一种改进的AC/DC潮流交替迭代算法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种改进的AC/DC潮流交替迭代算法。

背景技术

高压多端直流(MTDC)网络也称为多端直流电网，是将大规模可再生能源整合到传统交流电网中的一项很有前景的技术。与传统的点对点高压直流(HVDC)系统相比，由电压源换流器(VSC)技术实现的MTDC电网具有许多优势，如提高效率、提高可靠性和减少换流站数量。此外，由于模块化多电平换流器(MMC)技术在性能、可扩展性和可控性方面的突出优点，它已经取代了传统的用于HVDC应用的两电平或三电平换流器技术。

MTDC电网的使用给换流器控制策略带来了挑战。传统的换流站主从控制采用一条直流松弛母线来调节易发生直流电网故障的直流电网电压。由于下垂控制模式下的多个换流器可以作为分布式直流松弛母线发挥作用，因此通过应用P-V或I-V下垂控制，可以大大提高直流电网的稳定性。

为了确定稳态运行点并规划未来AC-DC电网的扩建，需要准确求解AC-DC电网的潮流。AC-DC电网的潮流算法主要有两种，即交替算法以及统一潮流法。交替潮流法的优点是，可以方便地将直流潮流算法合并到现有的交流潮流软件包中，如PSS/E。交替潮流方法涉及额外的迭代步骤，即所谓的直流平衡母线或下垂母线迭代(SBI/DBI)，这增加了计算负担。

发明内容

目前，传统交替潮流方法涉及额外的迭代步骤，即直流平衡母线或下垂母线迭代(SBI/DBI)，且需要多次对交流网络进行迭代，这增加了计算负担。为解决该问题，本发明提出了一种改进的AC/DC潮流交替迭代算法，根据交流电网传输的有功功率减去估计的换流器损耗来计算直流潮流，将直流潮流纳入整个迭代循环中，与传统AC-DC交替迭代方法相比，提高了计算精度和效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明提出了一种改进的AC/DC潮流交替迭代算法，AC/DC潮流交替迭代算法省去了DC平衡节点迭代/DC下垂节点迭代(SBI/DBI)步骤，通过在PCC节点使用更准确的估计功率注入，减少总体迭代次数；在整体迭代中利用直流潮流计算结果计算交流侧有功注入，将交流潮流从整个迭代循环中排除，提高潮流计算效率，计算时间与传统交替迭代算法相比减少35％。所述AC/DC潮流交替迭代算法具体包以下步骤：

步骤S1：进行直流电网预计算，直流侧注入有功与交流侧注入有功之间的关系为：

P

其中P

在直流潮流计算后，直流电流已知，将换流器电流用直流电流表示为

式中

P

其中P

由于换流器损耗是换流器电流I

P

其中，a

步骤S2：直流潮流计算，计算第i个换流器的I

步骤S3：根据直流潮流计算结果I

步骤S4：根据支流潮流计算结果计算出第i个换流器节点交流侧注入有功功率P

||[P

其中P

本发明将交流潮流排除在整个迭代循环之外以提高潮流交替迭代算法计算效率。其具体步骤为：根据支流潮流计算结果计算出第i个换流器节点交流侧注入有功功率；若交流侧注入有功功率收敛，则结束整体迭代循环，若交流侧注入有功功率不收敛，则更新更新直流电流，返回步骤S1重新开始整体迭代，直至交流侧注入有功功率收敛；利用整体迭代最终输出的交流侧注入有功功率进行一次交流网络潮流迭代后输出交流潮流计算结果，将交流潮流迭代排除在了整体迭代之外以提高计算效率。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：通过在PCC节点使用更准确的估计功率注入，减少总体迭代次数；利用直流潮流计算结果估计换流站损耗，省去了传统交替迭代法中的SBI/DBI步骤；在整体迭代中利用直流潮流计算结果计算交流侧有功注入，将交流潮流从整个迭代循环中排除，提高潮流计算效率，减少了潮流计算时间。

附图说明

图1是带MMC换流站的MTDC网络结构及其连接的IEEE 39节点AC网络节点图；

图2是本发明提出的改进的AC/DC潮流交替迭代算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示,AC-DC电网由一个IEEE新英格兰39母线交流电网和一个六端子MTDC电网组成，其中五个端子配有MMC。在图1中，DC节点1、2、4、5和6通过五个MMC站和相应的AC节点9、18、24、14和36连接到AC电网。DC节点3没有连接到交流电网的MMC站。

在基本情况下，MTDC系统以常规主从控制模式运行。连接到直流节点1的MMC站在直流电压控制模式下运行，而其他四个MMC站处于有功功率控制模式。MTDC电网参数和传输线电阻分别见表1和表2。表3列出了直流电流的单位换流器损耗系数。MMC 4和5具有全桥子模块，而其他MMC具有半桥子模块。从直流到交流的有功功率定义为正向。交替AC-DC潮流和KKT条件在Matlab 2014b中实现。案例研究是在Microsoft Windows 10操作系统下，采用2.3GHz Intel core i5-6300HQ和8GB RAM的PC上执行的。

表1：基本情况下的MTDC网络参数标幺值

表2：基本情况下的直流输电线路参数

表3：换流器损耗系数标幺值

如图2所示，本发明主要步骤为：

步骤S1：进行直流电网预计算，直流侧注入有功与交流侧注入有功之间的关系为：

P

其中P

在直流潮流计算后，直流电流已知，将换流器电流用直流电流表示为

式中

P

其中P

由于换流器损耗是换流器电流I

P

其中，a

步骤S2：直流潮流计算，计算第i个换流器的I

步骤S3：根据直流潮流计算结果I

步骤S4：根据支流潮流计算结果计算出第i个换流器节点交流侧注入有功功率P

||[P

其中P

潮流计算的结果如下所示：

1.基本主从控制

表1主从控制(基本情况)下的潮流结果如表4所示。为简洁起见，仅选择显示直流电网电源。从表4可以看出，传统交替迭代算法和本发明提出的改进的AC/DC潮流交替迭代算法的结果有一定的差异，但结果与本发明提出的非常相似，误差较小。

表4：主从控制情况下的潮流计算结果

2)下垂控制模式

图1中MTDC系统的控制策略从基本情况下的主从控制切换到下垂控制。MMC 2和4在有功功率控制模式下运行，而所有其他三个MMC站都处于下垂控制模式。下垂控制MMC的参考功率来自基本主从控制的潮流结果，如表5所示。下垂控制MMC的下垂系数均设置为50。两种方法的潮流结果如表6所示。从表6可以看出，改进的AC/DC潮流交替迭代算法的结果是准确的。

表5：下垂控制参考功率(标幺值)

表6：下垂控制情况下的潮流计算结果(标幺值)

MMC-2被迫停运后，两种方法的结果见表7。传统交替迭代算法总迭代次数为7次，而本发明所提出的改进的AC/DC潮流交替迭代算法是4次，传统交替迭代算法和的本发明所提出的改进的AC/DC潮流交替迭代算法计算时间分别为0.7924s和0.4577s。