计及换流器损耗的交直流潮流改进算法研究

摘要

随着光伏、风能、太阳能等可再生能源的不断应用，高压直流输电技术（High Voltage Direct Current, HVDC）已然成为电能主要输送方式之一。这种新型的输电技术不仅具有远距离、大容量的传输能力，而且对区域电网互联、多点供电和多点受电的网络结构的发展具有重要意义。然而随着HVDC的推广，传统的交直流系统潮流计算方法已不能完全适用，如何确保潮流计算能准确获得电力系统的运行状态，对电力系统规划、电力系统暂态分析、继电保护整定计算都至关重要。对交直流系统而言，混联电网包含了复杂的网络结构以及换流器的诸多控制方法，但目前已有文献并没有对此进行深入的研究。因此，本文的目标则是通过理论推导和仿真对比找出适用于交直流混联系统的潮流算法。论文的主要工作及成果如下：
　　①本文的研究网络采用了混合高压直流输电技术（Hybrid-High Voltage Direct Current, Hybrid HVDC），该技术结合电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）和电网换相换流器（Line Commutated Converter, LCC）两种换流器。在此基础上，本文研究了VSC和LCC的工作原理和控制方法，并建立了计及损耗的两种换流器的潮流计算模型。
　　②类比统一求解法、交替求解法、双向迭代法、交直流解耦法后，本文提出了一种改进的交替求解法，该算法继承了交替求解法的结构特点，并对交替求解法的初值设定以及初期潮流计算收敛性差的特点进行改进：首先利用交直流解耦法的解耦条件计算出更为准确的初值；其次在交直流潮流计算过程中对收敛精度进行不断修改，从而限制了迭代过程中不合理的计算并提升了计算速度。
　　③利用算例对交流解耦法（不计及损耗）、统一求解法、双向迭代法、改进方法进行仿真对比。在计及和不计及损耗的换流器模型下，得出交直流解耦法由于忽略了换流器损耗，在部分换流器虚拟节点上出现较大误差。其次，改进方法由于采用解耦条件从而避免了双向迭代法不收敛的情况。
　　④归纳了含 Hybrid-HVDC的交直流系统的电压控制策略。在简单和区域互联网络结构下，通过软件MATLAB对四种方法进行仿真对比。在收敛性和计算时间上，改进的交替求解法相较于传统方法具有明显提升；在计算精度上，改进方法采用了计及损耗的换流器模型，在计算结果上满足计算精度要求，因此进一步验证了改进方法的可行性。
　　综上所述：换流器使得交直流潮流算法的研究变得复杂，其中计及损耗的换流器模型带来了计算精度上的提升。而潮流计算过程中，初期潮流计算收敛性差、初值设定不当使交替求解法和双向迭代法的性能受到影响。而改进的交替求解法克服了已有方法的不足，提升了计算速度并增强了算法的实用性，为现有潮流算法提供了一条新的思路，对推行交直流混联系统具有积极作用。

目录

1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状综述

1.3本文研究内容

2 换流器模型以及控制方式

2.1 引言

2.2 电压源型换流器

2.3 电网换相换流器

2.4 本章小节

3 计及换流器损耗的交直流潮流算法

3.1 引言

3.2 交直流潮流算法

3.3 交替求解法的改进

3.4 本章小结

4 含Hybrid-HVDC的交直流电网模型仿真

4.1 引言

4.2 直流电网母线电压控制策略

4.3 算例分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B.区域互联交直流系统潮流计算结果