一种柔性互联交直流混合配电网的潮流计算方法
【专利摘要】本发明提供了一种柔性互联交直流混合配电网的潮流计算方法，其包括步骤:A.建立交流配电系统和直流配电系统模型；B.分拆交流和直流混合配电系统；C.建立交流子网和直流子网之间功率交换接口的数学模型；D.对交流子网进行潮流计算；E.对直流子网的进行潮流计算；F.输出潮流计算结果。本发明提供的技术方案将交直流混合配电系统分拆为交流系统和直流系统并分别予以计算，采用不同潮流计算方法，只在特定计算节点上进行功率交换，大大提升了计算速度。
【专利说明】
一种柔性互联交直流混合配电网的潮流计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种配电网运行的潮流计算方法，具体讲涉及一种柔性互联交直流混 合配电网的潮流计算方法。
【背景技术】
[0002] 交直流混合配电网可更好的接纳分布式电源和直流负荷，缓解城市电网站点走廊 有限和负荷密度高的矛盾，同时可在负荷中心提供动态无功支持，并提高系统的安全稳定 水平。在交直流混合配电网中，柔性直流技术改变了配电网的拓扑结构，提升了分区间的潮 流控制能力。但交直流混合配电系统中出现的网络及大量直流设备大幅改变了传统交流配 电网的网架结构和运行方式。
[0003] 潮流计算是电力系统计算的基本内容之一，也是电力系统安全稳定计算分析的基 础，在规划设计、运行控制中广泛应用。对交直流混合配电系统需要开发相应的快速仿真工 具，潮流仿真计算是交直流混合配电网仿真的基本功能。随着交直流混合电网规模的不断 扩大，其给潮流仿真计算的收敛性带来了新的挑战。超大规模交直流混合配电网的工程计 算中经常会遇到潮流计算收敛困难甚至不收敛的现象，导致无法有效获取可行解，严重制 约了工作效率，并影响了后续的安全稳定计算分析。现有的交流系统的潮流计算方法已较 为成熟，但是超大规模交直流混合配电系统潮流计算的收敛性问题一直是难点，同时针对 交直流网络的潮流计算算法主要的集中在输电网领域，配电网络的结构和参数不对称性、 网络规模的复杂性等特点造成交直流混合潮流计算方法与输电网中的潮流计算方法的不 同。
[0004] 因此，需要提供一种技术方案来满足现有技术的需要。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种柔性互联交直流混合配电网的潮 流计算方法，其包括如下步骤：
[0006] A.建立交流配电系统和直流配电系统模型；
[0007] B.分拆交流和直流混合配电系统；
[0008] C.建立交流子网和直流子网之间功率交换接口的数学模型；
[0009] D.对所述交流子网进行潮流计算；
[0010] E.对所述直流子网的进行潮流计算；
[0011] F.输出潮流计算结果。
[0012] 步骤A包括:建立交流系统潮流方程和直流系统潮流方程。
[0013] 交流系统潮流方程如下所示： ^ -^Gi -Poa + Btisin%)
[0014] \ 〇,!, ~ Qnu，. ~ Qm, ri ~ B" cos °n )
[0015]式中：Pdi为所述交流系统中节点i处负荷的有功值，Qdi为所述交流系统中节点i处 负荷的无功值；
[0016] PDCi为所述交流系统中节点i接入的分布式电源的有功功率，QDCi为所述交流系统 中节点i接入的分布式电源的无功功率；
[0017] PDCl为节点i处负荷的所述直流子网对所述交流子系统注入的有功值，Q DCl为节点i 处负荷的所述直流子网对所述交流子网注入的无功值；
[0018] Vi为节点i的电压幅值，Vj为节点j的电压幅值；
[0019] Gij为线路ij导纳的实部，Bij为线路ij导纳的虚部；
[0020] 0ij为节点i和节点j电压的相角差，其中1、_]_￡[0，扪4为所述交流系统中的节点总 数。
[0021 ]直流系统潮流方程如下所示：
[0023]式中，Pdi为所述直流系统中节点i处负荷的有功值；
[0024] PDCi为所述直流系统中节点i接入的分布式电源的有功功率，PACi为节点i处负荷的 交流子网对直流子网注入的有功值；
[0025] 1为所述直流系统中节点i的电压幅值，％为所述直流系统中节点j的电压幅值；
[0026] Gij为直流线路i j导纳的实部，其中i、j G [0，N]，N为所述直流系统中节点总数；
[0027] 说_^^为整流侧电压，n?为整流桥臂个数，a为整流侧触发角，X?为整流侧换流 电抗，IDCm为直流电流；
[0028] Ulnverter.m为逆变侧电压，nim为逆变桥臂个数，Y为逆变侧熄弧角，Xlm为逆变侧换流 电抗。
[0029] 步骤B包括：
[0030] 以柔性互联装置为分拆点，将所述交直流混合配电系统分拆为交流子网和直流子 网。
[0031 ]步骤C中所述功率交换数学模型如下所示：
[0033]式中，换流器交流侧的有功功率，P为换流器直流侧的有功功率，APm为换 流器两侧有功功率的差值；
[0034] QDCm为所述直流系统接口处的传输功率，所述交流系统接口处的传输功率； [0035] UCm为直流系统接口处的电压；
[0036] PCm为直流系统接口处的有功功率，QCm为直流系统接口处的无功功率；
[0037] Xl为所述交流系统与所述直流系统间连接的换流电抗。
[0038] 步骤D包括:采用三相前推回代法进行所述交流子网的潮流计算，其包括前推过程 和回代过程。
[0039] 步骤E包括:采用并行计算对所述直流子网的进行潮流计算。
[0040] 步骤F包括：当所述交流系统和所述直流系统的计算均收敛时，输出相应的结果作 为最终的潮流计算结果；
[0041] 否则，修正所述交流子网和所述直流子网的功率的注入值，重新进行计算直至收 敛。
[0042]与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下益效果：
[0043] 1、本发明可以实现对交直流混合配电网进行潮流仿真计算，弥补该领域的不足与 空白。
[0044] 2、本发明将交直流混合配电系统分拆为交流系统和直流系统分别计算，采用不同 潮流计算方法，只在特定计算节点上进行功率交换，利于并行，计算速度提升明显。
[0045] 3、本发明的交流侧采用三相前推回代算法计算，能够实现对三相不平衡配电系统 的计算。
【附图说明】
[0046] 图1是含多类型分布式电源的交直流混合配电网网络图；
[0047] 图2是本发明的是本发明的柔性互联交直流混合配电网网络图；
[0048] 图3是本发明的交直流混合配电网接口图；
[0049] 图4是本发明的交直流混合配电网功率交换图；
[0050] 图5是本发明的交流子网潮流计算方法图；
[0051 ]图6是本发明的交直流混合配电网潮流计算流程图。
【具体实施方式】
[0052]下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0053] 如图1和2所示的典型交直流混合配电网拓扑结构，图1为不含分布式电源的交直 流混合配电网，图2为含光伏、风电等典型分布式电源接入的混合交直流配电网。
[0054]本发明提供的方法：
[0055] Step 1:根据换流器的位置将交直流混合配电网分拆为交流子网和直流子网，并 在此基础上建立交直流配电系统的模型，包括交流系统的潮流方程和直流系统的潮流方 程，其中交流子网潮流方程如下所示：
[0057]式中，Pdi、Qdi为交流网络中节点i处负荷的有功值和无功值;PDGi、QDGi为交流网络 中节点i接入的分布式电源的有功功率和无功功率;PDCi、QDCi为节点i处负荷的直流子网对 交流子网注入的有功值和无功值;Vi、Vj分别为节点i、j的电压幅值;Gi j、Bi j为线路i j导纳的 实部和虚部，9ij为节点i、j电压相角差，其中1、#[0，幻4为网络中节点总数。
[0058] 直流子网潮流方程为：
[0060]式中，Pdi为直流网络中节点i处负荷的有功值;PDCi为直流网络中节点i接入的分布 式电源的有功功率;PACi为节点i处负荷的交流子网对直流子网注入的有功值;Vi、Vj分别为 直流子网中节点i、j的电压幅值;Gij为直流线路i j导纳的实部，其中i、j G [0，N]，N为直流网 络中节点总数;UCcinve5rto.mS整流侧电压，n?为整流桥臂个数，a为整流侧触发角，X?为整流 侧换流电抗，iDCm为直流电流;Ul nve5rter.m为逆变侧电压，nim为逆变桥臂个数，y为逆变侧熄弧 角，XIm为逆变侧换流电抗，U?为整流侧换流电压，U Im为逆变侧换流电压。
[0061] Step 2:以Stepl的柔性互联装置为分拆点，将整个交直流混合配电系统分拆为数 个交流子系统和直流子系统。忽略整流器和逆变器的损耗的情况下，交流子网和直流子网 接口的功率交换数学模型如下所示：
[0063] 式中，P/^为整流器或逆变器交流侧注入的有功功率，PDCm*整流器或逆变器直流 侧的有功功率，APm为换流器两侧有功功率的差值；
[0064] QDemS直流系统接口处传输功率;Q/^为交流系统接口处传输功率;Uem为直流系统 接口处电压，Um为交流系统接口处电压;Pc m为直流系统接口处的有功功率，Qcm为直流系统 接口处的无功功率；
[0065] Xl为交流系统与直流系统连接电抗。
[0066] 通过上式可以计算出交流子网和直流子网之间电压和功率的耦合关系。
[0067] 图3中示出了交流子网和直流子网各个变量的交换流图，其中，潮流计算时，需要 直流子网通过换流器注入到交流子网的功率Pdc，Q DC，来计算交流子网中的四个变量P，Q，U， 0;而直流子网中的变量UDC，需要交流子网在交流系统接口处的电压U AC来求解。设定交、直 流子网的电压、功率初值以及收敛精度k、￡d。，并构成节点电压矩阵Z。
[0068] Step 3:对于交直流混合配电网，从交流子网开始对系统进行潮流计算。
[0069] 计算流程如图4所示，各个柔性互联装置为直流系统对交流系统功率注入的入口， 注入功率的大小取决于上一次直流系统潮流计算结果，并通过功率交换接口予以确定。
[0070] 由于配电中负荷等参数的不对称型，本发明提供的交流系统的求解用三相前推回 代法求解，其包括如下所示的前推过程和回代过程：
[0071] (1)前推过程：
[0072]各节点注入电流如下式所示；
[0073] Ijb = a」|_(k)*」L d、
[0074]式中，Ija，Ijb，Ijc表示节点j各相注入电流，Sja，Sjb，S jc表示节点j各相负荷功率， 1^，1^，11」。表示节点」各相电压，￥」￡1，￥#4。表示节点」各相对地导纳，1^表示迭代次数。
[0075] 按下式计算从馈线末端开始，逆潮流方向的支路电流的计算： -/ 1(0 「/ 1(幻 [I "P): 'la. ja. 1 ma
[0076] h = - ^ + E j j meM j - hc_ _ jc _ _ ntc _
[0077] 式中，。表示支路1各相电流，M为节点j相连的所有下层支路的集合，支路 m为组成M集合中的元素，即支路m为与节点j相连的下层支路之一。
[0078] (2)回代过程：
[0079 ]从馈线首端开始，顺潮流方向的节点电压的计算如下式所示： V. 「I/. T幻「Z Z. Z j.a. ia aa ab ac la
[0080] UJb 二 Uib - Z ba Zbb Z bc, Ilb (4) _%」ka zcb zccl/fc_
[0081] 式中：1^，1^，1^。表示节点1各相电压。2@为&相的自阻抗，24、2^为 &相与13相间的 互阻抗，2%丄3为3相与(：相间的互阻抗，2^为13相的自阻抗，2。。为(3相的自阻抗。
[0082] 通过上述前推和回代两个过程，完成了一次迭代计算。下一轮前推迭代中，用上一 轮回代过程求得的节点电压计算功率损耗。每次前推迭代中，由网络电压计算功率分布；回 代迭代中，由功率分布推算电压分布。重复上述过程，直至前后两次迭代的节点电压差的模 值满足精度要求时停止迭代，输出交流子网结果作为计算结果。
[0083] Step 4:然后对各个直流子系统的进行潮流计算，各个直流子系统也可以采用并 行计算进行求解。
[0084] 直流潮流计算中不存在无功功率以及电压相角，确定并网装置的控制模式以及DG 环流的控制策略，将直流子网节点分为电压型和功率型节点。
[0085] 对于m个电压型节点和n个功率型节点的直流子网而言，按下式进行潮流计算：
[0086] DC(X(k)) = [ APdci, APdc2,---, APdcn, AVdd, AVdc2, ,???, AVdcm]
[0087] A Pd。为功率型节点的有功功率增量，A Vd。为电压型节点的电压值增量。
[0088] 其中待求变量：
[0089] X= [Pdcl ,Pdc2 , ,Pdcn, Vdcl, Vdc2 , , - " , Vdcm]
[0090] Pd。为功率型节点的有功功率，Vd。为电压型节点的电压值。
[0091] 用牛顿迭代法可以求解上述方程：
[0092] AXa> =JDlc*DC{X{i})
[0093]用AX修正乂4(1{+1) = 乂(1{)-么乂(1{)。得到新的直流网节点功率和电压值。如为直流子 网的雅各比矩阵。
[0094] 第k次迭代时，满足max( | AX(k) | )<e时结束，其中e为设定的收敛限度。
[0095] Step 5:如图5所示，当交流系统和直流系统的计算均达到收敛时，输出相应的结 果作为最终的潮流计算结果。
[0096]否则，修正交流侧和直流侧的功率的注入值，重新进行计算直至收敛。
[0097]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者 等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种柔性互联交直流混合配电网的潮流计算方法，其特征在于，包括如下步骤： A. 建立交流配电系统和直流配电系统模型； B. 分拆交流和直流混合配电系统； C. 建立交流子网和直流子网之间功率交换接口的数学模型； D. 对所述交流子网进行潮流计算； E. 对所述直流子网的进行潮流计算； F. 输出潮流计算结果。2. 根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述步骤A包括:建立交流系统潮 流方程和直流系统潮流方程。3. 根据权利要求2所述的潮流计算方法，其特征在于，所述交流系统潮流方程如下所 示：式中：Pdi为所述交流系统中节点i的负荷的有功值，Qdi为所述交流系统中节点i处负荷 的无功值； PDCi为所述交流系统中节点i接入的分布式电源的有功功率，QDCi为所述交流系统中节 点i接入的分布式电源的无功功率； PDCl为节点i的负荷的所述直流子网对所述交流子系统注入的有功值，Qw为节点i的负 荷的所述直流子网对所述交流子网注入的无功值； Vi为节点i的电压幅值，Vj为节点j的电压幅值； Gij为线路ij导纳的实部，Bij为线路ij导纳的虚部； Θij为节点i和节点j间的电压相角差，其中i、j e [〇，N]，N为所述交流系统中的节点总 数。4. 根据权利要求2所述的潮流计算方法，其特征在于，所述直流系统潮流方程如下所 示：式中，PdlS所述直流系统中节点i的负荷的有功值； PDCi为所述直流系统中节点i接入的分布式电源的有功功率，PACi为节点i处负荷的交流 子网对直流子网注入的有功值； 1为所述直流系统中节点i的电压幅值，V」为所述直流系统中节点j的电压幅值； Gij为直流线路i j导纳的实部，其中i、j e [〇，N]，N为所述直流系统中节点总数； UCcinve3rt(3r.mS整流侧电压，η?为整流桥臂个数，α为整流侧触发角，X?为整流侧换流电 抗，IDCm为直流电流； Ulrwemm为逆变侧电压，nim为逆变桥臂个数，丫为逆变侧熄弧角，Xlm为逆变侧换流电 抗； UCm为所述直流系统接口处的电压。5. 根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述步骤B包括： 以柔性互联装置为分拆点，将所述交直流混合配电系统分拆为交流子网和直流子网。6. 根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述步骤C中所述功率交换数学 模型如下所示：式中，ΡΑ&为换流器交流侧的有功功率，为所述换流器直流侧的有功功率，ΛPm为换 流器两侧有功功率的差值； QDCmS所述直流系统接口处的传输功率，Q/^为所述交流系统接口处的传输功率； UCm为所述直流系统接口处的电压，Um为所述交流系统接口处的电压； PcmS所述直流系统接口处的有功功率，0&为所述直流系统接口处的无功功率； Xl为所述交流系统与所述直流系统间连接的换流电抗。7. 根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述步骤D包括:所述交流子网的 潮流计算采用三相前推回代法，其包括前推过程和回代过程。8. 根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述步骤E包括:所述直流子网的 潮流计算方法包括并行计算法。9. 根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述步骤F包括： 根据所述交流系统和所述直流系统的计算是否收敛，确定输出的结果确定作为最终潮 流计算结果或 修正所述交流子网和所述直流子网的功率注入值，重新进行计算，直至收敛。
【文档编号】G06Q10/06GK105958485SQ201610412894
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】叶学顺, 盛万兴, 刘科研, 孟晓丽, 贾东梨, 胡丽娟, 何开元, 刁赢龙, 唐建岗, 董伟杰, 李雅洁
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网北京市电力公司