[发明专利]基于交直流全模型的直流单级闭锁入地电流协调控制方法

权利要求书

1.一种基于交直流全模型的直流单级闭锁入地电流协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将直流单级闭锁入地电流协调控制建模为非线性规划模型，目标函数定义为最小化入地极电流；等式约束为电力系统的网络和功率平衡约束，数学模型表示为节点功率方程；

步骤二：在步骤一的非线性规划模型中加入广义安全稳定约束和入地电流约束建立直流电网入地电流快速控制模型，包括以下分步骤：a)将支路首末两端的有功功率或无功功率作为决策变量，b)建立支路型潮流方程，c)建立支路功率等式约束，d)将安全稳定约束作为支路首末功率的线性组合、与/或发电厂出力的线性组合、与/或节点电压的线性组合；

步骤三：采用不可行内点法对步骤二所得的直流电网入地电流快速控制模型进行求解，所得控制策略由自动电压控制、自动直流系统控制和自动发电控制三者相互协调执行，实现入地电流的在线控制；

所述步骤一的目标函数的表达式为(1)：

min剩余极电流+0.01×(联络线功率偏差平方)

所述目标函数定义为最小化入地极电流；

所述步骤一的等式约束的数字模型包括以下项：

①交流节点的节点功率方程，其表达式为(2)：

其中，n为系统节点数；P_Gi,Q_Gi分别为发电机i的有功出力和无功出力；P_Di,Q_Di为节点i的有功负荷和无功负荷；U_i,δ_i分别为节点i的电压幅值和相角；δ_ij＝δ_i-δ_j-α_ij；Y_ij,α_ij分别为节点i和节点j之间转移导纳的幅值和相角；δ_j为节点j的相角；Y_j为节点j的对地导纳；

②直流节点的节点功率平衡方程，其表达式为(3)：

其中，U_di为直流节点i的直流电压；I_di为直流线路的直流电流；为直流节点i的换流器功率因数角；S_d为直流节点集合；

③直流节点换流器基本方程，其表达式为(4)：

其中，θ_di为直流节点i的换流器触发角或熄弧角；U_i为直流节点i的交流电压；k_di为直流节点i的换流器变压器变比；k_r为计及换相重叠而引入的系数，取0.995；X_ci为直流节点i换流器的换相电阻；

④直流节点直流网络方程，其表达式为(5)：

其中，为消去联络节点后的直流网络节点电导矩阵的元素；

所述步骤一的等式约束还包括两个限制部分，其中：

第一限制部分为交流系统的控制变量、状态变量及变量函数的物理限制和运行限制；

1)交流节点电压幅值约束(6)：

其中，U_i和分别代表交流节点i电压幅值的上界和下界；

2)机组出力约束(7)：

其中，P_Gi和分别代表发电机i的有功出力上界和下界；Q_Gi和分别代表发电机i的无功出力上界和下界；

3)线路和变压器支路功率约束(8)：

其中，P_ij和分别是线路和变压器支路有功功率的上界和下界；Q_ij和分别是线路和变压器支路无功功率的上界和下界；

4)输电断面功率约束(9)：

其中，∑P_ij和分别是输电断面有功功率的上界和下界；∑Q_ij和分别是输电断面无功功率的上界和下界；

第二限制部分为直流系统的控制变量、状态变量及变量函数的物理限制和运行限制；

5)控制电流型换流器直流电流幅值约束(10)：

其中，I_di和分别是控制电流型换流器直流电流幅值的上界和下界；

6)控制功率型换流器功率约束(11)：

其中，P_di和分别是控制功率型换流器功率幅值的上界和下界；

7)各换流器的变压器抽头约束(12)：

其中，k_di和分别是各换流器变压器抽头的上界和下界；

8)各换流器的触发角或熄弧角余弦值约束(13)：

其中，cosθ_di和分别是各换流器触发角或熄弧角余弦值的上界和下界；

所述步骤二的广义安全稳定约束和入地电流约束集合的表达式为：

A)断面潮流(14)：

B)非故障HVDC定功率控制(15)：

P_{非故障HVDC}＝P_Set

C)入地极电流约束(16)：

I_剩余极≤I_Set

其中，P_ij,Q_ij,分别为断面功率的下限与上限；P_{非故障HVDC}为非故障HVDC的功率大小；I_剩余极为剩余极入地电流的大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二的直流电网入地电流快速控制模型为：

minf(·)＝剩余极电流+0.01×(联络线功率偏差平方)

subject to:(2)-(5)

(6)-(13)

(14)-(16)

直流电网入地电流快速控制模型的目标函数定义为最小化直流系统入地极电流。