一种基于HVAC和LCC-VSC HVDC混合系统的潮流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于HVAC和LCC‑VSC HVDC混合系统的潮流计算方法，主要步骤为：1)建立交直流混联系统模型；所述交直流混联系统模型主要包括交直流混联VSC换流站模型和交直流混联LCC换流站模型；2)对交直流混联系统进行协调控制；3)利用基于泰勒级数展开的牛顿‑拉夫逊法对交直流混联系统的稳态潮流计算。本发明专利技术考虑了下垂控制机制，丰富了交直流混合系统稳态分析的多控制场景应用，充分结合了LCC和VSC两者优势并提出了混合HVDC系统控制机制，有利于对交直流混合系统进行稳态潮流分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法
本专利技术涉及潮流计算领域，具体是一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法。
技术介绍
随着全球对环境污染、全球变暖、能源和资源危机等问题的日益关注，可再生能源发电成为近年来备受关注的话题。然而，如何高效、低成本地整合和传输可再生能源仍然是一个关键的挑战。同时，高压直流(HVDC)被证明是解决可再生能源整合问题的一个较好的解决方案。截至目前，已有两种成熟的HVDC技术可供选择：LCC-HVDC(基于电流源换流站的高压直流输电)和VSC-HVDC(基于电压源换流站的高压直流输电)。为了充分发挥各自的优势，LCC和VSC相结合的混合交直流系统受到了越来越多的关注。更重要的是，最近的研究表明，混合型交直流系统具有故障自清除能力。潮流计算是电力系统的三大计算之一，是电力系统稳态运行与控制的基础。交直流混联系统的常规潮流计算是交直流混联系统最基础的研究课题之一，它是安全性分析、机电暂态稳定性分析、电磁暂态稳定性分析的基础，机电暂态分析与电磁暂态分析首先需要给定初始状态，而初始状态的给定就需要进行常规潮流计算；同时其也是交直流混合系统运行可靠性的重要依据。因此，研究交直流混合系统常规潮流的模型与算法，以获得快速、精确、实用的确定性潮流结果是交直流混合系统稳态分析的基础，有着重要的研究意义与应用价值。在求解技术上，传统的交替迭代法易于实现，因为它可以使MTDC系统嵌入到现有的交流潮流软件中。然而，交替迭代法的收敛性较差，需要寻找更加先进的计算方法。过去，基于纯LCC或者纯VSC技术的交直流潮流求解已经做了大量的研究，因此针对这类问题的潮流算法已经相当成熟。遗憾的是，在这些研究中，没有建立精确的换流站模型，从而忽略了换流站的功率损耗，导致结果与实际情况相差太大；此外，由于没有考虑下垂控制机制，限制了交直流混合系统稳态分析的多场景应用；虽然目前考虑纯LCC或纯VSC系统的潮流已经成熟，但LCC和VSC换流站分别存在不同的模型和控制方程，两者各有长短。因此，在建立精确的换流站模型前提下，结合LCC和VSC两者优势并充分考虑混合HVDC系统协调控制策略的交直流混合系统的潮流分析算法亟待研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，主要包括以下步骤：1)建立交直流混联系统模型。所述交直流混联系统模型主要包括交直流混联VSC换流站模型和交直流混联LCC换流站模型。进一步，VSC换流站电路为：交流母线节点依次串联换流变压器、滤波器、换相电抗器和VSC节点。直流节点连接VSC换流站的直流侧。交流系统一共有nac个交流节点，其中包含一个平衡节点，nPQ个PQ节点和nPV个PV节点。VSC换流站包含nVSC个节点。1.1)建立交直流混联VSC换流站模型的主要步骤如下：1.1.1)获取VSC换流站数据，包括变压器阻抗Zt＝Rtf+jXtf、变压器导纳Gtf+jBtf＝1/Zt、电抗器阻抗Zc＝Rcf+jXcf、电抗器导纳Gcf+jBcf＝1/Zc、滤波器电纳jBf、交流节点的电压相量Us∠δs、滤波器节点的电压相量Uf∠δf和VSC换流站直流侧节点的电压相量Uc∠δc。其中，δs为交流节点电压相角。δf为滤波器节点电压相角。Xtf为变压器电抗。Xcf为电抗器电抗。1.1.2)建立注入交流系统的潮流方程，分别如公式(1)和公式(2)所示：建立注入VSC换流站的复功率方程，分别如公式(3)和公式(4)所示：式中，Pc为注入VSC换流站的有功功率。Qc为注入VSC换流站的无功功率。建立滤波器注入的复功率计算方程，即：式中，Qf为滤波器注入的无功功率。建立滤波器流向变压器的复功率方程，分别如公式(6)和公式(7)所示：式中，Psf为滤波器流向变压器的有功功率。Qsf为滤波器流向变压器的无功功率。建立注入换相电抗器的功率方程，分别如公式(8)和公式(9)所示：式中，Pcf为注入换相电抗器的有功功率。Qcf为注入换相电抗器的无功功率。1.1.3)建立VSC换流站损耗Pc,loss和流过VSC换流站的电流Ic的二次关系方程，即：Pc,loss＝a1|Ic|2+b1|Ic|+c1。(10)式中，a1、b1、c1为计算系数。流过VSC换流站的电流Ic如下所示：1.1.4)建立VSC换流站注入到直流系统的功率Pc,dc计算方程，即：Pc,dc＝-Pc-Pc,loss。(12)建立交直流混联LCC换流站模型的主要步骤如下：1.2.1)获取LCC换流站数据，包括直流电压Udc、直流电流Ic,dc、流过LCC换流站的交流电流Ic、换流变压器变比TLCC、交流节点电压相量Us∠δs和换相电抗Xt。1.2.2)建立LCC换流站的直流控制方程，分别如公式(13)至公式(15)所示：式中，nti代表换流桥的数目。θ是换流站控制角(整流器整流角或者逆变器熄弧角)。是换流站功率因数角。sign＝1表示换流站为整流换流站。sign＝-1表示换流站为逆变换流站。kγ为经验值。当考虑换相重叠角时，kγ＝0.995。1.2.3)LCC换流站换流站损耗如下所示：Pc,loss＝a2|Ic|2+b2|Ic|+c2。(16)式中，a2、b2、c2为计算系数。1.2.4)交流系统注入LCC换流站的复功率Ss＝Ps+jQs满足下式：Ps＝Pc,dc+Pc,loss。(17)式中，Ps为交流系统注入LCC换流站的有功功率。Qs为交流系统注入LCC换流站的无功功率。LCC换流站注入直流网络的有功功率Pc,dc如下所示：Pc,dc＝UdcIc,dc。(19)2)对交直流混联系统进行协调控制。对交直流混联系统进行协调控制的主要步骤如下：2.1)将直流节点分为三种类型，即：I)功率站节点：a)连接于LCC换流站且采用恒功率Pdc控制或者恒直流电流Idc控制的节点。b)连接于VSC换流站且采用恒Ps控制的节点。II)电压站节点：连接于LCC换流站和VSC换流站且采用恒直流电压Udc控制的节点。III)垂站节点：连接于VSC换流站且采用Udc-Pdc下垂控制或者Udc-Idc控制的节点。2.2)建立D-轴控制方程，即：式中，上标*表示对应参数的参考值。KPs、KUdc、KPdc,、KIdc分别是交流有功功率、直流电压、直流有功功率和直流电流的权系数。2.3)建立E-轴控制方程，即：式中，TLCC为换流变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于HVAC和LCC-VSC HVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，主要包括以下步骤：/n1)建立交直流混联系统模型；所述交直流混联系统模型主要包括交直流混联VSC换流站模型和交直流混联LCC换流站模型；/n2)对交直流混联系统进行协调控制。/n3)利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的稳态潮流计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)建立交直流混联系统模型；所述交直流混联系统模型主要包括交直流混联VSC换流站模型和交直流混联LCC换流站模型；
2)对交直流混联系统进行协调控制。
3)利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统的稳态潮流计算。


2.根据权利要求1所述的一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，VSC换流站电路结构为：交流母线节点依次串联换流变压器、滤波器、换相电抗器和VSC节点；直流节点连接VSC换流站的直流侧。


3.根据权利要求1所述的一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，建立交直流混联VSC换流站模型的主要步骤如下：
1)获取VSC换流站数据，包括变压器阻抗Zt＝Rtf+jXtf、变压器导纳Gtf+jBtf＝1/Zt、电抗器阻抗Zc＝Rcf+jXcf、电抗器导纳Gcf+jBcf＝1/Zc、滤波器电纳jBf、交流节点的电压相量Us∠δs、滤波器节点的电压相量Uf∠δf和VSC换流站直流侧节点的电压相量Uc∠δc；其中，δs为交流节点电压相角；δf为滤波器节点电压相角；Xtf为变压器电抗；Xcf为电抗器电抗；
2)建立注入交流系统的潮流方程，分别如公式(1)和公式(2)所示：






式中，Ps为注入交流系统的有功功率；Qs为注入交流系统的无功功率；
建立注入VSC换流站的复功率方程，分别如公式(3)和公式(4)所示：






式中，Pc为注入VSC换流站的有功功率；Qc为注入VSC换流站的无功功率；
建立滤波器注入的复功率计算方程，即：



式中，Qf为滤波器注入的无功功率；
建立滤波器流向变压器的复功率方程，分别如公式(6)和公式(7)所示：






式中，Psf为滤波器流向变压器的有功功率；Qsf为滤波器流向变压器的无功功率；
建立注入换相电抗器的功率方程，分别如公式(8)和公式(9)所示：






式中，Pcf为注入换相电抗器的有功功率；Qcf为注入换相电抗器的无功功率；
3)建立VSC换流站损耗Pc,loss和流过VSC换流站的电流Ic的二次关系方程，即：
Pc,loss＝a1|Ic|2+b1|Ic|+c1；(10)
式中，a1、b1、c1为计算系数；
流过VSC换流站的电流Ic如下所示：



4)建立VSC换流站注入到直流系统的功率Pc,dc计算方程，即：
Pc,dc＝-Pc-Pc,loss。(12)。


4.根据权利要求1所述的一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，建立交直流混联LCC换流站模型的主要步骤如下：
1)获取LCC换流站数据，包括直流电压Udc、直流电流Ic,dc、流过LCC换流站的交流电流Ic、换流变压器变比TLCC、交流节点电压相量Us∠δs和换相电抗Xt；
2)建立LCC换流站的直流控制方程，分别如公式(13)至公式(15)所示：









式中，nti代表换流桥的数目；θ是换流站控制角；所述换流站控制角分为整流侧的触发角和逆变侧的熄弧角；是换流站功率因数角；sign＝1表示换流站为整流换流站；sign＝-1表示换流站为逆变换流站；kγ为经验值；
3)LCC换流站换流站损耗如下所示：
Pc,loss＝a2|Ic|2+b2|Ic|+c2；(16)
式中，a2、b2、c2为计算系数；
4)交流系统注入LCC换流站的复功率Ss＝Ps+jQs满足下式：
Ps＝Pc,dc+Pc,loss；(17)



式中，Ps为交流系统注入LCC换流站的有功功率；Qs为交流系统注入LCC换流站的无功功率；
LCC换流站注入直流网络的有功功率Pc,dc如下所示：
Pc,dc＝UdcIc,dc。(19)。


5.根据权利要求1所述的一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，对交直流混联系统进行协调控制的主要步骤如下：
1)将直流节点分为三种类型，即：
I)功率站节点：a)连接于LCC换流站且采用恒功率Pdc控制或者恒直流电流Idc控制的节点；b)连接于VSC换流站且采用恒Ps控制的节点；
II)电压站节点：连接于LCC换流站和VSC换流站且采用恒直流电压Udc控制的节点；
III)垂站节点：连接于VSC换流站且采用Udc-Pdc下垂控制或者Udc-Idc控制的节点；
2)建立D-轴控制方程，即：



式中，上标*表示对应参数的参考值；KPs、KUdc、KPdc,、KIdc分别是交流有功功率、直流电压、直流有功功率和直流电流的权系数；
3)建立E-轴控制方程，即：



式中，TLCC为换流变压器变比；θ是换流站控制角；
4)建立Q-轴控制方程，即：



式中，KT、Kθ、KQs、KUac分别为换流变压器变比、换流站控制角，交流无功功率和交流电压的权系数；Qs为交流到VSC换流站的注入无功功率；Uac为交流电压。


6.根据权利要求1所述的一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于：交流系统一共有nac个交流节点，其中包含一个平衡节点，nPQ个PQ节点和nPV个PV节点；
VSC换流站包含nVSC个节点。


7.根据权利要求1所述的一种基于HVAC和LCC-VSCHVDC混合系统的潮流计算方法，其特征在于，利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法对交直流混联系统进行稳态潮流计算的主要步骤如下：
1)建立交流方程FAC(X)、VSC潮流...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐俊杰，舒铜，杜骁，林星宇，彭志云，郭小颖，袁艺嘉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50