一種包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，解決了柔性直流輸電交直流并列系統(tǒng)的區(qū)域無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題，給出了一種換流器定無(wú)功功率控制參考值制定的依據(jù)。該方法包括：獲取電網(wǎng)基本參數(shù)；確定柔性直流輸電系統(tǒng)的電壓、電流以及功率關(guān)系式；建立計(jì)及柔性直流輸電功率調(diào)節(jié)代價(jià)的無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)目標(biāo)函數(shù)中的變量，確定相應(yīng)變量的等式和不等式約束；考慮柔性直流輸電系統(tǒng)換流器不同運(yùn)行方式下的電流約束，利用遺傳算法求解區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)優(yōu)化計(jì)算得到的換流器無(wú)功電流優(yōu)化解改進(jìn)功率控制策略。該方法計(jì)及了柔性直流輸電的有功功率調(diào)節(jié)代價(jià)以及換流器電流約束，提高了換流器無(wú)功參考值的制定合理性。
【專利說(shuō)明】—種包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交直流線路并列運(yùn)行的柔性直流輸電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種含柔性直流輸電系統(tǒng)的交直流線路并列運(yùn)行的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)高壓直流輸電中，由于濾波器、平波電抗等設(shè)備的存在，換流站需要消耗大量的無(wú)功功率。而直流換流站從交流系統(tǒng)吸收無(wú)功功率會(huì)加劇系統(tǒng)的無(wú)功缺額，甚至引起系統(tǒng)電壓出現(xiàn)較大的波動(dòng)，影響了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用，使得高壓直流輸電的性能得到了較大的改善?；赩SC的高壓直流輸電的換流器，可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的解耦獨(dú)立控制，而且在特定的控制方式下，還可以讓換流站運(yùn)行在STATC0M的運(yùn)行狀態(tài)。因此，柔性高壓直流輸電的換流站，既可以從交流系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，也可以在滿足有功功率輸送的情況下向交流系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率，特別地，還可以運(yùn)行在1.0功率因數(shù)狀態(tài)。
[0003]相對(duì)于傳統(tǒng)直流輸電換流器定電壓控制、定電流控制、定功率控制、定觸發(fā)角控制、定熄弧角控制等幾種控制方式，柔性直流輸電的換流器控制方式可以分為有功功率類和無(wú)功功率類控制兩大類。
[0004]其中，有功功率類控制一般采用定直流電壓控制和定有功功率控制等；在柔性直流輸電系統(tǒng)中，至少要有一個(gè)換流器采用定直流電壓控制，而其它換流器可以采用定有功功率控制方式。
[0005]柔性直流輸電的無(wú)功功率類控制有定無(wú)功功率控制和定交流電壓控制兩種方式。定交流母線電壓控制方式，指換流器的無(wú)功功率控制器通過(guò)將與該換流器相連的交流母線的電壓作為控制量，通過(guò)該母線電壓與換流站控制系統(tǒng)設(shè)定的電壓參考值比較，從而調(diào)整直流系統(tǒng)的無(wú)功輸出。定無(wú)功功率控制則直接通過(guò)比較檢測(cè)量與換流器設(shè)定參考值QMf，其偏差指導(dǎo)控制器進(jìn)行對(duì)換流器吸收/發(fā)出無(wú)功功率的控制。然而，目前對(duì)無(wú)功功率參考值的制定依據(jù)只是根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行方式、電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)的情況而定，僅憑一定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，甚至有的換流器為了減少直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)的無(wú)功交換和減少對(duì)換流器件的使用，常常將參考值設(shè)置為零。另外，隨著多端柔性直流輸電的出現(xiàn)，各個(gè)換流器和與之相連接的交流系統(tǒng)間的無(wú)功功率交換不盡相同，增加了無(wú)功功率參考值制定的復(fù)雜性，加之多個(gè)換流器之間的協(xié)調(diào)控制技術(shù)缺乏相應(yīng)的理論研究?？偟脕?lái)說(shuō)，如何合理地制定各個(gè)換流器的無(wú)功功率參考值，使得含有柔性直流系統(tǒng)的交直流運(yùn)行電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)功優(yōu)化和電壓穩(wěn)定，具有很大的研究?jī)r(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要為了克服現(xiàn)有柔性直流輸電交直流并列運(yùn)行系統(tǒng)定無(wú)功功率控制中對(duì)Qm參考值的制定缺乏嚴(yán)格的理論依據(jù)，以致不能有效地發(fā)揮柔性直流輸電系統(tǒng)的對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功支撐能力，不利于促使區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功電壓水平的進(jìn)一步優(yōu)化的難題。本發(fā)明提出一種包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行等值處理，在區(qū)域無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中計(jì)及直流系統(tǒng)的控制變量和狀態(tài)變量的約束關(guān)系，采用災(zāi)變遺傳算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，從而得到利于區(qū)域無(wú)功優(yōu)化的柔性直流輸電系統(tǒng)換流器無(wú)功控制參考值。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0009]S1.獲取電網(wǎng)基本參數(shù)，包括電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)出力及其上下限、變壓器分接頭位置、變壓器的無(wú)功補(bǔ)償配置容量、變壓器額定參數(shù)、柔性直流輸電系統(tǒng)的輸送有功功率、無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍和電網(wǎng)線路阻抗；
[0010]S2.根據(jù)獲得的電網(wǎng)基本參數(shù)，建立柔性直流輸電系統(tǒng)中的電壓、電流以及功率關(guān)系式;
[0011]S3.根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率特點(diǎn)，分別進(jìn)行等值處理，建立計(jì)及柔性直流輸電功率調(diào)節(jié)代價(jià)的區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
[0012]S4.根據(jù)無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中的變量，確定相應(yīng)變量的等式和不等式約束；
[0013]S5.考慮柔性直流輸電系統(tǒng)換流器不同運(yùn)行方式下的電流約束，利用災(zāi)變遺傳算法求解區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
[0014]S6.根據(jù)優(yōu)化計(jì)算得到的換流器無(wú)功電流優(yōu)化解改進(jìn)功率控制策略。
[0015]步驟S2所述的根據(jù)獲得的電網(wǎng)基本參數(shù)，建立柔性直流輸電系統(tǒng)中的電壓、電流以及功率關(guān)系式，具體為:
[0016]為了提高線路輸電的靈活性、供電可靠性以及電網(wǎng)穩(wěn)定性，一般采用交流線路與直流系統(tǒng)并列的方式進(jìn)行功率輸送，在交直流系統(tǒng)中，根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)基本原理，三相電網(wǎng)平衡條件下滿足以下方程組:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.獲取電網(wǎng)基本參數(shù)，包括電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)出力及其上下限、變壓器分接頭位置、變壓器的無(wú)功補(bǔ)償配置容量、變壓器額定參數(shù)、柔性直流輸電系統(tǒng)的輸送有功功率、無(wú)功功率調(diào)節(jié)范圍和電網(wǎng)線路阻抗； 52.根據(jù)獲得的電網(wǎng)基本參數(shù)，建立柔性直流輸電系統(tǒng)中的電壓、電流以及功率關(guān)系式； 53.根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率特點(diǎn)，分別進(jìn)行等值處理，建立計(jì)及柔性直流輸電功率調(diào)節(jié)代價(jià)的區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)； 54.根據(jù)目標(biāo)函數(shù)中的變量，確定相應(yīng)變量的等式和不等式約束； 55.考慮柔性直流輸電系統(tǒng)換流器不同運(yùn)行方式下的電流約束，利用災(zāi)變遺傳算法求解區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)； 56.根據(jù)優(yōu)化計(jì)算得到的換流器無(wú)功電流優(yōu)化解來(lái)改進(jìn)功率控制策略。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S2所述建立柔性直流輸電系統(tǒng)中的電壓、電流以及功率關(guān)系式，具體為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S3所述根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率特點(diǎn)，分別進(jìn)行等值處理，建立計(jì)及柔性直流輸電功率調(diào)節(jié)代價(jià)的區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，具體包括以下步驟: ` 531.將柔性直流輸電系統(tǒng)換流器與其所連接交流母線交換的有功功率等值成大小為Pref的負(fù)荷，同時(shí)將換流器等值成出力為Qref的無(wú)功補(bǔ)償發(fā)生器； ` 532.含柔性直流輸電的交直流并列運(yùn)行系統(tǒng)，其運(yùn)行費(fèi)用最小和考慮調(diào)節(jié)代價(jià)的無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)采用下式表示:
min F= α τ ( Δ Pac+ Δ Pdc) +hc Δ χ(6) 式中:APae為交流系統(tǒng)有功損耗；APtk為直流系統(tǒng)有功損耗；α為電能電價(jià)；τ為優(yōu)化時(shí)間長(zhǎng)度；h。為調(diào)節(jié)代價(jià)系數(shù)行向量；Ax為調(diào)節(jié)手段控制變量的變化量列向量；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4所述根據(jù)目標(biāo)函數(shù)中的變量，確定相應(yīng)變量的等式和不等式約束，具體包括以下步驟: . 541.等式約束: 交直流運(yùn)行電網(wǎng)潮流方程如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S5所述考慮柔性直流輸電系統(tǒng)換流器不同運(yùn)行方式下的電流約束，利用災(zāi)變遺傳算法求解區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，具體包括以下步驟: 551.考慮換流器電流約束: 根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行方式的不同，其對(duì)換流器限流方式分為有功電流優(yōu)先和無(wú)功電流優(yōu)先兩種； 若換流器的控制器采用有功電流優(yōu)先級(jí)高于無(wú)功電流的限流方式，有功功率參考值不允許調(diào)整，即Pref不作為控制變量，而是已知定值；而在遺傳算法中關(guān)于Qref的個(gè)體取值范圍為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的包含柔性直流輸電系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S6所述的根據(jù)優(yōu)化計(jì)算得到的換流器無(wú)功電流優(yōu)化解改進(jìn)功率控制策略具體包括: 由式(3)、(4)可知，有功功率和無(wú)功功率參考值間接用Iv的d軸和q軸分量表示；用Id表示柔性直流輸電系統(tǒng)需要輸送的有功功率對(duì)應(yīng)的有功電流分量；Iypt表示利用優(yōu)化算法求得的無(wú)功參考值優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流分量；IV—_為電流Iv的最大值；id—Mf、I ref分別表示有功功率和無(wú)功功率控制的理想?yún)⒖贾祵?duì)應(yīng)的電流分量； 改進(jìn)的功率控制策略中功率參考值制定為: 有功電流優(yōu)先時(shí)，要保證需要輸送的有功功率量，因此Id直接作為參考值Id—M輸入到控制器；結(jié)合電流約束Ivjiax，得無(wú)功電流分量的允許上限值，其與優(yōu)化值Iypt比較，選擇較小者作為參考值I,—M輸入到控制器； 無(wú)功電流優(yōu)先時(shí)，優(yōu)化計(jì)算得到的I,—_直接作為參考值I,—M輸入到控制器；結(jié)合電流約束Iv—_，得情況下對(duì) 應(yīng)的有功電流分量，將其作為參考值Id—M輸入到控制器。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103441510SQ201310337482
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】文安, 鄧健俊, 李建設(shè), 周紅陽(yáng), 饒宏, 曾勇剛, 許樹(shù)楷, 尋斌斌, 魏承志, 莫天文, 鄧旭 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司