交直流混联电网的动态最优潮流研究

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交直流混联电网是指采用高压直流输电(HVDC)和交流变、配电的电网,是目前我国能源跨区域转换的重要载体,其核心元件较多采用可控度高、状态转换灵活的电压源换流器(VSC)。最优潮流(OPF)是电网优化调度的重要方式,在某一静态时间断面上,以保证电网安全性为基础,通过调整潮流分布的形式,同时满足经济性要求。动态最优潮流(DOPF)则考虑多时间断面的关联性,以电压质量、潮流承载力等各种安全约束为前提,对多时段的电网运行状态进行整体优化调度,更符合实际应用需求。本文总结HVDC和VSC元件的结构特点,建立潮流计算模型,以电网损耗最小的无功优化为对象,进行DOPF计算,研究交直流混联电网的最优调度方式。本文工作如下:(1)本文分析了VSC-HVDC、无功优化以及优化求解算法的研究现状,总结VSC-HVDC的稳定运行特性,通过简化解耦的方式,建立能够满足潮流计算要求的数学模型。(2)综合分析含VSC-HVDC混联电网中的直流变量和功率平衡条件,建立潮流计算模型,研究基于统一迭代法的求解方式和步骤,算例结果表明潮流计算均能够正确收敛。通过调整VSC元件的参数和控制模式,验证了VSC-HVDC的灵活性和稳定性,探索直流侧参数变化对电网潮流影响,发现因潮流计算缺乏安全性约束,不合理的参数调整将给电网运行带来隐患。(3)以多时间段的电网损耗最小为目标,综合考虑功率平衡、电压约束、传输功率约束、发电机出力约束等条件,建立多时段DOPF计算模型,研究收敛效果好、计算速度快的原对偶内点法的求解步骤和计算公式,同时探索广义层面的简化求解步骤。实际电网的算例测试结果表明,DOPF计算不仅能够大幅降低电网损耗,同时各节点的电压、相角和线路的有功、无功功率均被约束在安全的数值区间内,同时满足电网经济性和安全性要求。(4)通过调整VSC元件的控制模式和控制参数,验证了DOPF可以有效解决VSC元件直流参数变化对电网稳定性影响较大的问题。仅调整直流侧参数进行拓展性测试,研究探索了VSC元件的潮流控制区间和最优控制参数。多节点算例结果表明本文模型和算法在大电网中也具有较好的实用性和稳定性。
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