含VSC的交直流混联系统最优潮流及其损耗分析

摘要

近年来，电力电子技术飞速发展，加上PWM控制技术的运用，以IGBT为主的全控型电力电子变换器占据了电流变换器的主导地位，其中IGBT为基础的电压源型变换器VSC的快速发展，使得两端柔性直流输电VSC-HVDC及多端柔性直流输电VSC-MTDC技术得以实现。VSC-MTDC系统可实现多端供受电，相比于VSC-HVDC系统更具安全可靠性、运行方式更具灵活性及分布式电源消纳能力更好。因此，研究含VSC-MTDC交直流混联系统最优潮流及其损耗问题，可为电力系统安全运行、系统方案规划、建设拓展方案等提供强有力依据，具有重要的价值及意义。 含VSC-MTDC的交直流混联系统潮流计算方法有别于传统纯交流系统计算，其计算更为复杂。论文针对含VSC-MTDC交直流混联系统运用交替迭代法计算潮流时，Newton-Raphson产生的雅可比矩阵元素在每次迭代时需重新计算，影响潮流计算收敛速度的问题，提出考虑换流站损耗及其容量约束，改进交流部分迭代的雅可比矩阵元素，即将交流侧有功无功与电压偏导与换流站损耗计算式结合，形成交替迭代法的改进算法。含VSC的网格式拓扑的交直流混联系统中，各VSC功率双向流通，其参考量对潮流及损耗的影响较常用的辐射式拓扑结构更大。论文提出将Newton-Raphson法与改进遗传算法相结合，以曲线拟合理论计算的换流站损耗及直流电压偏移量为目标函数的最优潮流算法，通过优化VSC参考电压及参考功率，合理分配潮流，从而提高换流效率，降低换流站损耗。 针对含VSC交直流混联系统多区域互联的最优潮流问题，论文考虑了由VSC-MTDC系统互联后各区域市场经济性与损耗分摊的问题。以社会福利最大及损耗分摊最小为目标函数，考虑相应潮流约束，采用NSGA-Ⅱ算法求解，分别得出系统Pareto最优解集及考虑N-1安全的Pareto最优解集。在多个区域互联形成的互联互通电力市场机制下，极大限度的发挥电力余缺互补的优势，并且社会福利及损耗分摊会随潮流变化。基于此，论文针对含有VSC-MTDC的三区域互联案例，进一步设计了跨区域电力互送的情景，结合经济学Pareto最优理论，研究了不同区域电力互送时，最优潮流变化引起Pareto-Front、各个节点损耗分摊及市场清算价的变化情形。在MATLAB平台上编写程序并进行仿真，结果证明了本文所提方法的有效性及合理性。

目录

声明

插图索引

插表索引

第 1 章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 含VSC的交直流混联系统最优潮流及其损耗研究现状

1.3 本文的主要研究内容及章节安排

第 2 章 含VSC的交直流混联系统基本原理及运行特性

2.1 引言

2.2 VSC的拓扑结构及损耗机理

2.2.1 VSC拓扑结构

2.2.2 VSC损耗特性

2.3 VSC-HVDC技术

2.3.1 VSC-HVDC技术基本原理

2.3.2 VSC-HVDC控制模式

2.4 VSC-MTDC技术

2.4.1 VSC-MTDC系统结构及其特点

2.4.2 VSC-MTDC系统基本原理及控制技术

第 3 章 含VSC的交直流混联系统交替迭代潮流计算法及其改进

3.1 引言

3.2 交直流混联系统潮流计算的交替求解法

3.2.1 交流系统潮流数学模型

3.2.2 直流系统潮流数学模型

3.3 含VSC交直流混联系统改进交替迭代法

3.3.1 换流站损耗计算的数学模型

3.3.2 不同控制方式的雅可比矩阵

3.3.3 交直流系统的雅可比矩阵及其改进

3.3.4 换流站容量约束

3.3.5 改进交替迭代法求解步骤

3.4 算例分析

3.5 本章小结

第 4 章 网格式拓扑的VSC-MTDC系统最优潮流计算

4.1 引言

4.2 网格式拓扑的VSC-MTDC系统最优潮流模型

4.2.1目标函数

4.2.2 目标函数的线性加权处理

4.2.3 约束条件

4.3 基于改进遗传算法的最优潮流

4.3.1 遗传算法概述

4.3.2 改进遗传算法的主要步骤

4.3.3 基于改进遗传算法的最优潮流计算流程

4.4最优潮流算例分析

4.5 本章小结

第 5 章 区域市场互联的VSC-MTDC的交直流系统多目标最优潮流

5.1 引言

5.2 多目标优化理论

5.2.1 多目标优化问题

5.2.2 多目标优化方法

5.3 NSGA-Ⅱ算法多目标最优潮流的实现

5.3.1 多目标潮流计算的NSGA-Ⅱ算法设计

5.3.2 多目标潮流计算的NSGA-Ⅱ算法流程图

5.4 含VSC-MTDC系统的多目标潮流模型

5.4.1 考虑社会效益及损耗分摊的目标函数

5.4.2 多目标潮流约束

5.5 多目标最优潮流算例分析

5.5.1 算例设计

5.5.2 算例情景分析

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录 发表的学术论文目录