基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法及系统

摘要

本发明公开了基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法，包括：构建交直流混合系统潮流计算模型；读入电网系统参数，设定待求变量的迭代初值；根据交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流；根据微增潮流按比例计算每个用户的分摊输电费；该方法综合考虑跨省区交直流混合系统的电网物理结构、电力潮流走向、公平性等因素将输电费分摊给交直流工程各节点用户，解决了跨省区输电费的关键的传导问题，为后续跨省区输电费对各节点用户定价奠定基础；本发明还公开了基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统，具有上述有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别涉及一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法及系统。

背景技术

随着我国能源战略结构调整开启，特高压输电将逐渐转变为未来解决东部地区能源供应的主要方案，还将有助于解除制约新能源开发的送电瓶颈，减少能源浪费；同时为新能源汽车发展将带来的巨大用电需求做出充分准备。国家加快特高压工程审批，电网企业加快特高压工程建设。

现已投运的特高压交流线路还未成网，输电费为一线一价。每条特高压交流线路的总输电费，按该线路向各省级电网输送的电量或功率、各省销售电量等参数比例分摊至各省。

当前分摊和传导特高压交流线路输电费的方法，不管输电距离的远近，也不考虑所输送功率注入点和流出点的位置，只按用户负荷或用电量的多少来传导。一条特高压交流线路对于它输电的各省，输电费水平没有差别，无法向各省直观反映输电的经济性。并且，各条线路分别制定输电费，没有考虑电网整体对电力资源优化配置的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法及系统，解决了交直流电网价格传导的公平性和可操作性问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法，包括：

构建交直流混合系统潮流计算模型；其中，所述交直流混合系统潮流计算模型包括纯交流系统潮流方程、纯直流系统潮流方程；

读入电网系统参数，设定待求变量的迭代初值；

根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流；

根据所述微增潮流按比例计算每个用户的分摊输电费。

可选的，根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流，包括：

利用所述电网系统参数以及所述迭代初值，依次求解所述纯直流系统潮流方程及纯交流系统潮流方程；

根据得到的直流系统功率求解修正方程，并依据修正结果计算不平衡功率；

将不平衡功率小于阈值时对应的计算结果输出，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

可选的，根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流，包括：

根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用牛拉法或PQ分解法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

可选的，根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用PQ分解法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流，包括：

S10、利用所述电网系统参数以及所述迭代初值，根据所述交直流混合系统潮流计算模型，计算不平衡功率ΔD；

S11、判断是否满足||ΔD||≤ε；若满足执行S12，若不满足执行S13；

S12、计算各换流器在相应交流节点的等值有功负荷和无功负荷；

S13、计算直流系统的雅克比矩阵F，并根据F求解纯直流系统潮流方程，得到修正量ΔX，修正换流器阻抗X，并再次计算ΔD，令KP＝KQ＝1；其中，KP为有功相角，KQ为无功相角；

S14、计算节点有功功率不平衡量ΔP/V；

S15、判断是否满足||ΔP/V||≤ε；若满足执行S16，若不满足执行S17；

S16、令KP＝0，并判断KQ是否等于0；若是执行S23，若不是执行S18；

S17、求解纯直流系统潮流方程，得到修正量Δθ，修正换流器控制角θ；

S18、令KQ＝1，计算节点无功功率不平衡量ΔQ/V；

S19、判断是否满足||ΔQ/V||≤ε；若满足执行S20，若不满足执行S21；

S20、令KQ＝0，并判断KP是否等于0；若是执行S23，若不是执行S21；

S21、求解纯直流系统潮流方程，得到修正量ΔV，修正换流器电压V；

S22、令KP＝1，并判断KQ是否等于0；若是执行S14，若不是执行S10；

S23、再次判断是否满足||ΔD||≤ε；若不满足执行S10；若满足则输出计算结果，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

可选的，所述纯交流系统潮流方程具体为：

其中，P_i,Q_i分别表示节点i的有功和无功功率；U_i,U_j分别表示节点i、节点j的电压幅值；G_ij,B_ij分别表示节点导纳矩阵i行j列元素的实部与虚部；θ_ij＝θ_i-θ_j，表示节点i、节点j之间的相位差；j∈i表示节点j与节点i直接相连。

可选的，所述纯直流系统潮流方程具体为：

其中，V_dk表示换流器直流侧电压；I_dk表示表示换流器直流侧直流电流；为换流器功率因数角；ΔP_i,ΔQ_i分别表示节点i的有功和无功功率；U_i,U_j分别表示节点i、节点j的电压幅值；G_ij,B_ij分别表示节点导纳矩阵i行j列元素的实部与虚部；θ_ij＝θ_i-θ_j，表示节点i、节点j之间的相位差；j∈i表示节点j与节点i直接相连；P_is表示注入的有功功率，Q_is表示注入的无功功率。

本发明还提供一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统，包括：

构建模块，用于构建交直流混合系统潮流计算模型；其中，所述交直流混合系统潮流计算模型包括纯交流系统潮流方程、纯直流系统潮流方程；

初始化模块，用于读入电网系统参数，设定待求变量的迭代初值；

微增潮流计算模块，用于根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流；

分摊电费计算模块，用于根据所述微增潮流按比例计算每个用户的分摊输电费。

可选的，所述微增潮流计算模块，包括：

第一计算单元，用于利用所述电网系统参数以及所述迭代初值，依次求解所述纯直流系统潮流方程及纯交流系统潮流方程；并根据得到的直流系统功率求解修正方程，依据修正结果计算不平衡功率；

结果输出单元，用于将不平衡功率小于阈值时对应的计算结果输出，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

可选的，所述微增潮流计算模块具体为根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用牛拉法或PQ分解法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流的模块。

本发明所提供的一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法，包括：构建交直流混合系统潮流计算模型；读入电网系统参数，设定待求变量的迭代初值；根据交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流；根据微增潮流按比例计算每个用户的分摊输电费；

可见，该方法综合考虑跨省区交直流混合系统的电网物理结构、电力潮流走向、公平性等因素将输电费分摊给交直流工程各节点用户，解决了跨省区输电费的关键的传导问题，为后续跨省区输电费对各节点用户定价奠定基础；本发明还提供了一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的PQ分解法确定交直流潮流计算交替迭代法计算过程示意图；

图3为本发明实施例所提供的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统的结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法及系统，解决了交直流电网价格传导的公平性和可操作性问题。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例中传导是指输配电成本(含合理收益)以价格的形式在输电和配电环节分摊和传导到受电的用户的过程。潮流是指电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件流入用户，分布于电力网络各处。由于跨省区交直流电网价格传导需要考虑交直流电网准许收入在受电的用户之间的合理分摊，分摊既需要考虑到公平性，即谁受益谁承担，还需要考虑到可操作性。本实施例综合考虑了交流和直流混合联网后，交直流电网总准许收入的合理分摊问题，解决了交直流电网价格传导的公平性和可操作性问题。具体请参考图1，图1为本发明实施例所提供的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法的流程图；该方法可以包括：

S100、构建交直流混合系统潮流计算模型；其中，所述交直流混合系统潮流计算模型包括纯交流系统潮流方程、纯直流系统潮流方程；

具体的，由于要解决现有技术中的缺点，本实施例要综合考虑特高压电网物理结构、电力潮流走向、输电距离、公平性等因素，因此需要计算在交直流混合电网里各节点用户对电网的潮流贡献。即将交流电网总准许收入分成两部分，一部分由跨省跨区交流电网受电省承担，一部分由跨省跨区直流工程承担。两者比例根据交流电网变电站容量之和与直流工程总输电容量的比例确定。交流电网受电省承担的准许收入，根据前面计算的在交直流混合电网里的各节点的潮流贡献比例分摊给各受电省。

由于要计算交直流混合电网里的各节点的潮流贡献比例分摊给各受电省，因此首先需要建立交直流混合系统潮流计算模型。这里交直流混合系统潮流计算模型包括纯交流系统潮流方程、纯直流系统潮流方程；为了准确得到模型计算结果，需要考虑模型的边界条件和约束条件等。进一步该交直流混合系统潮流计算模型还包括边界条件部分。

其中，纯交流系统潮流方程具体可以为：

其中，P_i,Q_i分别表示节点i的有功和无功功率；U_i,U_j分别表示节点i、节点j的电压幅值；G_ij,B_ij分别表示节点导纳矩阵i行j列元素的实部与虚部；θ_ij＝θ_i-θ_j，表示节点i、节点j之间的相位差；j∈i表示节点j与节点i直接相连。

纯直流系统潮流方程具体可以为：相当于在交流功率方程基础上叠加了直流功率项。

其中，V_dk表示换流器直流侧电压；I_dk表示表示换流器直流侧直流电流；为换流器功率因数角；ΔP_i,ΔQ_i分别表示节点i的有功和无功功率；U_i,U_j分别表示节点i、节点j的电压幅值；G_ij,B_ij分别表示节点导纳矩阵i行j列元素的实部与虚部；θ_ij＝θ_i-θ_j，表示节点i、节点j之间的相位差；j∈i表示节点j与节点i直接相连；P_is表示注入的有功功率，Q_is表示注入的无功功率。

这里的边界部分可以包括：

换流器方程：

其中，V_dk表示换流器直流侧电压；I_dk表示表示换流器直流侧直流电流；V_nk表示与换流变压器相连的直流节点电压；k_Tk表示换流变压器非标准变比；θ_dk表示换流器控制角，对整流器而言既是触发滞后角，对逆变器而言则是熄弧超前角；为换流器功率因数角；X_ck为换流器阻抗。式中各变量均为标幺值系统下的参数。

直流网络方程：

对于双端直流系统，其直流网络方程可以按直流线路列出，假设直流线路两端节点号分别为i,j，则有：

其中，V_i表示双端直流i侧电压。I_dij表示表示i到j侧直流电流。R_ij为i到j侧电阻。

对于多端直流系统，假设G为消去所有联络节点以后的导纳矩阵，则可以用节点电压方程描述其网络方程，即：

其中，G_ij为i节点和j节点的互导纳。V_dk表示换流器直流侧电压。I_dk表示表示换流器直流侧直流电流。

控制方程：可以根据用公户需求进行确定，下面提供5种控制方式可供选择，分别为：

定电流控制，控制量为换流器电流，相当于直流电流为已知量，用方程表示为：I_dk-I_dks＝0其中，I_dks为设定的换流器电流常数。

定电压控制，控制量为换流器电压，相当于直流电压为已知量，用方程表示为：V_dk-V_dks＝0其中，V_dks为设定的换流器电压常数。

定功率控制，控制量为换流器输出功率，相当于换流器输出功率为已知量，用方程表示为：V_dk*I_dk-P_ks＝0其中，P_ks为设定的换流器输出功率常数。

定控制角控制，控制量为换流器控制角，相当于换流器控制角为已知量，用方程表示为：cosθ_dk-cosθ_dks＝0其中，cosθ_dks为设定的换流器控制角常数。这里在方程中，θ_dk均是以cosθ_dk形式出现，因此，为计算方便，通常将cosθ_dk整体作为一个变量处理。

定变比控制，控制量为换流变压器非标准变比，相当于换流变压器非标准变比为已知量，用方程表示为：k_Tk-k_Tks＝0其中，k_Tks为设定的换流变压器非标准变比常数。

S110、读入电网系统参数，设定待求变量的迭代初值；

S120、根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流；

具体的，在上述已经获取了交直流混合系统潮流计算模型，由于该模型中存在纯交流系统潮流方程、纯直流系统潮流方程，为了快速准确对该模型进行计算，这里利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流。即将纯交流系统潮流方程和纯直流系统潮流方程分开进行迭代求解的方法；且在计算时可以借助传统交流潮流方程的求解方法进行求解，需要注意的是直流扩展变量的初值取值问题和运行约束问题。

可选的，该步骤的求解过程可以是：

利用所述电网系统参数以及所述迭代初值，依次求解所述纯直流系统潮流方程及纯交流系统潮流方程；

根据得到的直流系统功率求解修正方程，并依据修正结果计算不平衡功率；

将不平衡功率小于阈值时对应的计算结果输出，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

具体的，将不平衡功率是否小于阈值作为计算结果是否收敛的判断，如果收敛，则输出结果并结束；如果尚未收敛，则返回依次求解所述纯直流系统潮流方程及纯交流系统潮流方程的过程。

进一步，这里的交替迭代法可以是牛拉法或PQ分解法。

即上述过程可以是：

1)读入电网系统参数，建立交直流混合系统潮流计算模型。

2)设定待求变量的迭代初值。

3)求解纯直流系统潮流方程。

4)计算直流功率，修正方程。

5)利用牛拉法或PQ分解法求解纯交流系统潮流方程。

6)判断收敛性，如果收敛，则输出结果，并结束，如果尚未收敛，则转3)。

优选的，根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用PQ分解法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流可以包括：

S10、利用所述电网系统参数以及所述迭代初值，根据所述交直流混合系统潮流计算模型，计算不平衡功率ΔD；

S11、判断是否满足||ΔD||≤ε；若满足执行S12，若不满足执行S13；

S12、计算各换流器在相应交流节点的等值有功负荷和无功负荷；

S13、计算直流系统的雅克比矩阵F，并根据F求解纯直流系统潮流方程，得到修正量ΔX，修正换流器阻抗X，并再次计算ΔD，令KP＝KQ＝1；其中，KP为有功相角，KQ为无功相角；

S14、计算节点有功功率不平衡量ΔP/V；

S15、判断是否满足||ΔP/V||≤ε；若满足执行S16，若不满足执行S17；

S16、令KP＝0，并判断KQ是否等于0；若是执行S23，若不是执行S18；

S17、求解纯直流系统潮流方程，得到修正量Δθ，修正换流器控制角θ；

S18、令KQ＝1，计算节点无功功率不平衡量ΔQ/V；

S19、判断是否满足||ΔQ/V||≤ε；若满足执行S20，若不满足执行S21；

S20、令KQ＝0，并判断KP是否等于0；若是执行S23，若不是执行S21；

S21、求解纯直流系统潮流方程，得到修正量ΔV，修正换流器电压V；

S22、令KP＝1，并判断KQ是否等于0；若是执行S14，若不是执行S10；

S23、再次判断是否满足||ΔD||≤ε；若不满足执行S10；若满足则输出计算结果，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

其中，ΔD为不平衡功率，ΔD＝max(ΔP,ΔQ)，KP和KQ表示相角、电压迭代结束标志，为零时停止。

具体的，请参考图2，图2为采用在极坐标形式下的PQ分解法，确定交直流潮流计算交替迭代法计算过程示意图。

S130、根据所述微增潮流按比例计算每个用户的分摊输电费。

具体的，一个用户在电网的微增潮流是指所有用户都存在时和除该用户外其他用户都存在时电网总潮流之差。采用上述交直流混合潮流计算方法算出每个用户在电网的微增潮流，按比例将输电费分摊给各用户，即得到每个用户的分摊输电费。本实施例在计算分摊输电费时综合考虑了特高压交流电网对联网各节点电力资源的优化配置，各节点地理位置对电网投资规划的影响、电源安排等因素。

基于上述技术方案，本发明实施例提的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法，该方法有别于传统上跨省区特高压电网仅在交流内部分摊或仅在直流工程上分摊的方法，综合考虑了交直流混合系统中各节点的潮流，并以此为基础对各节点进行输电费传导和分摊。跨省区交直流电网各用户节点输电费传导和分摊方法，与各节点用户对跨省区特高压交直流电网的潮流贡献直接相关，因此，基于此传导方法定价的各节点输电费也反映了未来交直流联网后电网物理结构、电源及用户接入位置等影响潮流大小及方向的因素。并且各节点用户分摊的输电费比例的计算，基于交直流联网系统中用户的潮流贡献进行调整，对于用户更加公平。节点输电费高，则表示该节点在电网位置较差，离电源较远或向该点输电通道较少，该节点用户接受特高压交流电网送电的意愿较低。反之，则表明节点位置较为合理，节点用户更愿意接受特高压交流电网送电。

下面对本发明实施例提供的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统进行介绍，下文描述的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统与上文描述的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法可相互对应参照。

请参考图3，图3为本发明实施例所提供的基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导系统的结构框图；该系统可以包括：

构建模块100，用于构建交直流混合系统潮流计算模型；其中，所述交直流混合系统潮流计算模型包括纯交流系统潮流方程、纯直流系统潮流方程；

初始化模块200，用于读入电网系统参数，设定待求变量的迭代初值；

微增潮流计算模块300，用于根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用交替迭代法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流；

分摊电费计算模块400，用于根据所述微增潮流按比例计算每个用户的分摊输电费。

基于上述实施例，所述微增潮流计算模块300可以包括：

第一计算单元，用于利用所述电网系统参数以及所述迭代初值，依次求解所述纯直流系统潮流方程及纯交流系统潮流方程；并根据得到的直流系统功率求解修正方程，依据修正结果计算不平衡功率；

结果输出单元，用于将不平衡功率小于阈值时对应的计算结果输出，得到每个用户在所述电网的微增潮流。

基于上述实施例，所述微增潮流计算模块300具体为根据所述交直流混合系统潮流计算模型，利用牛拉法或PQ分解法对电网进行交直流混合潮流计算，得到每个用户在所述电网的微增潮流的模块。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种基于交直流混合潮流计算的跨省区输电费传导方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。