[发明专利]一种含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算方法

摘要

本发明公开了属于电力系统调度自动化领域的一种含VSC‑HVDC交直流系统的最大输电能力计算方法，包括提供基于多状态最优潮流的含VSC‑HVDC交直流系统最大输电能力计算模型；提供含VSC‑HVDC交直流系统N‑1故障筛选方法；N‑1故障筛选，并利用COUENNE非线性混合整数优化模型求解器对最大输电能力计算模型进行求解。本发明能够充分考虑N‑1安全约束及故障后VSC‑HVDC控制约束，有效解决含VSC‑HVDC交直流系统最大输电能力计算问题及VSC‑HVDC最优参数整定问题，具有良好的工程应用前景。

主权项

1.一种含VSC‑HVDC交直流系统最大输电能力计算方法，其特征在于，该计算方法包括步骤：步骤A.提供基于多状态最优潮流的含VSC‑HVDC交直流系统最大输电能力计算模型；具体地，提出的基于多状态最优潮流的含VSC‑HVDC交直流系统TTC计算的基本模型如下：s∈Ξ   (4))式(1)、(2)、(3)、(4)中：F表示系统输电能力计算函数；Ξ表示系统运行状态集，包括系统正常运行状态及N‑1故障运行状态；N表示系统的节点集；x^s表示运行状态s下的状态变量；表示运行状态s下的可变控制变量；u₂表示多种运行状态下的不变控制变量；分别为不同运行状态下的等式约束和不等式约束，g^s、分别表示不同运行状态下不等式约束的下限和上限；其中，系统不同运行状态下的等式约束和不等式约束包括节点电压约束、发电机有功出力约束、发电机无功出力约束、支路传输容量约束，由下式表示，式(15)中，分别表示系统运行状态s_k下节点i电压幅值的下限和上限；P_G,i,min、P_G,i,max分别表示节点i处发电机有功出力的下限和上限，Q_G,i,min、Q_G,i,max分别表示节点i处发电机无功出力的下限和上限；分别表示系统运行状态s_k下支路l传输容量的下限和上限；通过求解以上交直流系统TTC计算的基本模型，即得到交直流系统的TTC和相应的VSC‑HVDC控制方式及参数整定值，但求解结果会出现多个最优解的情况，即不同的VSC‑HVDC控制方式均能够使系统达到最大输电能力；对此，以N‑1故障后所有VSC调制比和移相角的平均调整量最小为原则，给出模型出现多个最优解情况下VSC‑HVDC控制方式的确定方法；假设得到的最优解集为O＝{o₁,o₂,…}，对其N‑1故障后所有VSC调制比和移相角的平均调整百分量按下式确定：式(16)中，分别表示最优解o_j中节点i端VSC在系统运行状态为s_k时的调制比和移相角，则最终的最优解o^*确定为：步骤B.提供含VSC‑HVDC的交直流系统N‑1故障筛选方法；所述含VSC‑HVDC的交直流系统N‑1故障筛选方法包括：(1)基于故障对静态电压稳定性影响的故障筛选：求解方程得到Δx/Δμ与Δλ/Δμ，式中：x＝(U,θ,M,δ,x₁,x₂)表示系统状态变量，U表示交流系统中PQ节点电压，θ表示交流系统中除平衡节点外的电压相角，M、δ分别表VSC的调制比和移相角，x₁、x₂为VSC‑HVDC系统变量{P_S,Q_S,U_S,U_d}中的非整定变量，λ表示负荷增长因子，μ表示支路导纳的同伦变换参数，当μ从1减小为0时，相应的支路导纳从正常值减小为0，f(x,λ,μ)＝0表示系统参数化的潮流方程，v表示雅克比矩阵f_x(x,λ,μ)的右特征向量，(x^*,λ^*)为系统正常运行状态μ＝1下的鞍结分岔点；进一步计算得到支路b视在功率模值S_b与该支路导纳同伦变化参数μ的灵敏度关系ΔS_b/Δμ，则λ/MVA灵敏度表示为：对支路b故障后新的鞍结分岔点计算为：进一步评估支路N‑1故障下的最大输电能力，对所有支路的进行排序即得到基于鞍结分岔点的支路N‑1故障严重程度排序情况；其中Δx、Δλ、Δμ、ΔS_b表示对应变量的微小增量；(2)基于故障对支路传输容量越限影响的N‑1故障筛选：求解方程得到Δx/Δμ与Δλ/Δμ，式中：(x^**,λ^**)表示系统正常运行状态μ＝1下考虑支路传输容量约束的最大输电能力运行点；进一步支路b故障后新的支路传输容量越限临界点计算为进一步评估支路N‑1故障下的最大输电能力，对所有支路的进行排序即得到基于支路传输容量越限临界点的支路N‑1故障严重程度排序情况；步骤C.N‑1故障筛选，利用COUENNE求解器对最大输电能力计算模型进行求解；其中N‑1故障包括系统所有变压器支路和交流线路的开断故障；COUENNE为一种非线性混合整数规划模型的求解器；所述N‑1故障筛选包括：步骤C1：求取系统鞍结分岔点及系统支路传输容量越限临界点，如果两点相等，则仅采用基于故障对静态电压稳定性影响的N‑1故障筛选方法对系统进行N‑1故障筛选；如果两点不等，则同时利用步骤B中的两种N‑1故障筛选方法对系统进行N‑1故障筛选，取两种筛选结果中最严重N‑1故障的并集作为最终的N‑1故障筛选结果；步骤C2：输入若干种最严重N‑1故障下的节点导纳矩阵、负荷增长方向的参数信息，利用COUENNE求解器对最大输电能力计算模型进行求解；步骤C3：判断最优解个数，若最优解个数为1，则VSC‑HVDC的最优控制方式和参数整定值由该最优解决定，若最优解个数大于1，进一步判断各最优解对应的N‑1故障后VSC‑HVDC调制比和移相角的平均调整量，由平均调整量最小的最优解决定VSC‑HVDC的最优控制方式和参数整定值。