一種考慮靜態(tài)安全約束的含mmc-hvdc交直流混合電網(wǎng)優(yōu)化潮流計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種考慮靜態(tài)安全約束的含MMC-HVDC 交直流混合電網(wǎng)優(yōu)化潮流計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著IGBT等全控型電力電子器件的不斷發(fā)展和日趨成熟，基于模塊化多電平換流 器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性高壓直流輸電巧igh Voltage Direct Current,HVDC)已成為下一代直流輸電的發(fā)展方向。模塊化多電平換流器由于采用了多個(gè) 子模塊串聯(lián)構(gòu)成換流閥，加上最近電平逼近調(diào)制策略的應(yīng)用，使得閥組可W在較低的單元 件開關(guān)頻率下獲得很高的等效開關(guān)頻率，顯著改善了輸出電壓的波形，無需另外裝設(shè)濾波 器。
[0003] 隨著柔性直流輸電技術(shù)在電力系統(tǒng)的逐步推廣應(yīng)用，含柔性直流的交直流混合系 統(tǒng)運(yùn)行控制技術(shù)已得到研究人員的廣泛關(guān)注。相比傳統(tǒng)的相控?fù)Q流器（Phase Control Converter，PCC)直流輸電，柔性直流輸電系統(tǒng)每個(gè)換流站可W獨(dú)立調(diào)整有功功率和無功功 率，提高了電網(wǎng)控制運(yùn)行靈活度，在實(shí)際運(yùn)行中，如何在保障系統(tǒng)靜態(tài)安全的前提下調(diào)整電 網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組和柔性直流系統(tǒng)的有功及無功設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)交直流混合電網(wǎng)的安全、優(yōu)化運(yùn) 行，是擺在電網(wǎng)運(yùn)行和方式人員面前的一道亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種考慮靜態(tài)安全約束的含MMC-HVDC交直流混合 電網(wǎng)優(yōu)化潮流計(jì)算方法，該方法W系統(tǒng)網(wǎng)損最小和N-I故障后線路功率、節(jié)點(diǎn)電壓不越限為 目標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)交直流電網(wǎng)最優(yōu)潮流與靜態(tài)安全校核迭代修正的計(jì)算模型，通過求解電網(wǎng) 中發(fā)電機(jī)組W及柔性直流系統(tǒng)的有功功率及無功功率設(shè)定值，在滿足N-I故障后線路功率、 節(jié)點(diǎn)電壓不越限的前提下獲得交直流混合電網(wǎng)的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。
[000引本發(fā)明采用W下方案實(shí)現(xiàn):一種考慮靜態(tài)安全約束的含MMC-HVDC交直流混合電網(wǎng) 優(yōu)化潮流計(jì)算方法，具體包括W下步驟：
[0006] 步驟SI:獲取含柔性直流的交直流混合電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)，所述電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)包括交 流側(cè)電網(wǎng)各設(shè)備參數(shù)W及柔性直流換流站的參數(shù)；
[0007] 步驟S2:根據(jù)所述電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)，初始化含MMC-HVDC交直流電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型的 各項(xiàng)參數(shù):模型中自變量X、約束下限松弛變量1、約束上限松弛變量U賦初值，拉格朗日乘子 z、w、y賦初值，設(shè)定優(yōu)化迭代收斂精度1(T6;靜態(tài)安全校核的故障集SC包含交流電網(wǎng)各線路、 變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷單一開斷故障W及柔性直流系統(tǒng)閉鎖故障，初始化修正次數(shù)k = 0;
[0008] 步驟S3:應(yīng)用原-對偶內(nèi)點(diǎn)法求解步驟S2中的含匪C-HVDC交直流電網(wǎng)最優(yōu)潮流模 型，獲得電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組及柔性直流系統(tǒng)有功功率及無功功率最優(yōu)設(shè)定值；
[0009] 步驟S4:基于所述故障集SC,對步驟S3的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行靜態(tài)安全校核，判斷最優(yōu)潮 流計(jì)算結(jié)果是否存在N-I越限；
[0010] 步驟S5:若步驟S4中靜態(tài)安全校核的結(jié)果不存在N-I越限，則優(yōu)化計(jì)算結(jié)果滿足靜 態(tài)安全要求，獲得滿足電網(wǎng)安全要求的最優(yōu)解，結(jié)束計(jì)算;若存在N-I越限，則進(jìn)入步驟S6;
[0011] 步驟S6:結(jié)合靜態(tài)安全校核結(jié)果，得到優(yōu)化模型約束條件的修正策略，同時(shí)修正次 數(shù) k=k+l;
[0012] 步驟S7:若k已達(dá)到最大次數(shù)限制kmax，則無法獲得滿足靜態(tài)安全約束的最優(yōu)解;否 則根據(jù)步驟S6得到的修正策略，對優(yōu)化模型的相應(yīng)約束條件進(jìn)行修正，并返回步驟S3進(jìn)行 下一次優(yōu)化計(jì)算。
[0013] 進(jìn)一步地，在步驟Sl中，獲取的交流側(cè)電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)還包括:母線節(jié)點(diǎn)名稱編號、 母線電壓上下限約束、負(fù)荷有功及無功、各節(jié)點(diǎn)無功補(bǔ)償容量、發(fā)電機(jī)組有功出力W及經(jīng)濟(jì) 參數(shù)、發(fā)電機(jī)有功無功上下限約束、線路W及主變首末端節(jié)點(diǎn)編號、線路及主變等值參數(shù)、 線路及主變傳輸功率約束;柔性直流換流站的參數(shù)包括:換流變電阻、換流變電抗、MMC換流 閥的有功損耗特性系數(shù)、MMC換流閥的有功及無功上下限約束、MMC換流閥的電壓調(diào)制比和 直流電壓上下限約束、換流站間直流線路電阻。
[0014] 進(jìn)一步地，在步驟S2中，最優(yōu)潮流模型為：
[0015] obj.minf(x)
[0016] s.t.h(x)=0 (I)
[0017] 卵
[0018] 其中X為最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化變量，維度為n，f (X)為最優(yōu)潮流模型的目標(biāo)函 數(shù)，h(X)為等式約束合集，維度為m，g(X)為不等式約束合集，維度為S，gm、gM分別為不等式約 束的上下限值；
[0019] 其中，（1)式中目標(biāo)函數(shù)f(x)的表達(dá)式為： A玄
[0020] IVo = Ya, (2) 仁1
[0021] 其中化1為交直流電網(wǎng)中第i臺發(fā)電機(jī)組的有功出力，為交直流電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組 的數(shù)目；
[0022] 其中（1)式中優(yōu)化變量X具體內(nèi)容為：
[0023] x=[V,0,Pg,Qg,Pc,Qc,Vdc]^ (3)
[0024] 其中V、0分別為所有交流節(jié)點(diǎn)的電壓幅值及相角，包括MMC換流閥交流側(cè)節(jié)點(diǎn);Pg、 Qg分別為電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)有功及無功出力;Pc、Qc W及Vdc分別代表MMC換流閥的交流側(cè)注入有 功、無功與直流側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓;對一個(gè)含P個(gè)交流節(jié)點(diǎn)、q臺發(fā)電機(jī)組、r個(gè)MMC換流站的系統(tǒng)，優(yōu) 化變量X的維度是n =化+2q+化；
[0025] 其中（1)式中等式約束主要包括節(jié)點(diǎn)功率平衡方程，由于引入MMC換流閥注入功率 作為優(yōu)化變量，節(jié)點(diǎn)功率方程可W針對交流節(jié)點(diǎn)和柔性直流節(jié)點(diǎn)分別列寫，其中交流節(jié)點(diǎn) 功率平衡方程如下：
[0027] 終,'-化-a -!省K,[G"sin(6-0,:)-公"cos(6-r"] = 0 巧)
[0028] 其中P、Q、V分別代表交流節(jié)點(diǎn)的注入有功功率、注入無功功率及電壓，下標(biāo)gi、di W及Ci分別代表交流節(jié)點(diǎn)i連接的發(fā)電機(jī)、負(fù)荷W及匪C換流閥;Gij、Bu為交流節(jié)點(diǎn)i，j之間 線路導(dǎo)納的實(shí)部、虛部，0i、0功交流節(jié)點(diǎn)i、j的相角；
[0029] MMC換流閥直流側(cè)節(jié)點(diǎn)的有功平衡方程如下：
[0031 ]其中Ndc為MMC換流閥個(gè)數(shù)，Vdu、VDCk為換流閥j、k直流側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓，YDUk為換流閥j、 k之間直流線路電導(dǎo)，Pcj、Qcj、Vcj分別為換流閥j的交流側(cè)注入有功功率、無功功率及交流側(cè) 節(jié)點(diǎn)電壓，Ko、Ki、K2為換流閥有功損耗系數(shù)；
[0032] 為系統(tǒng)指定一個(gè)相角參考點(diǎn)，設(shè)定參考點(diǎn)相角為0,即：
[0033] 目 Siack = O (7)
[0034] (1)式中不等式約束包含交流側(cè)電網(wǎng)及直流側(cè)電網(wǎng)相關(guān)約束，其中交流側(cè)電網(wǎng)約 束條件包括:節(jié)點(diǎn)電壓幅值及相角約束，線路/變壓器輸送功率約束，發(fā)電機(jī)有功及無功出 力約束;直流側(cè)電網(wǎng)約束條件包括:直流母線電壓約束，換流閥容量約束，換流閥電壓調(diào)制 比約束，直流線路輸送功率約束。
[003引進(jìn)一步地，所述步驟S3中所述應(yīng)用原-對偶內(nèi)點(diǎn)法求解步驟S2中的含MMC-HVDC交 直流電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型，步驟如下：
[0036] 步驟S31:構(gòu)造式（1)的拉格朗日函數(shù)為： 廠 r
[0037] 正雌=/'樹- / 新均-'.Z'除對一 f-名", ]-V [系腳:+化--."[X 111化)+ 藝虹(",)J (8) 鐘 片
[003引其中，1 =山，…，ls]T、u=山，…，Usf為（1巧優(yōu)化模型不等式約束的松弛變量，y = [yi，...，ym]T和Z = [Z1，...，Zs]T、W=[Wl，...，Ws]T是拉格朗日乘子；
[0039] 根據(jù)Karush-Kuhn-l'ucker定理，可得到最優(yōu)解的KKT條件為： 尤峨=▽.>/0) - - ▽成對知 + W) = 0 王"客,' =及(X) = O
[0040] r 。 、9) L墻=Z-陣、I = A 苗 LZi - IJl = A Lag;:二-W -^U、I 二 Q => t/W7 1 八 / 二 0
[0041 ]其中L = diag(li,...,ls)，U = diag(ui,...,us)，Z = diag(zi,...,Zs)，W = diag (wi，'。，Ws)，1為單位矩陣，Lagx、Lagy、Lagz、Lagw、五傅f、.無鉛f分別為式（8)拉格朗日函數(shù) 關(guān)于x、y、l、u、z