07 含电力电子设备的潮流

武志刚2019/8/4问题简介含晶闸管换流器电力电子设备的潮流计算含VSC换流器电力电子设备的潮流计算2019/8/4含大量电力电子设备（FACTS/HVDC）已成为现代电力系统的主要特征之一电力电子设备的特点：快速，灵活，控制范围大主要应用：无功补偿，改善暂态稳定性，消除潮流阻塞，提高功率传输能力……如何求解含电力电子设备的潮流？◦等效功率注入法（王锡凡，《现代电力系统分析》）◦戴维南等效电路法（X.P.Zhang，《FlexibleACTransmissionSystems:ModelingandControl》）2019/8/42019/8/4lpmTCSCXlplpjQPplpljQPlmlmjxrlmlmjbglpmlplpjQPplpljQPlmlmjxrlmlmjbglpTCSClplpXVVPsinlpplTCSCllpVVXVQcoslpplTCSClpplPXVVPsinpllpTCSCpplVVXVQcos假设TCSC的控制目标为令Plp恒定，其他控制目标类似。不与TCSC直接相连的节点潮流方程不变节点p和l的潮流方程变为增加了一个未知数XTCSC，相应增加了一个方程2019/8/4lpmlplpjQPplpljQPlmlmjxrlmlmjbg0sincosljljljljljjlclslBGVVPPP0cossincosljljljljljjllpplTCSCllslBGVVVVXVQQ0sincospmpmpmpmmpcpBGVVPP0cossincospmpmpmpmmppllpTCSCppBGVVVVXVQ0sinlpTCSCplclpXVVPP原潮流方程对新变量的偏导数（雅可比矩阵新增一列的非对角元素）新潮流方程对原变量的偏导数（雅可比矩阵新增一行的非对角元素）新潮流方程对新变量的偏导数（雅可比矩阵新增行列的对角元素）潮流方程其他元素不变，可用常规的牛顿拉夫逊法迭代求解2019/8/4lpplTCSClTCSClVVXVXQcos2pllpTCSCpTCSCpVVXVXQcos2lpTCSCplpplplllpXVVVVPVVPsinlpTCSCplplpllpXVVPPcoslpTCSCplTCSClpXVVXPsin2用公式电压幅值为1.0相角差为20。~30。用上式估算出XTCSC的初始值FACTS设备均可在不同的控制模式下转换，此处等价于新增不同表达式的方程可能存在的问题：将支路移去换成等效功率注入后，原来的网络可能不连通。可以在原位置增加一条大阻抗支路，但不精确，且数值计算性能仍受影响。2019/8/40sinlpTCSCplclpXVVPPVSC——VoltageSourceConverterVSC特点◦用IGBT，调制频率更高◦谐波更小◦可同时控有功和无功潮流计算中每个VSC均可等价成一个戴维南等效电路（有源）潮流计算结束后应求出合适的2019/8/4VSC换流器coV+-coycoV2019/8/4shV+-shyiiVshshjQPshishshishshishishbgVVgVPsincos2shishshishshishishbgVVbVQcossin2SVC内部交换功率时自身并不消耗有功功率，故有约束0sincosRe2shishshishshishshshshbgVVgVIVPE•将SVC等效注入功率计入原潮流方程，方程个数未变•新增了两个变量，SVC有功功率约束只有一个，方程比变量个数少一个控制所联母线电压恒定控制发出无功功率恒定控制等效并联电抗恒定其他约束：电流相位控制，远方电压幅值控制，线路无功潮流控制……补充一个等式约束后，方程和变量个数相等，可解2019/8/40SPECiiVV0,,,SPECshshshiishQVVQ0ImSPECshuntshshishSPECshuntshuntXyVVVXX2019/8/4maxminshshshVVVshmaxshshshishIyVVI潮流方程：常规潮流方程，计及SVC等效功率注入及两个相应等式约束修正方程：2019/8/4iiiishshiiiishishiiiiishishiiishshiishshQPFPEVVVQQVQQVPPVPPVFFVFFVPEPEVPEPE0000002019/8/4设母线i为电源区域（云贵？），母线j、k为负荷区域（广东、广西？）。2019/8/4shmmshmshmmshmshmmshmmshmbgVVgVPsincos2shmmshmshmmshmshmmshmmshmbgVVbVQcossin2shmshmshmjbgz1kjim,,2019/8/40lossdckdcjdcidcPPPPP其中shmishmshmishmshmishmshmshmshmdcmbgVVgVIVPsincosRe2lossP由直流侧的电网拓扑及参数决定kjim,,PQ控制（母线j、k）PV控制（母线j、k），有功约束不变，无功平衡约束换成电源侧换流器母线电压幅值恒定此处五个方程，加上有功功率平衡约束，与潮流变量增加个数相同，可解2019/8/400SPECshjshjSPECshjshjQQPP00SPECshkshkSPECshkshkQQPP0SPECjjVV0SPECkkVV0SPECiiVV2019/8/4maxminshmshmshmVVVshmmaxshmshmshmmshmIyVVIkjim,,潮流方程：常规潮流方程，计及M-VSC-HVDC等效功率注入及相应等式约束修正方程：2019/8/4kkjjiishkshkshjshjidckkjjiishkshkshjshjshishikkkkjkjkikikshikshkkshjkshjkshikshikkkkkjkjkikikshikshkkshjkshjkshikshikkjkjjjjjijijshijshkjshjjshjjshijshijkjkjjjjjijijshijshkjshjjshjjshijshijkikijijiiiiishiishkishjishjishiishiikikijijiiiiishiishkishjishjishiishiikshkkshkjshkjshkishkishkshishkshkshkshjshkshjshkshishkshishkkshkkshkjshkjshkishkishkshishkshkshkshjshkshjshkshishkshishkkshjkshjjshjjshjishjishjshishjshkshjshjshjshjshjshishjshishjkshjkshjjshjjshjishjishjshishjshkshjshjshjshjshjshishjshishjkikijijiiiiishiishkishjishjishiishiikdckdcjdcjdcidcidcshidcshkdcshjdcshjdcshidcshidcQPQPQPQPQPVPVVVVVVVQQVQQVQQVQQQQVQQVPPVPPVPPVPPVPPVPPVQQVQQVQQVQQQQVQQVPPVPPVPPVPPVPPVPPVQQVQQVQQVQQQQVQQVPPVPPVPPVPPVPPVPPVQQVQQVQQVQQQQVQQVPPVPPVPPVPPVPPVPPVQQVQQVQQVQQQQVQQVPPVPPVPPVPPVPPVPPVVVVVVVVVVVVVVVVVVVPPVPPVPPVPPVPPVPP000000000000000000000000