交直流系统有功功率最大化消纳方法

1.本发明属于交直流技术领域，涉及一种通过直流线路功率控制实现交直流系统中有功功率的最大化消纳。


背景技术：

2.随着电力系统的规模不断扩大，系统中的部分潮流逐渐接近稳定限值，传统的电力系统为纯交流电网，对潮流控制的手段有限，随着直流系统的加入，为新型交直流系统中的潮流优化控制提供了可能，具体的说：由于传统的断面为纯交流线路，潮流呈现自然分布的特点，当一条线路的潮流达到限值时，会制约一个区域的有功潮流，包括达到限值线路附近的发电节点无法增发出力，负荷节点负荷大小受限；为此需要可以灵活优化电力系统中的潮流分布的手段，实现有功功率的最大化消纳；直流输电线路具备功率灵活可控的特点，可以通过换流站功率参考值的优化修正，转移系统中重载线路的潮流，实现系统中有功功率的最大化传输消纳。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明考虑到直流输电线路功率灵活可控性，提出一种交直流系统中有功功率的最大化消纳方法，通过优化程序对换流站有功参数进行优化，实现对电网中有功功率的最大化传输和消纳。
4.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：交直流系统有功功率最大化消纳方法，包括如下步骤：步骤一：建立交直流系统稳定的潮流数据集；步骤二：根据交直流系统情况，选择需要优化的发电节点和负荷节点以及直流系统，设定稳定运行的发电量、负荷量和换流站有功控制参数初值，公式如下：其中，代表发电机类有功出力初值，代表负荷有功初值，代表发电机类无功出力初值，代表负荷无功初值，代表直流系统有功出力初值；步骤三：通过优化程序生成控制变量的修正值，并对第n次优化变量数据进行对应修改；其中，代表发电机类有功出力变化量，代表负荷有功变化量，代表发电机类无功出力变化量，代表负荷无功变化量，代表直流系统有功出力变
化量；步骤四：对新生成的潮流数据进行潮流计算，判断潮流计算结果是否收敛并满足约束条件，若不收敛或不满足约束条件，则重新返回优化程序，进行控制变量修正；步骤五：当潮流计算结果收敛时，对数据进行稳定性校验，若不满足稳定性要求，则重新对控制变量进行修正；步骤六：计算相关的目标函数值；步骤七：通过优化程序，不断对控制变量进行修正，至优化满足收敛条件或达到迭代结束条件。
5.进一步的，所述步骤三还包括如下步骤：通过优化程序生成控制变量的修正值，并对潮流数据进行对应修改，并使得发电节点出力增量与负载增量保持相同，确保系统的有功潮流和无功潮流平衡：其中，表示发电机有功出力增量；表示负载有功增量；表示发电机无功出力增量；表示负载无功增量。
6.进一步的，所述步骤四中需满足交直流系统的潮流平衡的等式约束和电压、电流、功率等电气量在额定范围内的不等式约束：其中，表示发电有功功率，表示负荷有功功率；表示发电无功功率，表示负荷无功功率；表示交直流系统中的电气量集合；表示电气量的下限，表示电气量的上限。
7.进一步的，系统的发电机出力与负荷大小需满足以下约束条件：满足交直流系统的潮流平衡的等式约束和电压、电流、功率等电气量在额定范围内的不等式约束，具体公式如下：
其中，、分别表示系统第i台发电机有功和无功出力；、分别表示系统第j个发电机的有功和无功负荷；、分别表示系统的有功功率和无功功率损耗；表示系统中的无功补偿量；、分别表示交流线路ij电流的测量值和限定值；、分别表示线路ij传输的有功功率测量值和额定值；、分别表示线路ij传输的无功功率测量值和额定值；、和分别表示节点j的电压最小值、测量值和最大值；、分别表示直流线路ij有功功率传输的测量值和最大值；、分别表示直流线路ij电流的测量值和限定值。
8.进一步的，所述步骤五中，根据交直流系统情况，选择研究的目标函数，目标函数包括以下目标函数中的至少一种：新能源出力最大化目标函数、区外来电最大化目标函数、系统承载力最大化目标函数。
9.进一步的，所述步骤五中，目标函数如下：其中，表示优化的目标函数值，表示研究的系统中电源的有功出力，包括但不限于传统发电厂、新能源和区外来电等。
10.进一步的，所述优化程序采用智能优化算法或解析类优化算法。
11.与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：本发明通过调整优化换流站的有功控制参数，优化交直流系统的潮流，更好地实现系统中有功功率的消纳。经试验验证，本发明方法能够提升系统的有功功率消纳能力，在利用多条直流线路进行优化时，效果更为显著。
附图说明
12.图1为本发明提供的交直流系统有功功率最大化消纳方法流程图。
13.图2为测试系统拓扑图，其中虚线表示节点通过其他交流节点间接相连。
具体实施方式
14.以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
15.本发明提供了一种交直流系统有功功率最大化消纳方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：步骤一：建立交直流系统稳定的潮流数据集，交直流系统包含新能源等发电节点、负载节点、输电线路和功率灵活可控的直流输电系统；步骤二：根据交直流系统情况，选择需要研究的发电节点和负荷节点以及直流系统，设定一个稳定运行的发电量、负荷量和换流站有功控制变量初值，公式如下：其中，代表发电机类有功出力初值，代表负荷有功初值，代表发电机类无功出力初值，代表负荷无功初值，代表直流系统有功出力初值；步骤三：通过优化程序生成控制变量的修正值，并对第n次优化变量数据进行对应修改；其中，代表发电机类有功出力变化量，代表负荷有功变化量，代表发电机类无功出力变化量，代表负荷无功变化量，代表直流系统有功出力变化量。
16.本步骤应根据系统的大小，考虑计算机算力，对优化程序进行选择，优化程序包括但不限于各类智能优化算法或解析类优化算法。
17.对控制变量修正后，对潮流数据进行对应修改，需使得发电节点出力增量与负载增量保持相同，确保系统的有功潮流和无功潮流平衡：其中： 表示发电机有功出力增量；表示负载有功增量； 表示发电机无功出力增量；表示负载无功增量。
18.步骤四：对新生成的潮流数据进行潮流计算，判断潮流计算结果是否收敛并满足约束条件，若不收敛或不满足约束条件，则需要重新返回优化程序，进行控制变量修正。
19.优化过程中要满足交直流系统的潮流平衡的等式约束和电压、电流、功率等电气量在额定范围内的不等式约束：
其中： 表示发电有功功率，表示负荷有功功率； 表示发电无功功率，表示负荷无功功率； 表示交直流系统中的电气量集合； 表示电气量的下限，表示电气量的上限。
20.具体的，在本例中，系统的发电机出力与负荷大小要满足以下约束条件：满足交直流系统的潮流平衡的等式约束和电压、电流、功率等电气量在额定范围内的不等式约束，具体公式如下：其中，、分别表示系统第i台发电机有功和无功出力；、分别表示系统第j个发电机的有功和无功负荷；、分别表示系统的有功功率和无功功率损耗；表示系统中的无功补偿量；、分别表示交流线路ij电流的测量值和限定值；、分别表示线路ij传输的有功功率测量值和额定值；、分别表示线路ij传输的无功功率测量值和额定值；、和分别表示节点j的电压最小值、测量值和最大值；、分别表示直流线路ij有功功率传输的测量值和最大值；、分别表示直流线路ij电流的测量值和限定值。
21.步骤五：若潮流计算结果收敛，需要进一步对数据进行稳定性校验。稳定性校验手段包括但不限于线路n-1故障校验，线路热稳定校验、系统静态稳定校验等，若不满足稳定性要求，需要重新返回优化程序，可通过包括但不限于设置不等式约束、惩罚函数等方法进行规避，重新对控制变量进行修正。
22.步骤六：计算相关的目标函数值。根据交直流系统情况，选择研究的目标函数，包括但不限于新能源出力最大化、区外来电最大化、系统承载力最大化等目标函数：其中，表示优化的目标函数值，表示研究的系统中电源的有功出力，包括但不限于传统发电厂、新能源和区外来电等。当目标函数符合要求则进入下一步，否则重新返回优化程序，进行控制变量修正。
23.步骤七：通过优化程序，不断对控制变量进行修正，至优化满足收敛条件或达到迭代结束条件，如达到优化次数等。
24.本发明选择交直流系统中一条或多条直流的参数进行优化，可优化的直流线路包括传统直流和柔性直流输电线路。为达到更优效果，可根据实际情况选取更多直流线路进行优化。
25.在交直流混合系统中，采用本发明提出的交直流系统有功功率最大化消纳方法，用于优化交直流系统中有功潮流的分布，实现交直流系统的有功功率的最大化消纳，包括但不限于新能源节点、区外来电节点和传统的系统内部发电厂节点的有功功率消纳。
26.在交直流系统有功潮流优化中，采用本发明所提出的交直流系统有功功率最大化消纳方法。在交直流输电系统中，新能源、区外来电等发电量在电力系统的占比逐渐升高，对电力系统的消纳能力提出了更高的要求。传统的纯交流系统，潮流处于一种自然分布的状态，其中当一条线路达到限度时，可以调节系统潮流的手段很少；由于直流换流站具有功率灵活可控的特点，通过调整直流功率控制的参数，优化交直流系统的潮流分布。
27.测试环境：在bpa环境中搭建了交直流仿真系统，如图2所示。不断增加部分电源节点出力和负荷节点的负载，维持系统的有功功率和无功功率平衡，其中直流的容量为（
±
2400mw）；对比系统中存在直流优化和系统中不存在直流情况，验证直流有功参数优化可以提升系统的有功功率消纳能力。以线路n-1校验为例，针对输电线路n-1故障，在增加发电机出力的过程中，需要对各条交流线路做n-1故障校验，当其中任意一条线路故障，不满足约束条件时，重新修正优化方向。同时，为了突显直流对系统潮流改善效果，这里选择用两条直流线路对系统的潮流进行优化，最终优化结果如下： 优化前优化后风电18167.49mw22630.86mw光伏20535.89mw21594.00mw备注无直流有直流且线路输送（2400和1893mw）表一本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为
本发明的保护范围。