基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法，通过引入质量工程中的田口，与交直流混合潮流计算结合形成船舶交直流混合概率潮流计算方法，可以进一步减少计算次数，提高计算效率；通过船舶交直流混合概率潮流计算能够掌握系统中各节点状态，进而进行功率分配和提高系统的经济性；本发明专利技术方法不局限与固定的网络结构，具有广泛的适用性和良好的延展性，可以适用于不同类型的船舶甚至是陆地交通工具。甚至是陆地交通工具。甚至是陆地交通工具。

【技术实现步骤摘要】
基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法


[0001]本专利技术涉及一种电力系统运行和船舶技术，特别涉及一种基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法。

技术介绍

[0002]在船舶电力系统中直流电制与交流电制相比，具有可简化发电设备，减少系统层级和设备冗余，可有效节省材料，降低燃料损耗等优势。采用直流电制的船舶电力系统，不再需要进行无功补偿，有利于限制和管理故障电流，从而提高潮流的可控性。伴随着电力电子化变换器的出新，原有交流设备与大量直流装置互联，船舶电力系统交流、直流电制互存，形成船舶交直流混合电力系统。
[0003]受船舶航行与复杂海况的影响，船舶交直流混合电力系统的运行呈现强随机性和不确定性，对船舶的安全、稳定运行造成严重影响。为了更准确的描述船舶运行过程中的不确定性，交直流混合概率潮流计算是评估船舶电力系统运行不确定性及安全稳定性的有效工具。然而，目前尚无船舶交直流混合电力系统的概率潮流计算方法。
[0004]概率潮流法是利用统计学的知识，将不确定性因素考虑到潮流计算中，建立多元非线性方程，利用不同的方法进行求解计算。目前，基于统计学的概率潮流计算方法大致可分为模拟法、近似法、解析法。其中，模拟法结果精准、但计算量大、效率低。考虑到精度优势，通常选用蒙特卡洛模拟法作为基准方法，用以衡量其他方法的准确性。近似法利用输入变量的分布特性，计及输入变量之间的相互关联性，可细分为点估计法、矩估计和状态变换，其计算效率可进一步挖掘。解析法常用半不变量法和序列运算方法，它的计算速度快，但计算过程复杂。

技术实现思路

[0005]为了提高船舶交直流混合概率潮流计算效率，节省计算成本，提出了一种基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法，充分挖掘系统中各元器件的特性，通过合理的数学建模和优化计算，保证计算结果的准确性和可靠性。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法，
[0007]1)确定船舶交直流混合电力系统拓扑结构；
[0008]2)建立系统中电缆、换流器、直流变换器数学模型，与传统交流系统模型一起构成交直流混合电力系统各节点数学模块；
[0009]3)根据船舶交直流混合电力系统中不确定变量及不确定变量对应的水准值，建立田口法正交矩阵，田口法正交矩阵用来确定实验方式和次数的；
[0010]4)根据步骤1)船舶交直流混合电力系统拓扑结构，确定母线类型及潮流计算收敛条件，确定交直流混合潮流计算初始值；
[0011]5)根据交直流混合电力系统各节点数学模块，计算节点导纳矩阵；
[0012]6)计算直流网络各节点参数：利用潮流计算方法求解直流系统中各节点电压偏移量、功率偏移量和电流偏移量，并计算迭代后各节点的电压、功率和电流的结束值；
[0013]7)计算交流网络各节点参数：利用潮流计算方法求解交流系统各节点的电压、功率和电流的结束值；
[0014]8)由系统节点的电压幅值及对应相角构成雅克比矩阵，判断雅克比矩阵是否需要修正，如不需要修正则进行下一步；如需要修正，利用雅克比矩阵求取电压幅值与相角的修正量，修正交直流变量以及换流器变量，重复5)～7)；
[0015]9)判断是否满足潮流计算收敛条件；判断是否完成田口正交实验表所有实验，如满足，则输出电压、功率和电流的统计值。
[0016]进一步，所述步骤3)中田口法正交矩阵的正交原则为：每一列出现各变量的水准值个数都相同；每两列出现各变量水准值的所有实验组，且任意两列中出现的各变量的水准值的所有实验组频率相同。
[0017]进一步，所述船舶交直流混合电力系统中不确定变量为电力推进系统负荷,从电力推进系统负荷累积分布概率中选取两点对应的电力推进系统负荷功率值作为田口法的两个水准值。
[0018]进一步，所述步骤6)所述潮流计算方法中第i个节点的直流系统潮流表达式为：
[0019][0020][0021]其中，j为与节点i关联的系统节点，P、Q分别为节点i负荷吸收的有功功率和无功功率，U为节点i电压，θ为节点i电压的相位差，G、B为节点i、j间的电导和电纳；k为节点i所在支路上直流节点，U
dk
、I
dk
、为直流节点k所对应换流器输出的直流电压、电流以及换流器的功率因相角；
[0022]对上式根据泰勒展开公式得到修正方程；求取雅克比矩阵元素值；求取功率和电流偏移量，并计算新的功率和电流值；求取电压偏移量及新的电压值。
[0023]进一步，所述步骤7)所述潮流计算方法中第i个节点的交流系统潮流表示式为：
[0024][0025][0026]式中，j为与节点i关联的系统节点，P、Q分别为节点i负荷吸收的有功功率和无功功率，U为节点i电压，θ为节点i电压的相位差，G、B为节点i、j间的电导和电纳；
[0027]对上式根据泰勒展开公式得到修正方程；求取雅克比矩阵元素值；求取功率和电流偏移量，并计算新的功率和电流值。
[0028]进一步，所述述步骤8)在迭代计算过程中利用迭代的结束值进行判断是否满足交直流混合潮流计算终止条件，其计算过程为步骤5)的反推过程。
[0029]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流
计算方法，通过引入质量工程中的田口，与交直流混合潮流计算结合形成船舶交直流混合概率潮流计算方法，可以进一步减少计算次数，提高计算效率；通过船舶交直流混合概率潮流计算能够掌握系统中各节点状态，进而进行功率分配和提高系统的经济性；本专利技术方法不局限与固定的网络结构，具有广泛的适用性和良好的延展性，可以适用于不同类型的船舶甚至是陆地交通工具。
附图说明
[0030]图1是本专利技术所述的概率潮流计算方法流程示意图；
[0031]图2是交直流混合电力系统电力推进系统功率消耗曲线图；
[0032]图3是交直流混合电力系统电力推进系统负荷概率密度分布曲线图；
[0033]图4是交直流混合电力系统电力推进系统负荷概率累积分布曲线图；
[0034]图5是本专利技术船舶交直流混合电力系统单线图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]如图1所示，采用本专利技术提供的一种基于田口法的船舶交直流混合概率潮流计算方法，具体步骤如下：
[0037]1、确定船舶交直流混合电力系统拓扑结构；
[0038]2、建立系统中电缆、换流器、直流变换器数学模型，与传统交流系统模型一起构成交直流混合电力系统各节点数学模块，以保证交直流混合电力系统概率潮流计算的完整性；
[0039]3、根据船舶交直流混合电力系统中不确定变量及不确定变量对应的水准值，建立田口法正交矩阵，田口法正交矩阵用来确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法，其特征在于，1)确定船舶交直流混合电力系统拓扑结构；2)建立系统中电缆、换流器、直流变换器数学模型，与传统交流系统模型一起构成交直流混合电力系统各节点数学模块；3)根据船舶交直流混合电力系统中不确定变量及不确定变量对应的水准值，建立田口法正交矩阵，田口法正交矩阵用来确定实验方式和次数的；4)根据步骤1)船舶交直流混合电力系统拓扑结构，确定母线类型及潮流计算收敛条件，确定交直流混合潮流计算初始值；5)根据交直流混合电力系统各节点数学模块，计算节点导纳矩阵；6)计算直流网络各节点参数：利用潮流计算方法求解直流系统中各节点电压偏移量、功率偏移量和电流偏移量，并计算迭代后各节点的电压、功率和电流的结束值；7)计算交流网络各节点参数：利用潮流计算方法求解交流系统各节点的电压、功率和电流的结束值；8)由系统节点的电压幅值及对应相角构成雅克比矩阵，判断雅克比矩阵是否需要修正，如不需要修正则进行下一步；如需要修正，利用雅克比矩阵求取电压幅值与相角的修正量，修正交直流变量以及换流器变量，重复5)～7)；9)判断是否满足潮流计算收敛条件；判断是否完成田口正交实验表所有实验，如满足，则输出电压、功率和电流的统计值。2.根据权利要求1所述基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤3)中田口法正交矩阵的正交原则为：每一列出现各变量的水准值个数都相同；每两列出现各变量水准值的所有实验组，且任意两列中出现的各变量的水准值的所有实验组频率相同。3.根据权利要求2所述基于田口法的船舶交直流混合电力系统概率潮流计算方法，其特征在于，所述船舶交直流混合电力系统中不确定变量为电力推进系统负荷,从电力推进系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇晴，张元玮，王乐，倪凤燕，陆笑蕾，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零四研究所，
类型：发明
国别省市：