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1、-范文最新推荐- 交直流混合输电系统中潮流算法研究 摘要随着高压直流输电在现代电力系统中的应用，交直流混合输电系统成为电力系统发展的一个趋势。潮流计算是对电力系统进行稳态分析的最基本计算，然而目前针对交直流混联系统的潮流算法并没有发展成熟。因此，对交直流混合输电系统的潮流算法进行研究是相当有意义的。论文首先介绍了直流输电的基本概念和最目前常用的两种交直流潮流算法——统一迭代法和交替迭代法。论文接着针对交替迭代法介绍了程序思想和实现过程，其中交流迭代部分采用了牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法两种方法。论文对一个4机11节点的交直流混联系统算例进行了潮流计算，得到各节点的电压幅
2、值及相角、支路的功率流动和直流参数，并比较了两种算法的迭代次数及计算时间。此外，论文还提出了程序上的一些改进，通过制作GUI界面使该算法的操作更加简便。10057算例的结果验证了程序的正确性和交替迭代法的有效性。关键词直流输电 潮流计算 交替迭代法 P-Q分解法毕业设计说明书（论文）外文摘要TitlePower Flow Calculation Algorithm ofAC-DC HybridTransmission SystemsAbstractAs HVDC is widely used in modern power systems, power system has become an
3、 AC-DC hydrate system. The flow calculation is the basic calculation of steady-state analysis of the power system, power flow algorithm for AC-DC hybrid systems did not developed. Therefore, the study of power flow algorithm for AC-DC hybrid transmission system is quite significant.This paper introd
4、uces the basic concepts of the DC lines and the two most common power flow algorithms of AC-DC systems-unity iteration method and alternating iterative method. This paper then introduces the thoughts and realization process program for alternate iterative method, in which the Newton-Raphson method a
5、nd the P-Q decoupled method are used in the AC part. An example of 4 machine 11 nodes system is calculated, resulting in the voltage amplitude and phase Angle of each node, the power flow of the branch and DC parameters. The iteration times and computing time of the two algorithms is compared. In ad
6、dition, this paper also makes some improvement on the program-the GUI interface is used to make the algorithm much easier for operators. 5.2基于牛顿-拉夫逊法的交替迭代法305.3算例1325.4 算例2355.5 程序改进405.6本章小结43结论44致谢45参考文献46附录481绪论1.1课题背景与意义对电力系统进行分析通常是从稳态分析和动态分析两个方面进行。电力系统稳态分析是研究电力系统运行和规划方案最重要和最基本的手段。电力系统稳态分析根据给定的发
7、电运行方式和系统接线方式来确定系统的稳态运行状态，其中潮流计算针对电力系统的各种正常的运行方式进行稳态分析。潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式的求解问题，其解法离不开迭代。随着电力系统的不断扩大，潮流问题的方程式的阶数越来越高，对于阶数较高的方程式，并不是所有数学方法都能够保证给出正确答案，这就促使电力系统研究人员不断寻求新的更可靠的方法。潮流计算方法的改进过程中，经历了高斯-赛德尔迭代法、阻抗法、分块阻抗法、牛顿-拉夫逊法、改进牛顿法、P-Q分解法等。现在比较常用的方法就是牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法，此外，随着人工智能的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐引入潮流计算1。然
8、而，上述方法都是基于纯交流系统的,对于加入了直流输电的交直流混联电力系统，由于直流输电系统的存在，在描述整个系统的非线性代数方程中就包含有与直流系统相关的变量，从而增加了描述直流系统的方程式，因此，这种情况下的潮流计算不能直接采用纯交流系统的方法。对交直流混联系统的潮流计算理论和方法的研究并没有像纯交流系统的潮流算法一样成熟。而且，实际电网运行和规划中都加入了越来越多的直流线路2-3。因此，对交直流混联电力系统的潮流计算方法进行研究是很有意义且很有必要的。 A) 计算方法的可靠性或收敛性。B) 对计算速度和内存量的要求。C) 计算的方便性和灵活性。13国内外研究现状随着电力系统建设的发展，直流
9、输电在电力系统研究和电网实际运行中都扮演了越来越重要的角色。文献2-3介绍了直流输电技术自1882年问世以来的几个发展阶段（汞弧阀、可控硅阀微处理器）及其在长距离架空输电和电缆输电中的应用。文献5分析了天广交直系统运行以来几次较大的事件，特别是对罗马线区外故障引发天广直流双极闭锁的保护动作、直流运行特性的分析，得出了交流系统故障下直流输电系统具有较好的稳定特性，但交、直流保护配合和直流系统保护配置存在不足的结论。长期以来，众多的电力系统相关的研究者对于纯交流电力系统的潮流计算的研究已经达到了一个非常成熟的地步。相比之下，对于交直流混联电力系统的潮流计算还存在着很多可以改进的空间。在交直流电力系
10、统潮流计算中，目前的方法都是在纯交流电力系统潮流计算基础上形成的，这些方法主要分为统一迭代法和交替迭代法。统一迭代法1是以极坐标形式下的牛顿法为基础，将交流节点的电压幅值、相角与直流系统中的直流电压、电流、换流变压器变比、换流器的功率因数以及换流控制角等变量统一进行迭代求解。这种方法具有良好的收敛特性，对于不同结构、参数的网络以及直流系统的各种控制方式的算例，都能可靠地求得收敛解。交替迭代法1是统一迭代法的简化。交替迭代法在迭代过程中，将交流系统方程和直流系统方程分别进行求解。在求解交流系统方程时，将直流系统用接在相应节点上的已知其有功功率和无功功率的负荷来等值。而在求解直流系统方程组时，将交
11、流系统模拟成加在换流器交流母线上的一个恒定电压。 14论文的主要工作在论文工作期间所做的主要工作是：参考国内外相关文献，分析直流输电系统的特点，研究适用于交直流电力系统潮流计算的算法，并将易于编程实现的交替迭代法应用于交直流混合输电系统的潮流计算。具体来说，包括以下几个方面的工作：1) 研究直流系统的基本方程与控制特性，并得出在潮流计算中需要应用的方程式和控制方式；2) 参考相关书籍文献，学习研究现有的各种交直流混联系统的潮流算法。2) 推导交替迭代法的公式，并且通过matlab编程分别实现基于P-Q分解法及牛顿-拉夫逊的程序；3) 利用程序验证算例，并将两种算法得到的节点电压、支路功率以及直
12、流数据结果进行对比。2直流输电的基本原理2.1概述如何将大量的电能从发电厂输送到负荷中心一直是电力工程的重要研究课题，多年来，在努力提高传统电力系统输送能力的同时，电力科学工作者不断地探索各种新型的输电方式。于是，随着技术的发展，高压直流输电也进入了人们的视野。高压直流输电（High Voltage Direct Current, HVDC）与柔性输电（Flexible AC Transmission System, FACTS）都是电力电子技术介入电能输送的技术。与传统的交流输电相比，直流输电有三个主要优点4：由于交流系统的同步稳定性问题，大容量长距离输送电能将使建设输电线路的投资大大增加。
13、当输电距离足够长时，直流输电的经济性将优于交流输电。直流输电的经济性主要取决于换流站的造价。随着电力电子技术的进步，直流输电技术的关键元件换流阀的耐压值和过流量大大提高，造价大幅降低。由于现代控制技术的发展，直流输电通过对换流器的控制可以快速地（时间为毫秒级）调整直流线路上的功率，从而提高交流系统的稳定性。直流输电线路可以联接两个不同步或频率不同的交流系统。因而当数个大规模区域电力系统既要实现联网又要保持各自的相对独立时，采用直流线路或所谓背靠背直流系统进行联接是目前控制技术条件下最方便的方法3。由于这三个主要优点，直流输电的竞争力日益提升。发展到今天，高压直流输电已愈来愈多地应用在世界各大电
14、力系统中，使现代电力系统成为在交流系统中包含有直流输电系统的交直流混合系统。1990年投入运行的葛洲坝到上海±500kV、1080km高压输电线路是中国第一条大型直流输电线路工程。 直流输电系统的工作过程：由交流系统1（送电端）送出交流功率给整流站的交流母线，经换流变压器送到整流器，整流器将交流功率变换成直流功率，然后由直流线路把直流功率输送给逆变站内的逆变器，逆变器将直流功率变换成交流功率，在经换流变压器，把交流功率送入受电端的交流系统23-4。直流输电的基本原理接线图如下所示。这是一个简单的直流输电系统，包括两个换流站C1及C2和直流线路。根据直流导线的正负极性，直流输电系统
15、分为单级系统、双极系统和同级系统。图2.1 直流输电的基本原理接线图图2.1所示的直流系统只有一根直流导线，通常为负极，另一根用大地代替，因此是单级系统。为了节省线路建设的投资，直流输电系统有时用单级接线方式。但单级系统中的地电流受地质的影响，有时可能对其附近的地下设施产生不良影响。为避免这种情况，可采用两根直流导线，一根为正极，另一根为负极，构成双极接线。上图中的换流站由一个换流桥组成，为了提高直流线路的电压和减小换流器产生的谐波，常将多个换流桥串联成为多桥换流器。多桥换流器的接线方式有双极和同级。图2.2 直流输电的接线方式同极接线方式中所有的导线有相同的极性。单极接线方式也常常作为双极和同极接线的第一期工程。一个换流站通常称为直流输电系统的一端。所以图2.2所示的直流输电系统分别为单极两端系统、双极两端系统和同极两端系统。实际的直流输电系统可以是多端系统，多端直流系统用以连接三个及三个以上交流系统。图2.2中（c）即为一个
