗与换流损耗(Voltage-Source-Converter，简称为VSC)合并为一线性约束，如下式所述：Ploss＝l0+l1Pf并将其进一步变形整理为首末端功率的约束，写入优化模型的等式约束之中；Pt＝(1-l1)Pf-l02)通过交流及直流系统的参数建立整体的优化模型，以系统发电成本最小为目标函数，发电成本为功率的二次函数形式，即总成本可以写成如下形式：其中，Pj为每台发电机组发出的功率，aj2、aj1、aj0分别为系统发电成本的二次项系数、一次项系数和常数项系数，j＝1……k，k为发电机个数；3)建立与目标所联系的系统约束条件，包括潮流等式非线性约束、机组运行约束、直流线路损耗约束等。PG-PD-Vi∑Vj(Gijcosθij+Bijsinθij)＝0QG-QD-Vi∑Vj(Bijcosθij-Gijsinθij)＝0Pimin≤Pi≤PimaxQimin≤Qi≤QimaxVimin≤Vi≤Vimaxθimin≤θi≤θimaxPt＝(1-l1)Pf-l0其中，PG为发电机发出的功率，PD为负荷功率，Vi为节点i的电压，Gij、Bij为系统导纳矩阵中第ij个元素的有功分量、无功分量，即两节点之间的电导、电纳，sinθ、cosθ为节点电压相角之差，Pi、Qi分别为节点i的有功、无功功率，Vi、θi分别为节点i的电压幅值与相角；4)得到整体的优化目标模型后，通过内点法进行潮流优化计算；5)将发电机矩阵中的虚拟发电机数据转化为直流线路双端功率数据。本专利技术的有益效果是：1)传统电网优化方法只考虑交流电源和交流负载，本专利技术考虑在交流系统中的直流线路及其损耗函数，采用经济性最优的原理规划各发电厂合理发电，并按一定规则输送电能。2)针对交直流混合网络实际工程进行规划，证明了该方法的有效性和实用性。附图说明图1是本专利技术基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法流程图。图2是直流输电线路等效为双端发电机示意图。图3是直流线路传输损耗示意图。图4是具体实施的网络图，其中(a)为交流网络，(b)是交直流混合网络。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。图1是本专利技术基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法的流程图，本专利技术基于交直流混合系统来进行潮流优化方法，首先通过将直流系统加以等效加入至交流系统中，其次将直流线路的功率损耗函数加至优化方程的约束当中，之后进行潮流优化计算，将得到的结果中属于直流线路的数据转化成原始数据，输出至屏幕。本专利技术的具体实现步骤如下：第一步，将直流系统进行双端等效设计：直流输电线路两端等效为两组虚拟发电机，即将直流线路两端各视为发电机节点，一端传输有功功率，一端接收有功功率，如图2所示，“from”端相当于发出负功率为Pf的电机，“to”端相当于接收了Pt的有功功率的电机，通过内部转换将其加入到电机矩阵的数据中，将潮流网络方程写为如下矩阵形式；系统母线数据矩阵每行元素对应系统中物理意义如下所示：busdatabus_itypePdQdGsBsareaVmVabaseKVzoneVmaxVmimn1为系统母线数bus_i表示节点的编号；type为节点的类型，PQ节点代号为1，PV节点代号2，平衡节点代号3；Pd为负荷所需要的有功功率；(有铭值)，Qd为负荷所需要的无功功率；(有铭值)，Gs表示和节点并联的电导，非线路上的电导，一般该列为0；Bs表示和节点并联的电纳，非线路上的电纳，一般该列为0，areanumber表示母线的断面号，一般设置为1；Vm表示该节点电压的初始幅值(标幺值)；Va，表示该节点电压的初始相位角度；baseKV，表示该节点的基准电压；(有铭值)zone表示母线的省损耗区域，一般设置为1；maxVm为该节点所能接受的最大电压；(标幺值)minVm为节点所能接受的最小电压(标幺值)。系统发电机数据矩阵每行元素对应系统中物理意义如下所示：generatordatabusPgQgQmaxQminVgmBasestatusPmaxPminn2为系统发电机数busnumber是发电机节点的编号；Pg发电机节点输出的有功；(有铭值)Qg发电机节点输出无功，如果为平衡节点Pg，Qg则设置为0；(有铭值)Qmax该节点能接受输出最大无功功率；(有铭值)Qmin该节点能接受输出最大有功功率；(有铭值)Vg该节点电压的标幺值；mBase该发电机的容量(有铭值)；status表示发电机的运行状态，1表示投入，0表示否Pmax允许输出的最大有功功率；(有铭值)Pmin允许输出的最大无功功率；(有铭值)系统支路数据矩阵每行元素对应系统中物理意义如下branchdatafbustbusrxbrateArateBrateCratioauglestatusangminangmaxn3为系统支路数f为支路首端号；t为支路末端号；r为支路电阻的标幺值；x为支路电抗的标幺值；b为支路电纳的标幺值；rateA为长距离输电支路所允许的容量(有铭值)；rateB为短距离输电支路所允许的容量(有铭值)；rateC为紧急输电支路所允许的容量(有铭值)；ratio是支路变比，不含变压器设置为0；含有变压器变比为支路首端电压和末端电压之比：angle为支路相位角度，若为变压器则为转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)将交流系统网络数据、直流系统网络数据分别列入发电机组矩阵、母线组矩阵、线路数据组的矩阵；2)采用双端发电机等效法，将直流线路的首末两端等效为一对虚拟发电机组，并将虚拟发电机组加入系统发电机组中；3)并将直流线路的损耗函数Pt＝(1‑l1)Pf‑l0加入系统优化的约束条件，Pf为直流线路首端功率，Pt为直流线路末端功率，符号为负，l0与l1为损耗参数；4)建立整体潮流优化模型，使用原对偶内点法进行优化计算求解；5)将求解结果中的虚拟发电机双端功率数据Pf、Pt提出，并转化为直流线路双端功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于双端发电机等效的交直流混合潮流优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)将交流系统网络数据、直流系统网络数据分别列入发电机组矩阵、母线组矩阵、线路数据组的矩阵；2)采用双端发电机等效法，将直流线路的首末两端等效为一对虚拟发电机组，并将虚拟发电机组加入系统发电机组中；3)并将直流线路的损耗函数Pt＝(1-l1)Pf-l0加入系统优化的约束条件，Pf为直流线路首端功率，Pt为直流线路末端功率，符号为负，l0与l1为损耗参数；4)建立整体潮流优化模型，使用原对偶内点法进行优化计算求解；5)将求解结果中的虚拟发电机双端功率数据Pf、Pt提出，并转化为直流线路双端功率。2.根据权利要求1所述的交直流混合网络优化方法，其特征在于，所述的双端发电机等效法的步骤如下：通过交流系统及直流系统的参数建立整体的优化模型，以下列系统发电的总成本最小为目标函数，发电成本为发出功率的二次函数形式：其中，Pj为每台发电机组发出的功率，每台电机发电成本为发出功率的二次函数，aj2、aj1、aj0分别为系统发电成本的二次项、一次项与常数项的系数，j＝1……k，k为发电机的个数；2)建立与目标相关的优化约束条件如下：PG-PD-Vi∑Vj(Gijcosθij+Bijsinθij)＝0QG-QD-Vi∑Vj(Bijcosθij-Gijsinθij)＝0Pimin≤Pi≤PimaxQimin≤Qi≤QimaxVimin≤Vi≤Vimaxθimin≤θi≤θimax其中，PG为发电机发出的功率，PD为负荷功率，Vi为节点i的电压，Gij、Bij为系统导纳矩阵中第ij个元素的有功、无功分量，即两节点之间的电导、电纳，sinθ、cosθ为节点电压相角之差，Pi、Qi分别为节点i的有功功率、无功功率，Vi、θi分别为节点i的电压幅值与相角；3)将直流系统进行双端等效设计：①直流输电线路两端等效为两组虚拟发电机，即将直流线路两端各视为一个发电机节点，直流线路的首端相当于发出负功率为Pf的电机，直流线路的终端相当于接收了Pt的有功功率的电机，并将虚拟发电机的数据加入到发电机组矩阵的数据中；②直流线路的损耗为线路首端功率的一次函数，这种等效形式忽略了直流线路与换流站的具体情况，单纯地将线路损耗与柔性直流换流器损耗合并为一线性约束：Ploss＝l0+l1Pf其中，Pf为直流线路首端的功率，P...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄阮明，郭明星，吕东璘，韩蓓，李国杰，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31