含直流电网的电力系统潮流联立计算方法研究.pdf

含直流电网的电力系统潮流联立计算方法研究李传栋(国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福建 福州 350007)摘要: 直流电网具有控制灵活、可接入性强、损耗低和可靠性高等优点,是解决新能源消纳问题的有效工具。潮流计算是电网分析的基础,目前相关研究采用的是交替求解方法,该方法存在收敛性差、有交替误差等缺点。本文构造了含直流电网的电力系统潮流计算模型,提出了一种新的潮流计算方法,实现了交直流电网潮流的统一联立计算。浙江舟山五端柔性直流实际算例结果验证了本文方法正确性以及收敛快、精度高的优点。关键词: 直流电网;电压源换流器;潮流计算;联立求解0引言CIGRE给出的直流电网定义是:换流器直流端互联所构成的网格化结构电网。直流电网可以实现新能源的平滑接入,有功、无功的解耦控制,在灵活安全的潮流控制上相比交流电网有巨大的优势,有望成为大规模消纳新能源的一种有效解决方案。目前欧洲已经提出北海Super Gird计划与撒哈拉沙漠大型太阳能项目等直流电网设想与规划[1]。我国也在浙江舟山建设了五端柔性直流的示范工程,以作为直流电网的技术储备和工程示范。随着直流电网技术日益受到关注,其模型和仿真技术也逐渐成为相关研究的重点。含直流电网的交直流系统潮流需要同时考虑交流电网潮流、直流网络潮流以及交直流电网之间的换流器潮流的求解,当前国内外主要的交直流电网混合潮流计算程序是基于原有交流程序的交替求解法扩展得到的,在处理交流部分和直流部分的潮流时是分开迭代交替进行的,其优点是可以利用原有的交流潮流程序,实现相对简单。但是由于迭代过程中没有考虑交直流电网之间的耦合,同时交替过程会产生交接误差,因此交替求解法收敛性较差,精度低。交直流电网强耦合情况下交替求解法收敛性会恶化,可能制约其应用。为克服交替求解方法的上述问题,本文采用联立求解的思路,推导并建立了电压源型换流器,直流网络及直流负荷等直流电网的联立求解潮流模型,构建了交直流电网联立求解的流程和方法。最后通过编程,在浙江舟山五端柔性直流实际算例上进行了仿真验证,通过与交替求解法程序计算结果的对比分析说明了本文方法的正确性和收敛速度优势。 电压源换流器模型交直流电网的互联主要通过电压源型换流器来实现,电压源型换流器的模型包含无功补偿器,相电阻,相电抗和理想电压源型换流器,详见下图1所示。图1 电压源型换流器示意图收稿日期: yyyy-mm-dd;修回日期: yyyy-mm-dd ***2015年科技项目(电网发展新形势下安全分析与保护基础技术研究-编号待定)。— 1 — diagram of VSC converter 图1中Xf表示的是滤波器的电抗,Rc表示相电阻,Xc表示相电抗。图上采用的功率正方向为从换流器的交流侧流向直流侧。其中Us为换流器交流侧电压幅值,θ为换流器交流侧电压角度,Uc为阀侧电压幅值,δ为阀侧电压与换流器交流侧电压的角度差,。Ps为换流器交流侧注入有功功率,Qs为换流器交流侧注入无功功率,Pc为换流器阀侧流出有功功率, pc为换流器注入直流电网的有功功率,ic为换流器注入直流电网电流,uc为换流器直流侧单极电压。换流器的功率方程如下: 2(cos sin) cPUGUUG Bδδ=?+2(sin cos) ( )ssc c c s c fQUUG B UBB