一种柔性直流电网站间协同潮流优化方法

技术特征：
1.一种柔性直流电网站间协同潮流优化方法，其特征在于：包括以下步骤：一、将柔性直流电网的控制参数纳入优化范畴，包括有功功率参考值以及下垂系数，以网络损耗最小为目标，建立了柔性直流电网潮流优化数学模型；二、基于内点法对柔性直流电网潮流优化数学模型进行求解，实现柔性直流电网潮流优化。2.根据权利要求1所述的一种柔性直流电网站间协同潮流优化方法，其特征在于：柔性直流电网潮流优化数学模型为：柔性直流电网的最优潮流问题是求解非线性优化问题，而非线性优化问题用包含目标函数以及约束条件的数学模型表示，即：其中x代表决策变量；f(x)代表目标函数；h(x)代表等式约束条件；g(x)代表不等式约束条件；将换流站控制策略以及相应控制变量参考值纳入潮流优化计算中，则状态变量表示为：x
t
＝[u
dc
,u
dcref
,p
ref
,k]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中u
dc
表示换流站直流母线电压；p
ref
和表示有功功率参考值；k表示下垂系数，设换流站数量为n
vsc
，u
dcref
的维数为n
u
，p
ref
的维数为n
p
，k的维数为n
droop
，则上述各维度之间满足：n
vsc
＝n
u
n
p
n
droop
ꢀꢀꢀ
(3)选择以网络损耗这个单一目标对柔性直流电网潮流进行优化，系统网络损耗表示为：其中u
i
以及u
j
表示直流电压，g
ij
表示节点i和j之间的电导；柔性直流电网稳定运行点与换流站直流母线电压以及注入有功功率有关，根据四端直流电网拓扑列写潮流约束方程：其中p
gi
表示注入换流站i的有功功率，p
di
表示直接与换流站i相连的负荷，u表示换流站直流母线电压；换流站不同的控制方式所控制的对象不同，有功类方程表示为：p
ref-p＝k(u-u
dcref
)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)p
i
＝p
ref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中k表示下垂系数，p
ref
表示有功功率参考值；采用下垂控制方式的换流站，其直流电压和换流站注入有功功率满足式(6)；采用定有功功率控制方式的换流站满足式(7)；考虑两个采样点的功率变化量，将新能源出力曲线按采样点线性化，其功率变化表示为：
p'(t t
c
)＝p(t) δp(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)其中p(t)表示t时刻接入新能源的换流站注入有功功率，p
′
(t t
c
)表示经一个采样周期后的有功功率注入量，δp表示该周期始末的有功功率波动量；换流站的有功功率参考值pref与实际功率p
′
(t t
c
)不平衡，不满足式(7)，因此引入新的有功功率参考值p
′
ref
，满足：p'
ref
＝p'(t t
c
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)柔性直流电网潮流优化不等式约束条件表示为：u
dcmin
≤u
dc
≤u
dcmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)p
min
≤p
ref
≤p
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)q
min
≤q
ref
≤q
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)k
min
≤k≤k
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)其中u
dcmin
与u
dcmax
分别表示直流母线电压的上、下限，考虑换流站的容量裕度，若换流站容量为s，则有功功率参考值和无功功率参考值的上限p
max
、q
max
均取0.8s，下限p
min
、q
min
均取-0.8s，下垂系数k的下限k
min
为0，上限k
max
的推导公式取为：3.根据权利要求2所述的一种柔性直流电网站间协同潮流优化方法，其特征在于：采用内点法对柔性直流电网潮流优化问题进行求解的方法为：s1、引入松弛变量、罚函数，将原问题转换为只含等式约束的优化问题；s2、各变量初始化；取潮流计算的结果作为直流电压u
dc
以及换流站有功功功率p的初始值，下垂系数k按各换流站容量比例为依据选取初始值；s3、利用拉格朗日乘子法消去等式约束，转换为无约束优化问题；s4、根据无条件求极值的方法，令各变量偏导数为0，得到一系列f(x)＝0的非线性方程，即牛顿法中的修正方程组；最后，利用牛顿法求解修正方程组得到修正量δx；s5、判断是否满足收敛条件δx<容许误差ε，若是，则修正变量后输出数据；若否，则修正变量后返回s4。4.根据权利要求3所述的一种柔性直流电网站间协同潮流优化方法，其特征在于：引入松弛变量以及罚函数，将式(1)转换为只含等式约束的优化问题，其数学模型表示为：其中u、l为松弛变量，μ为障碍常数，满足μ>0；在求解柔性直流电网最优潮流时必然会出现不等式约束，内点法是将迭代过程始终保持在可行域内，因此需要处理控制变量或函数不等式越界问题；因控制变量的上下限明确，在出现越界情况时，直接将控制变量取为上限或下限继续迭代，即：
函数不等式约束与控制变量约束不同，其函数值是由多个变量共同决定的，无法像处理控制变量越界一样直接取边界继续迭代；引入罚函数来避免迭代过程中出现函数不等式越界的情况，式(15)中目标函数的惩罚项展开为：越界的情况，式(15)中目标函数的惩罚项展开为：下标i表示不等式约束的序号，当函数h(x)靠近边界时，罚函数趋于无穷大，这会迫使控制变量朝罚函数减小的方向迭代，从而保证迭代过程始终在可行域内。

技术总结
本发明涉及柔性直流输电技术领域，涉及一种柔性直流电网站间协同潮流优化方法，其包括以下步骤：一、将柔性直流电网的控制参数纳入优化范畴，包括有功功率参考值以及下垂系数，以网络损耗最小为目标，建立了柔性直流电网潮流优化数学模型；二、基于内点法对柔性直流电网潮流优化数学模型进行求解，实现柔性直流电网潮流优化。本发明给电力系统调度以及换流站控制参数整定提供了参考，有利于提高电力系统的经济性和稳定性。的经济性和稳定性。的经济性和稳定性。


技术研发人员：苗虹 赖辉 曾成碧 吴雪峰 杨效
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/29