[发明专利]交直流混合配电网统一潮流模型

权利要求书

1.一种交直流混合配电网统一潮流模型，其特征在于：

S1、电力电子变换器稳态模型

S1.1、VSC变流器稳态模型

根据PWM原理，交流侧电压和直流侧电压关系是：

式中：μ表示直流电压利用率，M为脉宽调制比，则交流电压基准值和直流电压基准值的关系是：

式(1)结合式(2)可得出以下关系：

V_n＝MV_k (3)

式中：η_c是变流器效率，则变流器两侧的功率关系为：

P_nk＝P_d/η_c (4)

在主从控制下，VSC交流侧的无功功率由变流器的功率因数角来确定：

下垂控制时，VSC处于逆变状态时，则无功功率表示为：

Q_nk＝(V_max-V_n)/λ (6)

λ＝(V_max-V_min)/Q_max (7)

式中：V_max表示变流器电压上限，V_min表示电压下限，λ表示变流器的无功下垂增益，Q_max表示变流器支持的无功功率上限；

S1.2、DC/DC变换器稳态模型

找出与m节点相连的节点1,2,3,4……,h，利用第k次迭代的电压得到支路功率如下：

式中：R_mx表示支路电阻；P_M表示m节点所带负荷；

n、m支路流过的电流表示为：

结合m点电压以及DC/DC变换器参数求得第k+1次迭代变换器占空比以及等效参数，

(1)占空比

Buck型DC/DC变换器：

Buck-Boost型DC/DC变换器：

(2)变压器参数：

Buck型DC/DC变换器：

Buck-Boost型DC/DC变换器：

式中：N为变换器模型中的子模块数；D为占空比；U_D，R_D分别二极管的正向导通压降和导通电阻；R_L为电感线圈的电感电阻；R_S为MOSFET的导通电阻；M(D)为变换器模型的变比；R_E为变换器电路中的等效电阻和；U_E为等效电路中的电压降落；

DC/DC变换器π型等效支路导纳表示为：

考虑变压器支路线路电阻经过星-三角变换，最终可等效为π型支路，三条支路导纳：

由于变压器支路上有U_E的电压降落，因此对其支路注入电流还需要进行相应的修正，I_n、I_m为修正前后的节点注入电流：

S2、基于节点-支路矩阵的交直流混合配电网统一潮流模型

S2.1建立二进制节点-支路矩阵

(1)节点类型矩阵W：

(2)支路连接矩阵H：

(3)连接线型矩阵J：

(4)判断矩阵T：

(5)方向矩阵L：

式(22)中：DC/DC变压器建模方向和与其连接的线路电阻位置有关，DC/DC变压器建模的首端为与线路电阻连接的一侧；

S2.2、建立交直流混合配电网支路潮流方程

交直流混合配电网的支路结构划分为9种场景：

(1)场景1：两个交流节点之间以交流线路连接，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

(2)场景2：两个直流节点之间以直流线路连接，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

(3)场景3：交流节点通过VSC经直流线路连接直流节点，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

式中：a₁、b₁分别表示变流器处于整流状态还是逆变状态，a₁、b₁表达式如下：

(4)场景4：直流节点经直流线路通过VSC连接交流节点，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

(5)场景5：交流节点经交流线路通过VSC连接直流节点，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

(6)场景6：直流节点通过VSC经交流线路连接交流节点，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

(7)场景7：两个交流节点通过两个VSC经直流线路连接，其支路潮流方程为：

二进制节点-支路矩阵形式如下：

式中：a₂、b₂表示变流器处于整流状态还是逆变状态，a₂、b₂表达式如下：

(8)场景8：两个不同电压等级的直流节点通过DC/DC经直流线路连接，且注入功率方向与DC/DC变压器建模方向相同时，其支路潮流方程为：

P_nm＝V_n(V_nG'₂+(V_n-V_m)G′₁) (39)

二进制节点-支路矩阵形式如下：

(9)场景9：两个不同电压等级的直流节点通过DC/DC经直流线路连接，且注入功率方向与DC/DC变压器建模方向相反时，其支路潮流方程为：

P_nm＝V_n(V_nG'₃+(V_n-V_m)G′₁) (41)

二进制节点-支路矩阵形式如下：

S3、交直流配电网潮流计算

S3.1、目标函数

目标函数是电压的修正量均要满足小于所设定的精度：

式中：ΔV、Δθ分别表示电压幅值的修正量和电压相角的修正量加；||·||_∞表示无穷范数，即取电压修正量的绝对值的最大值；epilson表示收敛精度；

S3.2、约束条件

(1)矩阵二进制变量的整数约束：

(2)支路功率平衡约束：

对于有变压器支路的定有功功率控制节点，有功不平衡量还需加上下式：

ΔP＝P_g-UI (46)

式(45)、式(46)中：nb表示系统总节点数；表示节点注入的有功功率；表示节点计算注入的有功功率；表示节点注入的无功功率；表示节点计算注入的无功功率；P_g表示定有功功率控制节点的有功功率值；

式中：表示交流节点电源的有功功率；表示交流节点负荷的有功功率；表示直流节点电源的有功功率；表示直流节点负荷的有功功率；表示交流节点电源的无功功率；表示交流节点负荷的无功功率；

S3.3、雅可比矩阵及修正方程

(1)主从控制

主从控制方式下系统的状态空间方程表示为：

(2)下垂控制

对其功率加以约束

式中：表示直流电源有功功率下垂增益；表示交流电源有功功率下垂增益；表示交流电源无功功率下垂增益；V_max表示电压最大值；f_max表示频率最大值；

对于交流电源有功功率约束需要进行归一化处理：

其中：

下垂控制时，有功功率不平衡量、无功功率不平衡量中对直流电源有功功率、交流电源的有功功率、交流电源的无功功率、VSC逆变侧无功功率的位置按照式(6)、式(49)和式(50)进行修改。与主从控制不同的是，下垂控制需要设置一个电压相角参考节点，电压相角及其对应的无功功率为0；

S3.4算法流程

(1)输入网络参数以及控制类型；

(2)设置电压初始值，并规定DC/DC变换器的正方向；

(3)由线路参数以及变换器的参数形成网络的节点导纳矩阵；

(4)分别结合交直流潮流计算模型、功率不平衡方程计算出线路传输功率及功率的不平衡量；

(5)对节点类型进行分类，计算雅克比矩阵的各个元素形成雅克比矩阵；

(6)如果是主从控制，由修正方程求电压修正量修正电压；如果是下垂控制，对应修改交流电源的有功功率、交流电源的无功功率、直流电源的有功功率及VSC逆变时注入的无功功率，及其对应的雅克比矩阵的元素，由修正方程求修正量修正电压；

(7)如果修正量满足迭代的精度，则进行下一步的判断；如果不满足精度要求，则需要进行下一次迭代直到电压修正量满足精度要求为止；

(8)判断是否满足功率约束，如果不满足则进行数据的更新重新计算，如果满足则程序结束。