[发明专利]一种含VSC-HVDC交直流系统精确化离散最优潮流计算方法

摘要

一种含VSC‑HVDC交直流系统精确化离散最优潮流计算方法，其特征在于该计算方法首先分析含VSC‑HVDC交直流系统的功率稳态方程和其他修正方程，然后设定其等式约束与不等式约束，最后将正曲率二次罚函数引入内点法；它采用内点法对交直流系统连续变量进行优化，当达到某一条件时引入罚函数，对离散变量进行约束及优化，同时根据迭代量的变化，不断调整罚函数的参数值，最后达到对连续、离散变量同时寻优的目的。

主权项

一种含VSC‑HVDC交直流系统精确化离散最优潮流计算方法，其特征在于该计算方法首先分析含VSC‑HVDC交直流系统的功率稳态方程和其他修正方程，然后设定其等式约束与不等式约束，最后将正曲率二次罚函数引入内点法；具体包括：1)所述含VSC‑HVDC交直流系统主要由交流系统、换流站和直流网络3部分组成；可令换流器的输入电压为注入该节点的交流节点的电压为交流节点的功率为P_si+jQ_si；注入换流站的功率为P_ci+jQ_ci，换流站换流变压器的等效阻抗为R_i+jX_Li；通过上述假设，可计算出流过换流变压器的电流为：交流系统流入换流站的功率应该满足以下关系式：这里可令δ_i＝θ_si‑θ_ci，α_i＝arctan(X_Li/R_i)，通过推导可以得到：这里为了消除换流器的有关方程，使得交流系统与直流系统通过方程直接关联，使用换流器的输出电压有效值与直流电压的关系：在上式中，μ_d为直流电压的利用率，一般情况下0<μ_d<1,这里调制方式设为SPWM，则M_i为调制度,这里设定调制度为0<M_i<1；可以得到交流节点的注入功率与交流节点、直流节点相关参数量的关系：换流器的内部损耗与变压器损耗已由R_i等效，故直流功率P_di与注入换流桥的P_ci相等，故有以下公式，其中的I_di为直流节点电流：交直流系统同时包含交流与直流节点，对不同类型的节点都需要进行修正，对交流节点，其修正方程与传统潮流计算一致：对于VSC的直流节点而言，方程为：式中的i、j代表了节点的编号，P、Q、U分别代表了有功、无功与电压幅值，θ、G、B分别 代表了相角、电导和电纳，P_i^s与分别代表注入节点i的有功功率和无功功率；直流系统的修正方程为：式中的i表示VSC的编号；根据求解变量的个数，需要增加直流网络方程：式中R_d代表直流节点间电阻；2)内点法将对数壁垒函数引入牛顿法中，用于处理非线性规划问题中的不等式约束，具体可以描述为以下形式：式中x为待求变量；f(x)为优化目标函数；h(x)、g(x)分别为等式约束与不等式约束；g_max、g_min分别为不等式约束的上下限；引入松弛变量l、u，并在目标函数中加入对数壁垒函数，就可以将不等式约束转换为等式约束，然后再进行求解：式中的y、z、w为拉格朗日乘子，也称对偶变量。该优化问题极小值存在的必要条件是上式对所有的变量以及乘子的偏导数都为0，由此可以得到：其中μ＝σGap/2r，Gap＝l^Tz‑u^Tw，Gap称为对偶间隙，σ称为中心参数；L＝diag(l₁,…,l_r),U＝diag(u₁,…,u_r)，Z＝diag(z₁,…,z_r)，W＝diag(w₁,…,w_r)其中r代表了不等式约束的个数。采用牛顿‑拉夫逊法进行求解，对其线性化可以得到修正方程组：将上式经过k次迭代，得到原变量与对偶变量的修正值，并进行更新，最后得到方程的解；3)将一个正曲率二次罚函数引入内点法，其表达式如下:上式中，v_b为罚因子，x_b1为离散变量x_b的邻域中心，可以定义x_b1的邻域R(x_b1)为如下区间：其中，S为其分级步长。将正曲率二次罚函数引入，可以得到：通过引入二次罚函数，可以在计算过程中对离散变量起到一个约束作用，使其规整到邻域中心；该方法处理离散变量的效果与引入罚函数的时机和罚因子的大小密不可分；将交直流系统网损最小作为目标函数：式中，P_acloss为交流系统网损，而P_dcloss为系统中的直流线路损耗。