基于D-Q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法

基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法
技术领域
1.本发明属于电力系统潮流计算技术领域，具体涉及基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法。


背景技术：

2.潮流计算是研究交直流混合电力系统优化运行和稳定控制的基础，现代交直流混合电力系统中包含大量的电力电子装备、快速控制元件及直流器件，这些装备的大量投入，使得系统中不同网络及同一网络中不同区域的状态变量坐标系不再统一，传统的以节点导纳方程为核心、采用正弦特征表示的准静态相量模型在对混合系统进行分析时，换流站对采集到的交流网络潮流数据，需要先转换到dq坐标系下再进行计算，这种同属性变量在坐标系上呈现出的不统一、以及对不同坐标系下状态变量的转换会增加潮流方程组的复杂程度，并对分析的准确性和计算的性能产生影响。
3.同时系统中的高频设备和快速开关器件使得小干扰及振荡问题越发凸显，传统的准静态相量模型缺乏对高频分量及暂态过程的分析能力，在进行稳定性分析时无法建立高阶微分方程对系统的动态过程进行分析，使得计算方法无法扩展到动态领域，只能分析稳态过程，扩展性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，适用于对交直流系统进行统一迭代求解，同时解决了现有技术在基于准静态相量模型计算时，无法对动态过程进行扩展分析的不足。
5.本发明所采用的技术方案是，基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，具体按照以下步骤实施：
6.步骤1、针对交直流网络中的交流网络，根据节点电流关系与功率平衡，建立交直流系统中交流部分的网络模型；
7.步骤2、针对交直流网络中的换流站，根据kcl与kvl关系，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统换流站潮流模型；
8.步骤3、针对交直流网络中的直流网络，根据节点电流关系与功率平衡，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络潮流模型；
9.步骤4、综合步骤1-3中的潮流模型，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型；
10.步骤5、采集交直流混合电力系统中的网络参数，根据基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型，对交直流网络中的各节点列写潮流方程，构建修正方程组，通过牛顿拉夫逊法进行迭代，求解状态变量，进而得到交直流混合电力系统的潮流分布。
11.本发明的特点还在于：
12.步骤1具体过程为：
13.针对交直流网络的交流网络，其d-q电网络全阶模型为：
[0014][0015][0016][0017]
其中，c，g为交流网络节点对地支路的电容与电导的对角阵，r，l为交流网络支路电阻与电感的对角阵，bm为交流网络的节点-支路关联矩阵，k为交流网络支路变比的对角阵；v
dq
，f
dq
为交流网络母线电压的d-q轴分量的列向量，i
dq.g
为交流网络母线源荷注入电流之和的d-q轴分量的列向量；
[0018]
当交流网络中嵌入多端直流网络后，连接换流站的交流母线节点电流关系和功率平衡发生变化如下：
[0019]idq.in
＝i
dq.g-f
dq.vsc
(4)
[0020]
p
in
＝p
g-p
vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0021]
其中i
dq.in
为交流网络母线注入电流的d-q轴分量，f
dq.vsc
为交流网络母线对所连换流站支路的注入电流，p
in
为交流网络母线注入有功功率，pg为交流网络母线源荷注入功率之和，p
vsc
为交流网络母线对所连换流站支路的注入有功功率；当交流网络母线不与直流网络相连时，f
dq.vsc
与p
vsc
均为0，母线所连源荷的注入电流和注入有功功率即为母线的注入电流和注入有功功率；
[0022]
考虑交流网络母线通过换流站与直流网络的功率交换，基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络的动态模型应为：
[0023][0024]
忽略公式(6)中的微分项，得基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络的潮流模型如下：
[0025][0026]
[0027]
根据瞬时功率关系：
[0028][0029]
综合公式(7)-(9)，得到针对具体交流母线s的潮流方程如下：
[0030]
当母线s类型为pq时：
[0031][0032][0033]
当母线s类型为节点的有功功率p和节点的电压幅值v时：
[0034][0035][0036]
其中，g表示网络对地电导的对角矩阵，p
s.g
、q
s.g
表示母线s源荷注入有功功率及无功功率，vs表示母线s的电压幅值，v
sd
、v
sq
表示母线s电压的d轴分量和q轴分量，f
sd.vsc
、f
sq.vsc
表示母线s注入其连接的换流站的电流d轴分量和q轴分量。p
s.vsc
表示母线s注入其连接的换流站的有功功率。
[0037]
步骤2具体过程为：
[0038]
对换流站列写kvl、kcl方程如下：
[0039][0040][0041]
其中，v
sabc
为换流站所连交流网络母线s的abc三相电压，f
scabc
为注入换流站交流侧母线c的abc三相电流，d
kabc
为换流站vsck对应abc三相瞬时值的调制度，v
idc
为换流站直流侧母线i的电压，i
idc.vsc
为换流站注入其直流侧母线i的电流，rc，lc，cc为换流站滤波支路的rlc参数，ck为换流站vsck直流侧的电容；
[0042]
支路电流f
sc
与交流网络母线s注入换流站支路的电流f
s.vsc
之间的关系为：
[0043][0044]
将公式(16)带入公式(14)、(15)，并经过坐标转换，可得基于d-q电网络的交直流混合电力系统换流站模型如下：
[0045][0046][0047]
将公式(17)带入公式(18)，消去d
kd
，d
kq
，并考虑换流站的功率损耗p
k.lossvsc
，可得针对具体换流站的潮流方程如下：
[0048][0049][0050][0051]
其中，换流站vsck连接的交流网络母线为s，直流母线为i，p
k.loss_vsc
为换流站vsck的损耗；
[0052]
考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：
[0053][0054][0055][0056][0057][0058]
其中，p
s.vsc
、q
s.vsc
、f
sd.vsc
、f
sq.vsc
表示交流母线s注入其连接的换流站的有功功率、无功功率及电流的d轴分量和q轴分量；vs、v
sd
、v
sq
表示交流母线s电压的幅值，d轴分量和q轴分量；v
idc
表示直流母线i的电压幅值；p
idc.vsc
表示直流母线i连接的换流站注入母线i的有功功率；上角标ref表示参考值；k
droop
为换流站下垂控制系数。
[0059]
步骤3具体过程为：
[0060]
对于纯直流网络，其动态模型为：
[0061][0062]
其中c
dc
，g
dc
为直流网络节点对地支路的电容与电导的对角阵，r
dc
，l
dc
为直流网络支路电阻与电感的对角阵，b
dc
为直流网络的节点-支路关联矩阵，v
dc
，f
dc
为直流网络母线电压，i
dc.g
为直流网络母线源荷注入电流之和；
[0063]
当嵌入交流网络后，直流网络母线的电流关系于功率平衡变化如下：
[0064]idc.in
＝i
dc.g
+i
dc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0065]
p
dc.in
＝p
dc.g
+p
dc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0066]
考虑直流网络通过换流站与直流网络的功率交换，基于d-q电网络的交直流混合
电力系统直流网络动态模型应为：
[0067][0068]
忽略公式(30)中的微分项，根据功率与电压电流关系，得针对具体直流母线i的基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络潮流模型如下：
[0069][0070]
其中：
[0071][0072]
其中，公式中：i
dc.in
、p
dc.in
表示直流母线i的总注入电流和总注入功率，i
dc.g
、p
dc.g
表示直流母线i的源荷注入电流和源荷注入有功功率，i
dc.vsc
、p
dc.vsc
表示直流母线i连接的换流站对母线的注入电流和注入有功功率；lr表示直流网络的拉普拉斯矩阵。
[0073]
步骤4具体过程为：
[0074]
针对一交直流混合电力系统，其中交流网络母线集合为n，直流网络母线集合为r，连接换流站的交流网络母线集合为nc，连接换流站的直流网络母线集合为rc，其基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型为：
[0075][0076][0077][0078][0079][0080]
或
[0081]
其中，f
sd.vsc
、f
sq.vsc
、v
sd
、v
sq
、v
idc
、p
idc.vsc
为基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算的状态变量。
[0082]
本发明的有益效果是：
[0083]
本发明基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，基于d-q电网络的建模思想，推导了统一dq坐标系下的稳态网络模型，通过对直流母线，公共耦合点及pq类型母线采取电流平衡潮流方程，使得该模型在使用牛顿法迭代求解过程中雅可比矩阵的大量非零元保持常数，具有较高的收敛速度。且由于该计算方法使用的状态变量基于dq坐标系并与三相静止坐标系中的瞬时值一一对应，故该计算方法能够在保证计算精度且对系统状态描述精确的前提下，将稳态正弦量转换为直流量，如果考虑对动态元件或动态系统进行分析，可以降低微分方程及计算矩阵的阶数，提高计算的速度并降低对计算资源的消耗，可扩展性强过母线使用的计算方法。
[0084]
本发明的基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算方法为现代电力系统的低频震荡、小干扰、故障及动态稳定性计算提供了新的分析方法。
附图说明
[0085]
图1为基于d-q电网络的交流系统潮流模型；
[0086]
图2为换流站交流母线电气量示意图；
[0087]
图3为dq坐标系下换流站交流母线模型；
[0088]
图4为换流站lc滤波支路模型；
[0089]
图5为dq坐标系下换流站模型；
[0090]
图6为换流站直流母线电气量关系示意图；
[0091]
图7为基于d-q电网络的背靠背式交直流混合电力系统潮流模型。
具体实施方式
[0092]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0093]
本发明基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，具体按照以下步骤实施：
[0094]
步骤1、针对交直流网络中的交流网络，根据节点电流关系与功率平衡，建立交直流系统中交流部分的网络模型；具体过程为：
[0095]
如图1所示，分析嵌入多端直流网络的交流系统，其各母线节点电流关系与功率平衡变化，修改交流系统d-q电网络动态模型，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络潮流模型。
[0096]
针对交直流网络的交流网络，其d-q电网络全阶模型为：
[0097]
[0098][0099][0100]
其中，c，g为交流网络节点对地支路的电容与电导的对角阵，r，l为交流网络支路电阻与电感的对角阵，bm为交流网络的节点-支路关联矩阵，k为交流网络支路变比的对角阵；v
dq
，f
dq
为交流网络母线电压的d-q轴分量的列向量，i
dq.g
为交流网络母线源荷注入电流之和的d-q轴分量的列向量；
[0101]
如图2所示，当交流网络中嵌入多端直流网络后，连接换流站的交流母线节点电流关系和功率平衡发生变化如下：
[0102]idq.in
＝i
dq.g-f
dq.vsc
(4)
[0103]
p
in
＝p
g-p
vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0104]
其中i
dq.in
为交流网络母线注入电流的d-q轴分量，f
dq.vsc
为交流网络母线对所连换流站支路的注入电流，p
in
为交流网络母线注入有功功率，pg为交流网络母线源荷注入功率之和，p
vsc
为交流网络母线对所连换流站支路的注入有功功率；当交流网络母线不与直流网络相连时，f
dq.vsc
与p
vsc
均为0，母线所连源荷的注入电流和注入有功功率即为母线的注入电流和注入有功功率；
[0105]
考虑交流网络母线通过换流站与直流网络的功率交换，基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络的动态模型应为：
[0106][0107]
忽略公式(6)中的微分项，得基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络的潮流模型如下：
[0108][0109][0110]
根据瞬时功率关系：
[0111][0112]
综合公式(7)-(9)，得到针对具体交流母线s的潮流方程如下：
[0113]
当母线s类型为pq时：
[0114][0115][0116]
当母线s类型为节点的有功功率p和节点的电压幅值v时：
[0117][0118][0119]
其中，g表示网络对地电导的对角矩阵，p
s.g
、q
s.g
表示母线s源荷注入有功功率及无功功率，vs表示母线s的电压幅值，v
sd
、v
sq
表示母线s电压的d轴分量和q轴分量，f
sd.vsc
、f
sq.vsc
表示母线s注入其连接的换流站的电流d轴分量和q轴分量。p
s.vsc
表示母线s注入其连接的换流站的有功功率。
[0120]
dq坐标系下换流站交流母线模型如图3所示。
[0121]
步骤2、针对交直流网络中的换流站，根据kcl与kvl关系，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统换流站潮流模型；具体过程为：
[0122]
对如图4所示，对换流站列写kvl、kcl方程如下：
[0123][0124][0125]
其中，v
sabc
为换流站所连交流网络母线s的abc三相电压，f
scabc
为注入换流站交流侧母线c的abc三相电流，d
kabc
为换流站vsck对应abc三相瞬时值的调制度，v
idc
为换流站直流侧母线i的电压，i
idc.vsc
为换流站注入其直流侧母线i的电流，rc，lc，cc为换流站支路的rlc参数，ck为换流站vsck直流侧的电容；
[0126]
支路电流f
sc
与交流网络母线s注入换流站支路的电流f
s.vsc
之间的关系为：
[0127][0128]
将公式(16)带入公式(14)可得：
[0129][0130]
根据坐标变换：
[0131][0132][0133][0134]
其中，p-1
为派克变换逆矩阵，将公式(18)-(20)带入公式(17)并将微分逐项展开可得：
[0135][0136]
在公式两边同乘派克变换矩阵p：
[0137][0138]
其中：
[0139][0140][0141]
故公式(8)在dq坐标系下的最终形式如下：
[0142][0143]
忽略公式(26)中状态变量的微分量，可得稳态方程：
[0144][0145]
同理将公式(19)(20)带入公式(15)可得：
[0146][0147]
其中：
[0148][0149]
将公式(16)、(28)带入公式(27)，并忽略微分项，可得公式(15)在d-q坐标系下的表达形式如下：
[0150][0151]
其中，直流网络功率关系如下：
[0152]
p
idc.vsc
＝v
idciidc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)
[0153]
换流器自身功率损耗如下：
[0154][0155]
故考虑实际运行状态，综合公式(29)-(31)，并忽略微分量，可得：
[0156][0157]
基于d-q电网络的交直流混合电力系统换流器支路模型如公式(26)、(32)所示。
[0158]
将公式(26)带入公式(29)，消去d
kd
，d
kq
，并忽略微分量，可得针对具体换流站(其所连交流网络母线为s，直流母线为i)的潮流方程如下：
[0159][0160][0161][0162]
其中，换流站vsck连接的交流网络母线为s，直流母线为i，p
k.loss_vsc
为换流站vsck的损耗；
[0163]
考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：
[0164][0165][0166][0167][0168][0169]
其中，p
s.vsc
、q
s.vsc
、f
sd.vsc
、f
sq.vsc
表示交流母线s注入其连接的换流站的有功功率、无功功率及电流的d轴分量和q轴分量；vs、v
sd
、v
sq
表示交流母线s电压的幅值，d轴分量和q轴分量；v
idc
表示直流母线i的电压幅值；p
idc.vsc
表示直流母线i连接的换流站注入母线i的有功功率；上角标ref表示参考值；k
droop
为换流站下垂控制系数。
[0170]
步骤3、针对交直流网络中的直流网络，根据节点电流关系与功率平衡，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络潮流模型；具体过程为：
[0171]
对于纯直流网络，其动态模型为：
[0172][0173]
其中c
dc
，g
dc
为直流网络节点对地支路的电容与电导的对角阵，r
dc
，l
dc
为直流网络支路电阻与电感的对角阵，b
dc
为直流网络的节点-支路关联矩阵，v
dc
，f
dc
为直流网络母线电压，i
dc.g
为直流网络母线源荷注入电流之和；
[0174]
如图6所示，当嵌入交流网络后，直流网络母线的电流关系于功率平衡变化如下：
[0175]idc.in
＝i
dc.g
+i
dc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(42)
[0176]
p
dc.in
＝p
dc.g
+p
dc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(43)
[0177]
考虑直流网络通过换流站与直流网络的功率交换，基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络动态模型应为：
[0178][0179]
忽略公式(30)中的微分项，根据功率与电压电流关系，得针对具体直流母线i的基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络潮流模型如下：
[0180][0181]
其中：
[0182][0183]
其中，公式中：i
dc.in
、p
dc.in
表示直流母线i的总注入电流和总注入功率，i
dc.g
、p
dc.g
表示直流母线i的源荷注入电流和源荷注入有功功率，i
dc.vsc
、p
dc.vsc
表示直流母线i连接的换流站对母线的注入电流和注入有功功率；lr表示直流网络的拉普拉斯矩阵。
[0184]
步骤4、综合步骤1-3中的潮流模型，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型；具体过程为：
[0185]
针对一交直流混合电力系统，其中交流网络母线集合为n，直流网络母线集合为r，连接换流站的交流网络母线集合为nc，连接换流站的直流网络母线集合为rc，其基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型为：
[0186]
或或
[0187][0188][0189]
或
[0190]
其中，f
sd.vsc
、f
sq.vsc
、v
sd
、v
sq
、v
idc
、p
idc.vsc
为基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算的状态变量。
[0191]
基于d-q电网络的背靠背交直流混合电力系统潮流模型如图7所示。
[0192]
步骤5、采集交直流混合电力系统中的网络参数，根据基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型，对交直流网络中的各节点列写潮流方程，构建修正方程组，通过牛顿拉夫逊法进行迭代，求解状态变量，进而得到交直流混合电力系统的潮流分布。
[0193]
在具体计算过程中，由于对换流站和pq类型的交流母线采用了基于电流平衡关系建立的潮流方程，如公式(47)、(48)、(54)，故相比于基于准静态相量模型下建立的功率平衡潮流方程，在迭代过程中具有更好的收敛特性。
[0194]
同时，基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型，对于交直流系统交流网络、换流站、直流网络建立的潮流方程，均由全阶动态模型推导得出，其中，交流网络的动态模型如公式(6)所示，换流站的动态模型如公式(25)(27)所示，直流网络的动态模型如公式(44)所示。故针对交直流系统进行稳定性或暂态等动态过程分析时，仍可以建立基于d-q电网络的全阶动态模型，而准静态相量模型由于其自身只能表征稳定状态下各变量的幅值和相位属性，故无法扩展到对动态过程的分析。

技术特征：
1.基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、针对交直流网络中的交流网络，根据节点电流关系与功率平衡，建立交直流系统中交流部分的网络模型；步骤2、针对交直流网络中的换流站，根据kcl与kvl关系，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统换流站潮流模型；步骤3、针对交直流网络中的直流网络，根据节点电流关系与功率平衡，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络潮流模型；步骤4、综合步骤1-3中的潮流模型，建立基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型；步骤5、采集交直流混合电力系统中的网络参数，根据基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型，对交直流网络中的各节点列写潮流方程，构建修正方程组，通过牛顿拉夫逊法进行迭代，求解状态变量，进而得到交直流混合电力系统的潮流分布。2.根据权利要求1所述基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，其特征在于，步骤1具体过程为：针对交直流网络的交流网络，其d-q电网络全阶模型为：q电网络全阶模型为：q电网络全阶模型为：其中，c，g为交流网络节点对地支路的电容与电导的对角阵，r，l为交流网络支路电阻与电感的对角阵，b
m
为交流网络的节点-支路关联矩阵，k为交流网络支路变比的对角阵；v
dq
，f
dq
为交流网络母线电压的d-q轴分量的列向量，i
dq.g
为交流网络母线源荷注入电流之和的d-q轴分量的列向量；当交流网络中嵌入多端直流网络后，连接换流站的交流母线节点电流关系和功率平衡发生变化如下：i
dq.in
＝i
dq.g-f
dq.vsc
(4)p
in
＝p
g-p
vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中i
dq.in
为交流网络母线注入电流的d-q轴分量，f
dq.vsc
为交流网络母线对所连换流站支路的注入电流，p
in
为交流网络母线注入有功功率，p
g
为交流网络母线源荷注入功率之和，p
vsc
为交流网络母线对所连换流站支路的注入有功功率；当交流网络母线不与直流网络相连时，f
dq.vsc
与p
vsc
均为0，母线所连源荷的注入电流和注入有功功率即为母线的注入电流和
注入有功功率；考虑交流网络母线通过换流站与直流网络的功率交换，基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络的动态模型应为：忽略公式(6)中的微分项，得基于d-q电网络的交直流混合电力系统交流网络的潮流模型如下：型如下：根据瞬时功率关系：综合公式(7)-(9)，得到针对具体交流母线s的潮流方程如下：当母线s类型为pq时：当母线s类型为pq时：当母线s类型为节点的有功功率p和节点的电压幅值v时：当母线s类型为节点的有功功率p和节点的电压幅值v时：其中，g表示网络对地电导的对角矩阵，p
s.g
、q
s.g
表示母线s源荷注入有功功率及无功功率，v
s
表示母线s的电压幅值，v
sd
、v
sq
表示母线s电压的d轴分量和q轴分量，f
sd.vsc
、f
sq.vsc
表示母线s注入其连接的换流站的电流d轴分量和q轴分量，p
s.vsc
表示母线s注入其连接的换流站的有功功率。3.根据权利要求1所述基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，其特征在于，步骤2具体过程为：对换流站列写kvl、kcl方程如下：
其中，v
sabc
为换流站所连交流网络母线s的abc三相电压，f
scabc
为注入换流站交流侧母线c的abc三相电流，d
kabc
为换流站vsc
k
对应abc三相瞬时值的调制度，v
idc
为换流站直流侧母线i的电压，i
idc.vsc
为换流站注入其直流侧母线i的电流，r
c
，l
c
，c
c
为换流站滤波支路的rlc参数，c
k
为换流站vsc
k
直流侧的电容；支路电流f
sc
与交流网络母线s注入换流站支路的电流f
s.vsc
之间的关系为：将公式(16)带入公式(14)、(15)，并经过坐标转换，可得基于d-q电网络的交直流混合电力系统换流站模型如下：电力系统换流站模型如下：将公式(17)带入公式(18)，消去d
kd
，d
kq
，并考虑换流站的功率损耗p
k.loss_vsc
，可得针对具体换流站的潮流方程如下：具体换流站的潮流方程如下：具体换流站的潮流方程如下：其中，换流站vsc
k
连接的交流网络母线为s，直流母线为i，p
k.loss_vsc
为换流站vsc
k
的损耗；考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：考虑换流站控制策略并结合瞬时功率关系，得到换流站的控制模型如下：其中，p
s.vsc
、q
s.vsc
、f
sd.vsc
、f
sq.vsc
表示交流母线s注入其连接的换流站的有功功率、无功
功率及电流的d轴分量和q轴分量；v
s
、v
sd
、v
sq
表示交流母线s电压的幅值，d轴分量和q轴分量；v
idc
表示直流母线i的电压幅值；p
idc.vsc
表示直流母线i连接的换流站注入母线i的有功功率；上角标ref表示参考值；k
droop
为换流站下垂控制系数。4.根据权利要求1所述基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，其特征在于，步骤3具体过程为：对于纯直流网络，其动态模型为：其中c
dc
，g
dc
为直流网络节点对地支路的电容与电导的对角阵，r
dc
，l
dc
为直流网络支路电阻与电感的对角阵，b
dc
为直流网络的节点-支路关联矩阵，v
dc
，f
dc
为直流网络母线电压，i
dc.g
为直流网络母线源荷注入电流之和；当嵌入交流网络后，直流网络母线的电流关系于功率平衡变化如下：i
dc.in
＝i
dc.g
+i
dc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)p
dc.in
＝p
dc.g
+p
dc.vsc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)考虑直流网络通过换流站与直流网络的功率交换，基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络动态模型应为：忽略公式(30)中的微分项，根据功率与电压电流关系，得针对具体直流母线i的基于d-q电网络的交直流混合电力系统直流网络潮流模型如下：其中：其中，公式中：i
dc.in
、p
dc.in
表示直流母线i的总注入电流和总注入功率，i
dc.g
、p
dc.g
表示直流母线i的源荷注入电流和源荷注入有功功率，i
dc.vsc
、p
dc.vsc
表示直流母线i连接的换流站对母线的注入电流和注入有功功率；l
r
表示直流网络的拉普拉斯矩阵。5.根据权利要求1所述基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，其特征在于，步骤4具体过程为：针对一交直流混合电力系统，其中交流网络母线集合为n，直流网络母线集合为r，连接换流站的交流网络母线集合为nc，连接换流站的直流网络母线集合为rc，其基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算模型为：
其中，f
sd.vsc
、f
sq.vsc
、v
sd
、v
sq
、v
idc
、p
idc.vsc
为基于d-q电网络的交直流混合电力系统潮流统一迭代计算的状态变量。

技术总结
本发明公开了基于D-Q电网络的交直流混合电力系统潮流计算方法，提出了交直流混合电力系统的潮流统一迭代计算方法，其中推导了统一dq坐标系下的换流站稳态模型。由于直流母线、公共耦合点及PQ类型交流母线采取电流平衡潮流方程，使得该模型使用牛顿法迭代求解过程中雅可比矩阵大量非零元素保持常数，进而提高收敛速度。为交直流系统的潮流计算，最优潮流、动态稳定性计算等提供了新的分析方法。态稳定性计算等提供了新的分析方法。态稳定性计算等提供了新的分析方法。


技术研发人员：刘闯 王锡龙 蔡国伟 朱帝 陈俊睿 任洺瑶 杨鹤翎 司亚洲 孙聪
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/28