含电力电子设备的潮流

含电力电子设备的潮流

武志刚

主要内容

►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

问题简介

►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

卜主要应用：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,《Flexible AC

Transmission Systems: Modeling and Control》)

含晶闸管换流器TCSC的潮流计算（等效功率注入法）

Xycsc(”)f

——>

Pg +

Q厂卡-

入TCSC

假设TCSC的控制目标为令％恒定,

其他控制目标类似。

Pp【+

jQpi rcsc

匕一匕COS©

匕_U/COS為

P” +

jQpi

对潮流方程的影响

►不与TCSC直接相连的节点潮流方程不变

►节点P和I的潮流方程变为

邂=P.-P-V^ VjGj cos 0 + B l} sin 0 ) = 0 y g

Aft = 0 -必-匕cos為)—％工Vj©j sin 0 - B tj cos0) = 0

入TCSC jel

\Pp =p c~匕匕(G/艸cos e pm + B pm sin 0pm)= o

0 = _ A (匕-% cos0pl)-V p V in(G pm sin 九厂B pm cos 爲J = 0

人TCSC

了一个未知数x TCSC,相应增加

►增加了一个方程W 1 iP乙+九AP产P厂专丄気％=0卜＜t

人TCSC气，+鸟P肿jQz

□□

□□

_____ Sin + jbiui

对雅可比矩阵的影响

►原潮流方程对新变量的偏导数（雅可比矩阵新增一列的非対备元素）-

驴^宀亿-匕cos%）驴3 胎亿-gs%）

UA T CSC A T CSC CA TCSC A TCSC

►新潮流方程对原变量的偏导数（雅可比矩阵新增一行的罪対畜元素）

Ip - 7 Ip

沁Pg沁Pg _ U匕一沁％ _沁Pg _ V匕a

►新潮注方程对新变量的偏导数（雅可比矩阵新增行列的对角元素）

dAP vy,

►潮痣芳趙負他元素不变，可用常规的牛顿拉夫逊法迭代求解

初始值的选取及本方法缺点

►用公式皿話-严血0严0

A T CSC

►电压幅值为1.0

►相角差为20。〜30。

►用上式估算出X TCSC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

►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

阻抗支路，但不精确，且数值计算性能仍受影响。

含VSC换流器SVC的潮流计算（戴维南

等效电路法）

►VSC -- Voltage Source Converter

►VSC特点

。用IGB「调制频率更高。谐波更小O可同时控有功和无功

►潮流计算中每个VSC均可窖价成一个就维南等奴由路（有源）VSC换流器

＞轍算结束后应求出合

SVC涉及的潮流方程

P sh =也-vy sh(g sh cos© - e sh)+b5h sin© - a J)

Qsh = —V；bsh—yy sh(g sh sin(^. -05h)一b sh cos(^. -0sh))

SVC内部交换功率时自身并不消耗有功功率，故有约束

PE = Ref 氓几］=叱- 匕人心cos© -比）-b sh sin©.-血））=0

\ 丿

•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

SVC 的控制模式及对应的等式约束

►控制所联母线电压恒定 匕—匕 SPEC 二。 ►控制发出无功功率恒定 ►控制等效并联电抗恒定

（吟-站y ►其他约束：电流相位控制，远方电压幅值控制，线 路无功廟流控需II ....

►补充一个等式约束后，方程和变量个数相等，可解

V SPEC _ 门 —X

S h lint — °

心“”厂X 駕=Im

sh 丿

SVC的不等式约束

T 7

min

5 "畀

2020/4/10

含SVC的牛-拉法潮流计算

►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:

A A

A

A A

设母线i 为电源区域（ 厶贵? ） 5

母线j 、k 为负荷区域（广东、广西？）。 推广：含VSC 换流器的多端直流系统的潮流 计算（含任意多VSC 换流器的潮流计算）

Bus A

7 ° T/（g曲+如J

换流器的等效注入功率

Pslun =叱g伽-匕y伽［g如cos（仇厂0s/un） + b shm sin他- e shm）］

Qshm = -V加优-匕〃咖”［g伽sin（仇2 - &$加）-优COS（仇? -&咖“）］