考慮非對(duì)稱運(yùn)行和受端分層接入的特高壓直流潮流建模

李生虎,吳正陽(yáng),黃杰杰,華玉婷

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽省合肥市 230009)

考慮非對(duì)稱運(yùn)行和受端分層接入的特高壓直流潮流建模

李生虎,吳正陽(yáng),黃杰杰,華玉婷

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽省合肥市 230009)

特高壓直流(UHVDC)系統(tǒng)運(yùn)行方式不同,導(dǎo)致潮流建模中兩側(cè)約束方程和直流變量不同,需區(qū)別對(duì)待。在分層接入模式下,逆變側(cè)連接系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行工況不同的兩個(gè)交流電網(wǎng),同一極高低端換流器參數(shù)需獨(dú)立設(shè)定。文中建立了含UHVDC的交直流電網(wǎng)潮流模型。區(qū)分對(duì)稱運(yùn)行和非對(duì)稱運(yùn)行方式,基于每種運(yùn)行方式下系統(tǒng)的對(duì)稱性,確定獨(dú)立直流變量,推導(dǎo)變流器等值功率,建立潮流約束方程。分層接入模式下,根據(jù)系統(tǒng)容量和兩受端電網(wǎng)的傳輸功率重新劃分UHVDC的運(yùn)行方式,建立其潮流模型。推導(dǎo)不同功率轉(zhuǎn)移方案下直流系統(tǒng)參數(shù)的變化,對(duì)比其對(duì)電網(wǎng)潮流的影響。通過兩區(qū)域IEEE RTS-96測(cè)試系統(tǒng),驗(yàn)證了所提模型的可行性和正確性。

特高壓直流;潮流建模;分層接入;非對(duì)稱運(yùn)行;獨(dú)立直流變量;功率轉(zhuǎn)移

0 引言

特高壓直流(UHVDC)輸電具有傳輸容量大、距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)[1],在電網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景[2]。目前,國(guó)內(nèi)已投運(yùn)多條UHVDC工程[3]。其潮流建模分析,是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有一些關(guān)于高壓直流(HVDC)潮流建模的研究。文獻(xiàn)[4]提出一種快速解耦的交直流潮流算法,可簡(jiǎn)化方程、加速計(jì)算。文獻(xiàn)[5]將最優(yōu)乘子用于交直流系統(tǒng),引入輔助變量,將潮流方程轉(zhuǎn)換為二次或線性方程。文獻(xiàn)[6]提出雙向迭代的交直流潮流算法,在前推回代中分別計(jì)算交流和直流系統(tǒng)變量。文獻(xiàn)[7]針對(duì)控制角余弦值大于1而無法回算觸發(fā)(熄弧)角的問題,提出了改進(jìn)算法。文獻(xiàn)[8]采用交直流解耦的算法求解超大規(guī)模交直流電網(wǎng)。但由于UHVDC和HVDC的結(jié)構(gòu)差異，尤其非對(duì)稱運(yùn)行,上述研究成果不能直接用于UHVDC潮流計(jì)算。

相比于HVDC,UHVDC系統(tǒng)每極含有兩個(gè)串聯(lián)的12脈換流器,且換流器可以獨(dú)立投退[9]。不同運(yùn)行方式下,獨(dú)立直流變量不完全相同,導(dǎo)致兩側(cè)約束方程改變,影響變流器等值功率,在潮流模型中需要加以區(qū)分。此外,同一極內(nèi)工作換流器組數(shù)不同,會(huì)導(dǎo)致逆變側(cè)換流器電壓設(shè)定值差異。目前,對(duì)含UHVDC系統(tǒng)潮流計(jì)算,大多基于BPA等商業(yè)軟件[10-11]。其模型是在HVDC模型基礎(chǔ)上,直接修改換流器數(shù),適合對(duì)稱運(yùn)行方式,但不適合非對(duì)稱運(yùn)行方式。

為了解決多饋入直流集中落入負(fù)荷中心問題,文獻(xiàn)[12]提出了UHVDC分層接入交流電網(wǎng),即直流線路受端連接兩個(gè)交流電網(wǎng)。此時(shí),逆變側(cè)同一極高低端換流器參數(shù)不同,無法通過極層控制統(tǒng)一觸發(fā)指令,保證同極內(nèi)兩組換流器的平衡運(yùn)行[13-14],在潮流模型中需要獨(dú)立設(shè)定待求變量?，F(xiàn)有文獻(xiàn)研究了分層接入對(duì)系統(tǒng)短路比[12,15]、電壓穩(wěn)定[16-17]和受端電網(wǎng)接納能力[18-19]的影響,均將交流電網(wǎng)簡(jiǎn)化為等值電勢(shì)和阻抗,無法分析分層接入模式對(duì)送受端電網(wǎng)影響。UHVDC系統(tǒng)一組換流器故障后,其原本承擔(dān)功率的轉(zhuǎn)移方案,按控制模式分為3種:單極獨(dú)立電流控制、單極獨(dú)立功率控制和雙極功率控制[20]。在分層接入模式下,上述功率轉(zhuǎn)移可能會(huì)造成受端兩交流電網(wǎng)功率轉(zhuǎn)移。從UHVDC潮流建模完整性角度考慮,有必要對(duì)不同功率轉(zhuǎn)移方案進(jìn)行潮流建模。

本文區(qū)分UHVDC不同運(yùn)行方式,設(shè)定獨(dú)立直流變量,建立潮流約束方程,從而提出UHVDC潮流模型。在分層接入模式下,兼顧兩受端電網(wǎng)的傳輸功率,重新確定UHVDC運(yùn)行方式,提出其潮流模型,分析了不同功率轉(zhuǎn)移方案對(duì)電網(wǎng)潮流的影響。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提模型正確性,為含UHVDC電網(wǎng)運(yùn)行控制提供了建模基礎(chǔ)。

1 HVDC輸電的潮流模型

含HVDC交直流系統(tǒng)潮流約束方程包括三部分:純交流節(jié)點(diǎn)和交直流節(jié)點(diǎn)的功率約束方程、直流系統(tǒng)約束方程和控制約束方程[4,21]。其中,純交流節(jié)點(diǎn)的約束方程與普通交流電網(wǎng)一致。對(duì)于交直流節(jié)點(diǎn),將換流器及直流系統(tǒng)等效為所連接節(jié)點(diǎn)抽出或者注入的功率Pd+jQd,其功率約束方程為:

(1)

式(1)第一個(gè)方程的正、負(fù)號(hào)分別對(duì)應(yīng)逆變側(cè)和整流側(cè)節(jié)點(diǎn)。整流側(cè)等值功率如式(2)所示,其中UdR為整流器電壓,Id為直流電流,φR為功率因數(shù)角,bR為處于運(yùn)行狀態(tài)的整流側(cè)換流器數(shù)目。將下標(biāo)R換為I即為逆變側(cè)所對(duì)應(yīng)的方程。

(2)

直流系統(tǒng)約束方程包含換流器約束方程和直流網(wǎng)絡(luò)約束方程:

UdR-kTRUtRcosα+XCId=0

(3)

UdI-kTIUtIcosγ+XCId=0

(4)

UdR-kγkTRUtRcosφR=0

(5)

UdI-kγkTIUtIcosφI=0

(6)

UdR-UdI-IdRd=0

(7)

式中:kTR和kTI分別為整流側(cè)和逆變側(cè)換流器變比;UtR和UtI分別為與整流側(cè)和逆變側(cè)相連的交流節(jié)點(diǎn)的電壓幅值;XC為換流器的換相電抗;α和γ分別為整流器觸發(fā)延遲角和逆變器熄弧角(關(guān)斷角)[22];Rd為直流線路的電阻;kγ近似取常數(shù)0.995。

控制約束方程由換流器控制方式?jīng)Q定[20]。在本文中,整流側(cè)采用定變比與定電流控制方式;逆變側(cè)采用定電壓與定熄弧角控制方式。相應(yīng)控制約束方程如式(8)所示。此外,逆變器還可以采用定觸發(fā)超前角的控制方式,相關(guān)控制方程可類似推導(dǎo)。

(8)

式中:上標(biāo)spec表示相應(yīng)量的設(shè)定值。

2 UHVDC輸電的潮流模型

UHVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附錄A圖A1所示。相較于HVDC系統(tǒng)(3種運(yùn)行方式),UHVDC系統(tǒng)每極含有2組可以獨(dú)立投退的換流器,因此共有5種運(yùn)行方式:雙極運(yùn)行、3/4雙極運(yùn)行、單極運(yùn)行、1/2雙極運(yùn)行和1/2單極運(yùn)行[23]。每種運(yùn)行方式需要根據(jù)處于運(yùn)行狀態(tài)的換流器組之間的對(duì)稱性確定獨(dú)立直流變量,以此計(jì)算變流器等值功率，建立約束方程。下面根據(jù)每種運(yùn)行方式下系統(tǒng)的對(duì)稱關(guān)系,分析UHVDC的獨(dú)立直流變量,構(gòu)建相應(yīng)的約束方程。

2.1 對(duì)稱運(yùn)行方式

對(duì)稱運(yùn)行方式包括雙極運(yùn)行、單極運(yùn)行、1/2雙極運(yùn)行以及1/2單極運(yùn)行方式。在此方式下,系統(tǒng)正負(fù)極處于運(yùn)行狀態(tài)的換流器組數(shù)目相同,或者僅有一極具有運(yùn)行狀態(tài)的換流器組,因此,系統(tǒng)共有7個(gè)獨(dú)立直流變量,分別為UdR,UdI,kTR,kTI,α,γ,Id。將式(5)代式(2)中,可以得到整流側(cè)等值功率如式(9)所示,逆變側(cè)的等值功率可以類似求取,直流網(wǎng)絡(luò)約束方程如式(10)所示。

(9)

bn(bvUdR-bvUdI-IdRd)=0

(10)

式中:雙極運(yùn)行時(shí),bR=4,bn=bv=2;單極運(yùn)行時(shí),bR=2,bn=1,bv=2;1/2雙極運(yùn)行時(shí),bR=2,bn=2,bv=1;1/2單極運(yùn)行時(shí),bR=1,bn=1,bv=1。

整流側(cè)和逆變側(cè)各對(duì)應(yīng)一個(gè)換流器約束方程,其形式與式(3)和式(4)類似。

2.2 非對(duì)稱運(yùn)行方式

在此運(yùn)行模式下,整流側(cè)等值功率的計(jì)算如式(11)所示,逆變側(cè)可以類似推導(dǎo)。

(11)

由于非對(duì)稱運(yùn)行模式下,正負(fù)極均有處于運(yùn)行狀態(tài)下的換流器,因此,共有兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)約束方程,如式(12)和式(13)所示。此外,3/4雙極運(yùn)行模式下共有4個(gè)換流器約束方程,分別對(duì)應(yīng)整流側(cè)和逆變側(cè)的正極和負(fù)極。

(12)

(13)

根據(jù)每種運(yùn)行方式下的獨(dú)立直流變量,以及第1節(jié)中所確定的整流側(cè)和逆變側(cè)的控制方式,在對(duì)稱運(yùn)行方式下,共有4個(gè)控制約束方程,分別是整流側(cè)2個(gè),逆變側(cè)2個(gè);非對(duì)稱運(yùn)行方式下共有7個(gè)控制約束方程,分別是整流側(cè)2個(gè)變比控制約束方程和1個(gè)電流控制約束方程,逆變側(cè)2個(gè)換流器電壓控制約束方程和2個(gè)熄弧角控制約束方程。

3 直流系統(tǒng)變量初值與設(shè)定值的選取

1)直流變量初值的選取。文獻(xiàn)[24]中提出將所有直流變量的初始值設(shè)為額定值1(標(biāo)幺值),直流電流初始值為0,逆變側(cè)熄弧角的初始值為0°。但是當(dāng)kγkTUtUtUd/kγ=1.005(標(biāo)幺值)。本文計(jì)算時(shí)取kT初值為1.1(標(biāo)幺值)。

2)直流控制變量的設(shè)定值。在本文中,整流側(cè)和逆變側(cè)各控制2個(gè)獨(dú)立的變量。其中,整流側(cè)變比和直流電流,以及逆變側(cè)熄弧角均設(shè)定為額定值,而逆變側(cè)電壓需要根據(jù)該極內(nèi)處于運(yùn)行狀態(tài)的換流器個(gè)數(shù)決定,將整流器電壓設(shè)為參考值,對(duì)于單換流器組運(yùn)行,其逆變器的設(shè)定電壓為:

(14)

當(dāng)2組換流器均處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),逆變側(cè)單個(gè)換流器的電壓設(shè)定值為:

(15)

4 UHVDC分層接入的潮流模型

UHVDC分層接入模式下的逆變側(cè)結(jié)構(gòu)如圖1所示,逆變側(cè)連接2個(gè)不同的電網(wǎng),低端逆變器連接較高電壓等級(jí)電網(wǎng),高端逆變器連接較低電壓等級(jí)電網(wǎng)。

為了保證逆變側(cè)同一極兩換流器對(duì)2個(gè)交流電網(wǎng)的適應(yīng)性,需要將直流電流、換流器電壓、熄弧角以及變比控制從極控制層下放至閥組層,即高低端換流器獨(dú)立控制相應(yīng)參數(shù),并在兩換流器之間設(shè)立直流電壓測(cè)點(diǎn),保證兩換流器電壓平衡[13-14]。在潮流建模中,逆變器的相關(guān)參數(shù)需要獨(dú)立設(shè)定,并且根據(jù)系統(tǒng)容量和兩受端電網(wǎng)的傳輸功率,重新劃分UHVDC的運(yùn)行方式,確立獨(dú)立直流變量,推導(dǎo)相應(yīng)的變流器等值功率及系統(tǒng)約束方程。

圖1 UHVDC分層接入模式下的逆變側(cè)結(jié)構(gòu)Fig.1 Inverter structure of UHVDC with hierarchical integration mode

在分層接入模式下,同一極內(nèi)停運(yùn)不同的換流器組對(duì)受端交流電網(wǎng)流入功率的影響是不同的。不考慮造成某一受端交流電網(wǎng)與直流系統(tǒng)完全斷開的情況下,UHVDC分層接入模式有5種運(yùn)行方式:雙極運(yùn)行、3/4停運(yùn)高端雙極運(yùn)行、3/4停運(yùn)低端雙極運(yùn)行、單極運(yùn)行和1/2雙極運(yùn)行。其中1/2雙極運(yùn)行為正負(fù)極分別停運(yùn)高壓和低壓閥組,下文不再附加說明。不同運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)的獨(dú)立直流變量,以及相關(guān)的直流變流器等值功率和各約束方程詳見附錄B。

5 分層接入模式下不同功率轉(zhuǎn)移對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的影響

在分層接入模式下,不同功率轉(zhuǎn)移方案會(huì)造成兩受端電網(wǎng)傳輸功率的轉(zhuǎn)移,影響潮流分布,從分層接入潮流建模完整性的角度,有必要對(duì)不同方案進(jìn)行潮流分析。

(16)

在功率方面,逆變側(cè)正負(fù)極輸入交流電網(wǎng)的功率保持不變,但從高低端的角度,功率發(fā)生了轉(zhuǎn)移,具體的變化如式(17)所示。

(17)

(18)

以上3種功率轉(zhuǎn)移與分配方案的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 3種功率轉(zhuǎn)移與分配方案的優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of three power transfer and distribution schemes

6 算例分析

算例部分首先對(duì)UHVDC系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析,之后比較分層接入不同功率轉(zhuǎn)移方案對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的影響,再對(duì)不同運(yùn)行方式進(jìn)行潮流計(jì)算,最后對(duì)比分層接入、單層接入500 kV和單層接入1 000 kV這3種模式對(duì)送受端電網(wǎng)的影響。

以兩區(qū)域IEEE RTS-96系統(tǒng)為例[25],修改后的系統(tǒng)如附錄A圖A2所示,左邊的24節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為送端交流電網(wǎng),電壓等級(jí)為500 kV/230 kV,右邊為受端交流電網(wǎng),電壓等級(jí)為1 000 kV/500 kV;增加節(jié)點(diǎn)49和50,線路49-23和50-7分別為1 000 kV/500 kV和500 kV/230 kV變壓器;基準(zhǔn)容量為1 000 MVA,電壓基準(zhǔn)值為平均額定電壓;線路參數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級(jí)[26];按照不同電壓等級(jí)電網(wǎng)容量,將發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷增加為原來的5倍。

線路13-27為普通UHVDC系統(tǒng),節(jié)點(diǎn)13和27分別為直流系統(tǒng)整流側(cè)和逆變側(cè)所連接的交流節(jié)點(diǎn);線路13-39/27為UHVDC分層接入模式,節(jié)點(diǎn)39和27分別為逆變側(cè)低端和高端節(jié)點(diǎn),分別接入1 000 kV和500 kV交流電網(wǎng)。參考錫盟—泰州±800 kV UHVDC分層接入輸電系統(tǒng)[27-28],直流變量基準(zhǔn)值和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算見附錄C。

根據(jù)UHVDC整流側(cè)輸入功率,按照送端電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷占總負(fù)荷的比重,等比例地減少各節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷,同理,對(duì)逆變側(cè)所連電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)等比例增加負(fù)荷。

6.1 含UHVDC的交直流電網(wǎng)潮流結(jié)果

設(shè)定潮流計(jì)算收斂精度ε=10-10,不同運(yùn)行方式下UHVDC的潮流計(jì)算結(jié)果如附錄A表A1所示。3/4雙極運(yùn)行模式下,迭代次數(shù)和計(jì)算時(shí)間較其他4種運(yùn)行方式有所增加,這是由于非對(duì)稱運(yùn)行具有較多的獨(dú)立直流變量,在每次計(jì)算中,需要處理更多的約束方程,潮流收斂也更加困難。

此外,雖然單極運(yùn)行和1/2雙極運(yùn)行的整流側(cè)輸入功率相等,但逆變側(cè)流入受端電網(wǎng)的功率卻不相同,這是由于同一極內(nèi)處于工作狀態(tài)的換流器組數(shù)目不同,導(dǎo)致逆變側(cè)換流器的電壓不同,進(jìn)而影響了直流系統(tǒng)的傳輸功率。

采用基于雙向迭代交直流潮流算法[6],驗(yàn)證本文所提模型的正確性。雙極運(yùn)行情況下的交直流系統(tǒng)相關(guān)結(jié)果見附錄D,算法經(jīng)過6次迭代收斂,交直流系統(tǒng)結(jié)果完全一致。

6.2 分層接入不同功率轉(zhuǎn)移方式對(duì)系統(tǒng)的影響

整流器觸發(fā)角關(guān)系到直流電壓的大小,考慮到交流電網(wǎng)電壓波形的波動(dòng)變化,為保證整流器中各閥均能被觸發(fā)導(dǎo)通,觸發(fā)延遲角不宜過小,另一方面,觸發(fā)延遲角過大時(shí),換流器的輸出電壓波動(dòng)會(huì)很大,即使經(jīng)過平波電抗器,輸出的直流電壓質(zhì)量也很低。同時(shí)觸發(fā)延遲角需要有一定的調(diào)節(jié)余地,以便系統(tǒng)受到擾動(dòng)或發(fā)生變化時(shí)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。同理,對(duì)于逆變器,熄弧角過小會(huì)引起換相失敗,而當(dāng)熄弧角設(shè)定過大時(shí),逆變器直流電壓波動(dòng)加大,運(yùn)行特性變差。綜合以上要求,并結(jié)合實(shí)際工程,觸發(fā)延遲角的變化范圍為5°～20°,逆變側(cè)熄弧角的變化范圍為15°～18°[23]。取直流系統(tǒng)兩側(cè)變比的變化范圍為額定變比的90%～110%。假定當(dāng)UHVDC分層接入負(fù)極低端換流器故障,不同功率轉(zhuǎn)移方案對(duì)系統(tǒng)潮流的影響見表2。

表2 不同功率轉(zhuǎn)移方案的潮流結(jié)果Table 2 Power flow results of different power transfer schemes

采用單極獨(dú)立電流控制模式,直流系統(tǒng)參數(shù)相較于雙極運(yùn)行基本保持不變,但逆變側(cè)低端和高端輸出功率均有所下降,前者是因?yàn)閾Q流器退出運(yùn)行,后者是由于逆變側(cè)換流器電壓的下降。

單極獨(dú)立功率控制模式保證了逆變側(cè)整體輸出功率不變,但低端原有的一半傳輸功率轉(zhuǎn)移至高端,同時(shí),故障極電流增大為原來的2倍,故障極整流側(cè)的電壓增大到1.095(標(biāo)幺值),換流器變比和觸發(fā)角均達(dá)到限定值。單極獨(dú)立功率控制模式對(duì)交流電網(wǎng)的影響較大,為滿足換流器約束方程,整流側(cè)所連交流節(jié)點(diǎn)電壓升高至1.113 4(標(biāo)幺值),故障換流器組所連節(jié)點(diǎn)電壓升高至1.09(標(biāo)幺值),容易引起整個(gè)交直流系統(tǒng)故障。

雙極功率控制模式下,逆變側(cè)低端損失的傳輸功率較前2種模式有所減少,正負(fù)極電流均增加,但保持相等。整流側(cè)和逆變側(cè)換流器的變比均有所變化,前者是因?yàn)榫€路電流的增加,后者是由電流和逆變側(cè)電壓造成的。

采用單極獨(dú)立電流控制模式計(jì)算UHVDC分層接入不同運(yùn)行方式的潮流。假設(shè)3/4停運(yùn)高端雙極運(yùn)行方式和3/4停運(yùn)低端雙極運(yùn)行方式分別為停運(yùn)負(fù)極的高端和低端換流器組,單極運(yùn)行方式為負(fù)極停運(yùn)的單極運(yùn)行,1/2雙極運(yùn)行方式為正極停運(yùn)低端、負(fù)極停運(yùn)高端。相關(guān)的計(jì)算結(jié)果見附錄A表A2。

為驗(yàn)證分層接入模型的正確性,依然采用基于雙向迭代交直流潮流算法[6]。雙極運(yùn)行情況下的交直流系統(tǒng)相關(guān)結(jié)果見附錄E,算法經(jīng)過6次迭代收斂,交直流系統(tǒng)結(jié)果完全一致。

6.3 UHVDC與分層接入模式的對(duì)比

對(duì)比UHVDC分層接入與單層接入模式對(duì)送端和受端電網(wǎng)的影響,增加單層接入1 000 kV交流電網(wǎng)的直流系統(tǒng)(線路13-39),系統(tǒng)傳輸容量仍為8 000 MVA,運(yùn)行方式均為雙極運(yùn)行。3種連接方式下直流系統(tǒng)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)以及相鄰節(jié)點(diǎn)的電壓與相角如圖2所示。

圖2 不同接入方式下UHVDC相鄰交流節(jié)點(diǎn)電壓Fig.2 Voltage of adjacent AC buses for UHVDC system under different connection modes

3種連接方式下,整流側(cè)相鄰節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角基本一致,因此,是否采用分層接入模式對(duì)送端電網(wǎng)的有功和無功潮流影響不大。在逆變側(cè)方面,相鄰節(jié)點(diǎn)電壓的幅值無較大差異,說明分層接入模式對(duì)受端電網(wǎng)的無功潮流的影響也很小,但逆變側(cè)以及相鄰節(jié)點(diǎn)的相角均處于2種單層接入之間,這是由于分層接入模式將系統(tǒng)傳輸功率平均分配至受端的2個(gè)交流電網(wǎng),從而使有功潮流在2個(gè)電網(wǎng)中更加均衡。如果對(duì)受端各節(jié)點(diǎn)相角設(shè)定相同限定值,分層接入模式下所能傳輸?shù)墓β时葐螌咏尤肽Ｊ礁唷?/p>

為了進(jìn)一步驗(yàn)證分層接入模式對(duì)送受端電網(wǎng)潮流的影響,計(jì)算得到分層接入、單層接入500 kV和單層接入1 000 kV這3種連接方式下,送端交流電網(wǎng)的有功網(wǎng)損分別為0.914 5,0.909 4,0.905 7,受端交流電網(wǎng)的有功網(wǎng)損分別為0.014 1,0.133 3,0.043 7?？芍?3種方式下送端電網(wǎng)的有功網(wǎng)損基本一致,而分層接入模式下,受端電網(wǎng)的有功網(wǎng)損更小,因此,分層接入模式有助于受端電網(wǎng)有功潮流的合理分布。

7 結(jié)論

本文建立了含UHVDC及其分層接入模式的交直流電網(wǎng)潮流模型?？紤]不同運(yùn)行方式下,分析系統(tǒng)兩側(cè)獨(dú)立直流變量,設(shè)定系統(tǒng)約束方程,計(jì)算相應(yīng)的變流器等值功率。對(duì)比分層接入與單層接入模式對(duì)交流電網(wǎng)的影響,分析了不同功率轉(zhuǎn)移方案對(duì)系統(tǒng)潮流的影響,得到如下結(jié)論。

1)UHVDC系統(tǒng)不同運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)的獨(dú)立直流變量不完全相同,從而導(dǎo)致變流器等值功率計(jì)算以及系統(tǒng)約束方程設(shè)立時(shí)的差異,在對(duì)系統(tǒng)潮流分析時(shí)需要加以區(qū)分,在分層接入模式下,逆變側(cè)連接兩個(gè)交流電網(wǎng),其對(duì)應(yīng)的換流器待求變量需要獨(dú)立設(shè)定。

2)對(duì)比3種功率轉(zhuǎn)移方案:單極獨(dú)立電流控制可以保持直流系統(tǒng)參數(shù)與故障前一致,但會(huì)損失部分系統(tǒng)傳輸功率;單極獨(dú)立功率模式保證了非故障極的正常運(yùn)行,但交直流系統(tǒng)參數(shù)變化較大,接地極中流過不平衡電流;雙極功率控制模式故障換流器所連受端交流電網(wǎng)損失功率較小,但需要改變系統(tǒng)兩側(cè)變壓器變比。

3)相較于單層接入,分層接入模式下,受端電網(wǎng)的有功網(wǎng)損更小,相鄰節(jié)點(diǎn)電壓相角更均衡,因此,分層接入模式有助于受端交流電網(wǎng)有功潮流的合理分布。

本文所建分層接入潮流模型并未考慮其送端孤島接入和功率反送情況,之后可作進(jìn)一步研究。此外本文所提模型,可用于含UHVDC交直流系統(tǒng)的電壓控制,或?qū)⑵淝度胱顑?yōu)潮流模型,實(shí)現(xiàn)含UHVDC交直流系統(tǒng)的網(wǎng)損優(yōu)化。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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PowerFlowModelingforUltra-highVoltageDirectCurrentConsideringUnbalancedOperationandReceiving-endHierarchicalIntegration

LIShenghu,WUZhengyang,HUANGJiejie,HUAYuting

(School of Electrical Engineering and Automation,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)

Different operation modes of the ultra-high voltage direct current (UHVDC) system yield different power constraints and direct current (DC) variables at both converters in power flow modeling,which need to be differentiated.Under the hierarchical integration mode,the inverter connects two alternating current grids with different system parameters and operation conditions,thus the parameters of the converters at the high and low terminals should be set independently.The power flow model of the UHVDC system is proposed.The balanced and unbalanced operation modes are differentiated.Based on the system’s symmetry of each operation mode,the independent DC variables are decided and the equivalent power of the converters are found,thus to derive the power flow constraint equation.For the hierarchical integration mode,the operation modes are reclassified by the capacities of the total system and the transmission power to the two receiving-end grids,and the power flow model is proposed.According to the power transfer schemes,the changes of the DC parameters are derived,thus to compare the impacts of them on the grid power flow.The two-region IEEE RTS-96 test system is applied to validate the feasibility and accuracy of the proposed model.

This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No.51637004).

ultra-high voltage direct current (UHVDC);power flow modeling;hierarchical integration;unbalanced operation;independent direct current (DC) variable;power transfer

2017-03-30;

2017-07-29。

上網(wǎng)日期:2017-09-19。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51637004)。

李生虎(1974—),男,通信作者,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向:風(fēng)電系統(tǒng)分析與控制、電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性、柔性輸電技術(shù)。E-mail： shenghuli@hfut.edu.cn

吳正陽(yáng)(1991—),男,博士研究生,主要研究方向:電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性、特高壓直流輸電系統(tǒng)技術(shù)。E-mail:zhengyang_wu@mail.hfut.edu.cn

黃杰杰(1993—),男,博士研究生,主要研究方向:風(fēng)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制與概率仿真。E-mail:huangjiejie@mail.hfut.edu.cn

(編輯萬志超)