[发明专利]一种具有五阶收敛速率的柔性系统潮流计算方法

权利要求书

1.一种具有五阶收敛速率的柔性系统潮流计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：获得电力系统的网络参数，包括：母线编号及名称、负荷有功功率、负荷无功功率、补偿电容、输电线路的支路号、首端节点和末端节点的编号、串联电阻、串联电抗、并联电导、并联电纳、变压器变比和阻抗；

步骤2：程序初始化，包括：网络参数初值设定、VSC-HVDC的换流器VSC的控制方式设定、节点次序设定、形成节点导纳矩阵，设置误差精度ε；设置迭代计数器的迭代次数K＝0，K为自然数；

定义直流节点为换流变压器的一次侧所连接的节点，纯交流节点为与换流变压器不相连的节点；设系统的节点总数为n，其中直流节点数为n_VSC，纯交流节点数为n_ac＝n-n_VSC；1～n_ac节点为纯交流节点，其中有一个平衡节点；n_ac+1～n节点为直流节点；直流系统中各变量的迭代初值由下式得出：

其中，k表示接入直流网络的第k个VSC，k∈CV表示第k个换流器为定直流电压控制，表示第k个换流器不属于定直流电压控制，k＝1，2，...，n_VSC；上标0表示第k个VSC的迭代初值，上标r表示为设定的参考值，上标N表示为额定值，下标d表示VSC的直流侧；下标t表示此节点为直流节点，t＝1，2，...，n_VSC；为交流系统连接处的电压相量，U_tk和θ_tk分别表示电压幅值和电压相角；U_dk为第k个VSC直流侧的电压，I_dk为第k个VSC直流侧的电流；P_tk和Q_tk分别为交流系统流入换流变压器的有功功率和无功功率；X_Lk为换流变压器的电抗，X_fk为交流滤波器的电抗；M_k为第k个VSC的调制度；δ_k＝θ_tk-θ_ck，θ_ck为第k个VSC输出基波电压的相角；

步骤3：确定并网或孤岛运行方式下的功率方程；

判断系统是否并网运行？若是，则第j个节点的功率方程为：

其中，表示连接于第j个节点的有功功率之和的参考值，表示连接于第j个节点的DG有功功率之和的参考值，P_负荷j表示连接于第j个节点的负荷功率，α_并网j表示并网系数，P_s表示功率缺额值，U表示电压幅值，δ表示电压相角，Y表示节点导纳矩阵；当节点j连接的没有发电机时，

判断系统是否孤岛运行？若是，则第j个节点的功率方程为：

其中，表示连接于第j个节点的有功功率之和的参考值，α_孤岛j表示孤岛系数；

步骤4：计及频率f影响的雅克比矩阵J的形式为

其中，ΔP^r为表示节点有功功率参考值的矢量，ΔQ^r为表示节点无功功率参考值的矢量；ΔX为频率f对系统的影响因素值；γ、μ均为ΔX的矢量系数；

确定γ的公式为；

当为并网方式时，若节点j没有连接于电网，则γ^j＝0；若节点j连接于电网，γ^j等于从节点j输入的有功功率值；当为孤岛方式时，若节点j没有连接DG时，则γ^j＝0；若节点j连接于DG时，

确定μ的公式为；

当为并网方式时，由于系统频率恒定，对无功功率不产生影响；当为孤岛方式时，μ^j由下式确定：

步骤5：利用下式计算功率不平衡量Δf；

Δf＝-JΔx

其中，J为雅克比矩阵；f_dc＝[Δd₁₁，Δd₁₂，Δd₁₃，Δd₁₄，…，Δd_k1，Δd_k2，Δd_k3，Δd_k4]^T，上标T表示转置；表示纯交流节点的功率增量，表示直流节点的功率增量；Δd_k1，Δd_k2，Δd_k3，Δd_k4表示直流系统换流器VSC的基本潮流计算方程；Δx_ac＝[ΔU₁，Δθ₁…，ΔU_n，Δθ_n]^T，ΔU_n，Δθ_n表示交流节点的电压增量和相角增量；表示换流器VSC的直流电压增量、直流电流增量、相角增量和调制度增量；

步骤6：Δd_k1，Δd_k2，Δd_k3，Δd_k4利用下式计算：

其中，M_k为第k个VSC的调制度；g_dks为直流网络节点导纳矩阵的元素，U_ds为直流网络节点导纳矩阵中的电压，s＝1，2，...，n_ac；R_k为换流变压器的电阻；

步骤7：雅克比矩阵J的一般形式为：

步骤8：采用牛顿法计算系统雅克比矩阵J的各个元素，进而判断|Δf|_max＜ε是否成立；若是，停止计算，输出系统的交流节点和直流节点的计算结果；若否，则进入步骤9；

步骤9：采用下式计算x⁽¹⁾，第1次迭代的具体计算公式如下：

其中，f(x)为系统的不平衡量，x⁽⁰⁾为系统的初值，为x⁽⁰⁾经过经典牛顿法第一次迭代后的预估值，z⁽¹⁾为经过一次三阶牛顿法所求的中间值，f(x⁽⁰⁾)为在x⁽⁰⁾处对应的函数值，f(z⁽¹⁾)为在z⁽¹⁾处对应的函数值；J(x⁽⁰⁾)为函数f(x)在x＝x⁽⁰⁾处的斜率，为函数f(x)在处的斜率，x⁽¹⁾为第1次迭代后的系统初值的修正值；

步骤10：采用牛顿法计算J的各个元素，进而判断|Δf|_max＜ε是否成立；若是，停止计算，输出系统的交流节点和直流节点的计算结果；若否，设置迭代计数器的迭代次数K＝1，进入步骤11；

步骤11：预估校正法的预测步按如下公式计算

步骤12：预估校正法的校正步按如下公式计算x^(K+1)：

步骤13：采用牛顿法计算J的各个元素，进而判断|Δf|_max＜ε是否成立；若是，停止计算，输出系统的交流节点和直流节点的计算结果；若否，设置迭代计数器的迭代次数K＝K+1，返回步骤11。