基于含VSC-MTDC直流输电混合电力系统的潮流计算研究

摘要

近年来多端直流输电系统(MTDC)正得到不断应用并受到更多的关注和研究，随着高压直流输电(HVDC)技术的不断发展，MTDC系统的端口数目增多、网络拓扑日益复杂，传统用于交直流系统潮流计算方法已不能完全适应。本文依托国家电网科技项目“大电网在线分析软件分析计算能力提升及多级协同计算架构研究”子课题，以电压源型多端直流输电(VSC-MTDC)技术为核心，在研究其运行原理和控制模式的基础上对含VSC-MTDC交直流互联输电系统潮流计算展开较为深入的研究，为工程实用调度计算软件的算法开发提供有效的理论依据。
　　首先，本文分析研究传统直流输电(LCC-HVDC)和VSC-HVDC的原理及运行特性并对比他们之间的优缺点，在此基础上研究了VSC-MTDC系统的运行原理、控制方式并建立了用于潮流计算的稳态模型;详细讨论并建立了VSC-MTDC潮流计算的数学模型，为VSC-MTDC潮流计算奠定理论基础。
　　接着，本文实现了交替求解法和联立求解法在VSC-MTDC系统潮流计算的应用。用于传统换流器的两端直流输电系统潮流算法可以分为两大类:交替求解法和联立求解法，文中详细分析了这两种算法的原理和求解过程，针对VSC-MTDC的联立求解法的数学模型和求解步骤，给出了各种控制方案下雅可比矩阵的处理方法;针对交替迭代法，建立了在不同控制方案下的接口方程，实现了电源型换流器潮流计算时交直流两侧的接口，并提出了一种改进的交替迭代潮流算法。
　　随后，通过MATLAB编程将传统算法及改进算法在算例上实现并进行了验证和对比:联立求解计算精度好，但和已有交流潮流程序的接口困难、大系统计算存在收敛性隐患;传统交替求解法容易和已有的交流潮流算法接口，算法容易用程序实现，但是收敛性较差;而改进的交替迭代法借鉴了联立法的优点并很好的改善了传统交替方法的收敛性缺陷。
　　然而，在多端口、大电网互联、计算节点数目庞大的背景下改进算法的性能仍不太理想。因此，本文提出了基于异步迭代法的含VSC-MTDC混合系统的分布式潮流计算方法。该方法依据换流站的潮流模型将混合系统分割，通过协调计算边界变量实现整个系统的全局收敛。克服了已有VSC-MTDC潮流方法在换流站数目多、交流网络节点数目庞大情况下运算速度慢、收敛性差甚至不收敛的缺点，并考虑了换流站运行中的多种控制模式。最后，通过算例验证了算法的性能。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外发展及应用现状

1．2．1 高压直流输电系统的发展及其潮流计算应用现状

1．2．2 含多端直流输电的交直流系统潮流计算研究现状

1．3 本文所做工作

2 电压源型多端直流输电系统

2．1 新型VSC-HVDC技术

2．1．1 VSC-HVDC的优点

2．1．2 电压源换流器的主要拓扑结构

2．1．3 VSC-HVDC输电原理

2．1．4 VSC-HVDC输电的控制模式

2．2 VSC-MTDC技术

2．2．1 VSC-MTDC输电系统的主要应用

2．2．2 VSC-MTDC输电系统的结构类型

2．2．3 VSC-MTDC输电系统的原理和控制

2．3 本章小结

3 VSC-MTDC潮流计算的数学模型

3．1 VSC-MTDC潮流计算数学描述

3．2 VSC-MTDC的数学模型

3．3 VSC-MTDC直流网络模型

3．4 VSC-MTDC直流子系统的潮流计算模型

3．5 本章小结

4 传统交直流算法在VSC-MTDC的实现及改进

4．1 VSC-MTDC的联立求解法

4．1．1 联立求解法的数学模型

4．1．2 雅可比矩阵的数学模型计算

4．1．3 控制方式对雅可比矩阵的修正

4．2 VSC-MTDC的交替求解法

4．2．1 不同控制模式下的接口计算方法

4．2．2 交替迭代法的求解过程

4．3 VSC-MTDC交替迭代法的改进

4．4 算例分析

4．5 本章小结

5 基于分层协同的VSC-MTDC分布式异步迭代潮流计算

4．6 分布式计算简介

4．7 算法思路

4．7．1 含VSC-MTDC混合系统的分解

4．7．2 交流子系统潮流计算、获得特征数据

4．7．3 直流输电网络连同换流站子系统计算

4．7．4 协调计算

4．8 算例分析

4．9 结论

6 结论与展望

参考文献

附录

作者简历

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