CN110707762B - 一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，包括：S1，建立多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型；S2，在S1建立的多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型的基础上，计算二维下垂系数注入空间下的潮流可行域；S3，在S2计算得到的二维下垂系数注入空间下的潮流可行域的基础上，增加参数的维度，对参数空间逐层遍历，得到高维下垂系数注入空间下的潮流可行域。同时提供了一种用于执行上述方法的终端。本发明极大提高了求取电压稳定临界点的速度，计算效率高；为下垂系数的分析提供了高效的潮流可行域计算；为多能互补的交直流混合微电网的稳定运行提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及交直流混合微电网技术领域，具体地，涉及一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法。
背景技术
微电网内部的分布式电源(Distributed Generators,DG)以及负荷多种多样，交直流混合微电网因其同时具有交流微电网与直流微电网的优势，通过优化逆变器控制参数可以提高运行稳定性，发展前景广阔。
孤岛运行模式下，交直流混合微电网中的分布式电源逆变器的下垂系数会影响***的潮流可行域，而传统的下垂系数由逆变器的容量、频率和电压调节范围决定，并未充分考虑这一影响。逆变器下垂系数与***静态电压稳定性密切相关，因此从***潮流可行域角度对下垂系数的分析十分重要。
分岔理论是对***潮流可行域分析的有力工具，利用连续潮流法(ContinuationPower Flow,CPF)求取***的鞍结分岔点。
经过检索发现：
Zambroni De Souza A C,Santos M,Castilla M,et al.Voltage security inAC microgrids:a power flow-based approach considering droop-controlledinverters[J].IET Renewable Power Generation,2015,9(8):954-960.给出一种下垂控制DG组网的CPF算法，然而因为求取潮流可行域十分耗时。
姜涛,张明宇,崔晓丹,等.电力***静态电压稳定域边界快速搜索的优化模型[J].电工技术学报,2018,33(17):4167-4179.以及方斯顿,程浩忠,徐国栋,等.基于曲面二次标准型逼近的最近电压稳定临界点求取方法[J].电力***自动化,2016,40(2):69-76.DOI:10.7500/AEPS20150423009.分别提出了电力***潮流可行域边界快速搜索的优化模型，但该潮流可行域边界快速搜索的优化模型仍然存在如下问题：上述模型未考虑逆变器控制方式以及相应控制方式下的下垂系数对潮流可行域边界的影响；同时上述模型考虑的下垂系数只有一维，不能体现下垂系数之间的互相影响。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，该方法首先建立了考虑逆变器控制方式的多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型，基于该模型提出了考虑下垂系数的潮流可行域快速计算方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，包括如下步骤：
S1，建立多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型；
S2，在S1建立的多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型的基础上，计算二维下垂系数注入空间下的潮流可行域；
S3，在S2计算得到的二维下垂系数注入空间下的潮流可行域的基础上，增加参数的维度，对参数空间逐层遍历，得到高维下垂系数注入空间下的潮流可行域。
优选地，所述多能互补的交直流混合微电网，包括：交流子微网和直流子微网，所述交流子微网和直流子微网之间通过采用标幺化下垂控制的互联变流器进行连接。
其中：交流子微网包括：风力发电机、储能电池以及各类负荷；直流子微网包括：光伏电池、风力发电机等可再生能源，还包括电动汽车充电站等负荷。
优选地，所述S1，包括如下子步骤：
S1.1，建立逆变器接口电源模型，包括：
-多能互补的交直流混合微电网工作在孤岛状态时，交流子微网中传统下垂控制节点方程为：
式中：mpi、nqi分别为交流子微网有功功率、无功功率下垂系数；PGi、QGi分别为节点i处DG流入交流子微网的有功功率、无功功率；PG0i、QG0i分别为节点i处逆变器额定有功、无功功率；ω0、U0i分别为节点i处空载角频率和空载电压幅值；ω、Ui分别为交直流混合微电网运行频率和节点i的电压幅值；
采用改进型功率耦合下垂控制策略，在线路呈阻感特性情况下对低压微网功率分配进行控制的节点潮流计算模型为：
式中：r＝R/X为阻感比；
-直流子微网中采用有功-电压(P-U)下垂控制的节点潮流计算模型：
式中：mpj为直流子微网有功下垂系数；PGj为节点j流入直流子微网的有功功率；U0j为节点j的空载输出电压；Uj为节点j运行电压幅值；
交、直流子微网下垂系数均满足以下约束：
式中：Vmax、Vmin分别为节点电压最大值和最小值；ωmax、ωmin分别为交直流混合微电网频率限制的上限和下限；PG,min、PG,max、QG,min、QG,max分别为有功功率的上限和下限、无功功率的上限和下限；
S1.2，建立负荷及线路模型，包括：
确定静态负荷状态下负荷点端电压和频率的影响：
式中：PLi、QLi、P0i、Q0i分别为负荷节点i在设定频率下的有功功率和无功功率、实际工作的有功功率、无功功率；Api、Bpi分别为与电压二次方、一次方成比例的负载有功功率系数，Aqi、Bqi分别为与电压二次方、一次方成比例的负载无功功率系数，Cpi、Cqi分别为与电压幅值无关的负载有功功率、无功功率系数；kpf,i、kqf,i分别为负荷有功功率与无功功率的静态频率特性系数；ω和ω1分别为交流子微网的稳态角频率和设定角频率；
确定线路阻抗参数的频响：
式中：r0、x0、b0为输电线路在基准频率下的电阻、电抗和电纳；ri、xi、bi为输电线路在实际运行情况下的电阻、电抗和电纳；
S1.3，建立交、直流子微网之间的变流器模型，包括：
采用标幺化下垂控制策略，将交流侧频率和直流侧电压分别标幺化，使得交、直流子微网的下垂曲线在同一坐标系下统一：
式中：
ωmax、ωmin分别为交直流混合微电网角频率的标幺值、交流子微网正常运行的频率最大标幺和最小标幺值；
为互联变流器与直流子微网相连接的终端节点电压的标幺值；Udc、Udc,max、Udc,min分别为该终端节点的实际电压值、理论电压最大值和最小值；
经过式(7)标幺化处理之后，通过互联变流器的有功功率为：
式中：αp为互联变流器有功下垂系数；当PILC＞0时，表示有功功率通过互联变流器从直流子微网流向交流子微网，同时注入无功功率QILC：
式中：UAC为互联变流器与交流子微网相连接的终端节点输出电压实际值；U0为下垂控制参考电压；αq为互联变流器无功下垂系数；
S1.4，建立交直流混合微电网统一潮流计算模型，包括：
交流子微网中下垂控制节点有功功率和无功功率平衡方程为：
式中：Pi、Qi分别为节点i注入的有功功率、无功功率；
直流子微网中下垂控制节点有功功率方程为：
fP_DC,j＝PGj+PILC-PLj-Pj＝0 (31)
式中：Pj为节点j注入的有功功率；
联立上述方程(10)和(11)得到交直流混合微电网统一潮流方程组：
F(x)＝0 x∈Rn (32)
式中：x＝[θ,ω,Uac,Udc]，n为待求变量总数；θ为各个节点电压相角；Udc为直流区域各节点电压幅值向量；Uac为交流区域各节点电压幅值向量；
得到的交直流混合微电网统一潮流方程组即为交直流混合微电网统一潮流计算模型。
优选地，所述S2，包括如下子步骤：
S2.1，交直流混合微电网连续潮流计算，包括：
计算负荷沿着特定增长方向从运行点到潮流可行域边界点的距离，以参数λ来表征DG以及负荷的功率增长，则：
式中：λ＝0对应基本的DG出力以及负荷水平；k为DG以及负荷的功率增长方向；λcr为负荷裕度最大值；
选取M组功率增长方向，将式(13)代入式(12)，得到包含下垂系数以及负荷的功率增长系数的交直流混合微电网CPF方程：
G(x,λ,Coe)＝0 x＝[θ,ω,Uac,Udc] (34)
式中：x为状态变量，Coe为逆变器的下垂系数向量；
交直流混合微电网静态电压稳定的临界条件为式(14)的雅可比矩阵奇异，交直流混合微电网CPF方程开始无解，即发生鞍结分岔：
det(J(x))＝0 (35)
式中，J(x)即为：式(14)的雅可比矩阵；
S2.2，求解包含下垂系数的潮流可行域边界，包括：
S2.2.1，初始点计算：
构建二维下垂系数注入空间，利用传统连续潮流方法求取关于一个小区间内下垂系数对应的鞍结分岔点，将已经求得的鞍结分岔点的负荷稳定裕度作为求取其临近位置的鞍结分岔点的初值；
S2.2.2，预估环节，建立关于鞍结分岔点的预测方程：
在初值的位置找到在潮流可行域边界Σcoe曲面上沿着下垂系数Coe_i变化方向的切向量：
式中：ep为单位向量，其中除第p个元素为1外其余元素均为0；对前述初始下垂系数区间内的对应的鞍结分岔点构成的曲面进行二次拟合：
式中：r、s、t分别为拟合曲面的平方项系数、二次项系数、一次项系数，D为常数项；
用式(17)对如式(18)所示的预测方程进行求解，沿该切向量的方向选择合适的步长，得到下一个SNB点的预测值：
式中：σ为步长，ε为预测的惩罚项；
S2.2.3，步长控制与惩罚项的修正：
采用自适应步长控制方法，每次迭代步长为：
式中：a、b、c、d分别为控制步长计算式子(19)中指数函数的参量，其中a为指数函数系数，b为指数函数变量系数，c为指数函数中的幂的常量，d为指数函数中的常量，所述参量根据交直流混合微电网实际情况给定；|K|max＝|dλ/dCoe|max为负荷裕度关于下垂系数的变化率；
对于选定的任意一组下垂系数(Coe_i,Coe_j)的预估值由与其相邻的参数空间网格点(Coe_i-1,Coe_j)和(Coe_i,Coe_j-1)对应的鞍结分岔点SNBi和SNBj沿各自参数变化方向的预估值决定：
即从两个预估值中取最小值；
S2.2.4，校正环节：
在预估值的基础上不断增加负荷裕度，进行连续潮流计算，直到达到在新下垂系数(Coe_i,Coe_j)下的SNBij点为止；
S2.2.5，循环迭代：
将校正环节的解再作为下一组下垂系数对应的负荷裕度的初值，回到S2.2.1进行下一轮迭代，直到遍历完参数空间为止，绘制出二维下垂系数空间下的潮流可行域边界。
优选地，所述ε为大于1的常数。
优选地，所述S3，包括如下子步骤：
S3.1，求解三维下垂系数注入空间潮流可行域截面，包括：在S2中的二维下垂系数注入空间潮流可行域的基础上，沿着第三个下垂系数的增长方向进行预估，计算得到预估点之后在该位置固定第三个下垂系数的值，采用S2中方法搜寻二维下垂系数注入空间下的潮流可行域边界；
S3.2，构建三维下垂系数注入空间潮流可行域，包括：第三个下垂系数的首个预估值所在位置的平面潮流可行域边界搜索完毕后，在此基础上再进行预估，重复S3.1步骤直到将第三个下垂系数的参数空间遍历完毕。最后得到三维下垂系数注入空间下的潮流可行域边界，为三维空间中的曲壳包络面内部。
根据本发明的第二个方面，提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时能够用于执行上述任一项所述的方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提出的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，相较于传统计算方法极大提高了求取电压稳定临界点的速度，计算效率高。
2、本发明提出的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，为多个下垂系数的分析提供了高效的潮流可行域计算。
3、本发明提供的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，充分考虑了多台逆变器的下垂系数互相耦合从而对潮流可行域产生的影响。
4、本发明提供的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，为多能互补的交直流混合微电网的稳定运行提供参考。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为多能互补的交直流混合微电网典型结构示意图；
图2为本发明一实施例中交直流互联变流器采用标幺化下垂控制策略示意图；
图3为本发明一实施例中不同组有功下垂系数下的负荷裕度示意图；
图4为本发明一实施例中求解包含二维下垂系数的潮流可行域边界的算法示意图；
图5为本发明一实施例中三个参数变化时求取可行域边界流程图；
图6为本发明一实施例中求解包含三维下垂系数的潮流可行域边界的算法示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种
根据本发明的一个方面，提供了一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，包括如下步骤：
S1，建立多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型；
S2，在S1建立的多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型的基础上，计算二维下垂系数注入空间下的潮流可行域。
S3，在S2计算得到的二维下垂系数注入空间下的潮流可行域的基础上，增加参数的维度，逐层遍历，得到高维下垂系数注入空间下的潮流可行域。
下面结合附图对发明实施例进一步详细描述。
S1，建立交直流混合微电网统一潮流计算模型；
多能互补的交直流混合微电网结构如图1所示，包括：交流子微网和直流子微网部分，二者通过采用标幺化下垂控制的互联变流器进行连接，其中交流子微网包括风力发电机、储能电池以及各类负荷，直流子微网含有光伏电池、风力发电机等可再生能源，还包括电动汽车充电站等负荷。
当运行于孤岛状态时，首先要保障电网电压稳定及即时功率平衡，因此所有的逆变器均采用下垂控制。
S1.1，建立逆变器接口电源模型
交直流混合微电网工作在孤岛状态时，交流子微网中传统下垂控制节点方程为：
式中：mpi、nqi分别为交流子微网有功功率、无功功率下垂系数；PGi、QGi分别为节点i处DG流入交流子微网的有功功率、无功功率；PG0i、QG0i分别为节点i处逆变器额定有功、无功功率；ω0、U0i分别为节点i处空载角频率和空载电压幅值；ω、Ui分别为交直流混合微电网运行频率和节点i的电压幅值；
交流子微网电压等级较低，线路电阻与感抗的比值相较于高压输电线路较大，常规感性下垂控制已不能满足低压微网控制的需求。因此采用改进型功率耦合下垂控制策略(可参考Eajal A A,Abdelwahed M A,El-Saadany E F,et al.A unified approach tothe power flow analysis of AC/DC hybrid microgrids[J].IEEE Transactions onSustainable Energy,2016,7(3):1145-1158.以及彭春华,王立娜,李云丰.低压微电网三相逆变器功率耦合下垂控制策略[J].电力自动化设备,2014,34(03):28-33.)，该控制策略在线路呈阻感特性情况下实现对低压微网功率分配进行灵活有效的控制：
式中：r＝R/X为阻感比。
直流子微网中采用有功-电压(P-U)下垂控制的节点潮流计算模型为：
式中：mpj为直流子微网有功下垂系数；PGj为节点j流入直流子微网的有功功率；U0j为节点j的空载输出电压；Uj为节点j运行电压幅值；
交、直流子微网下垂系数均满足以下约束：
式中：Vmax、Vmin分别为节点电压最大值和最小值；ωmax、ωmin分别为交直流混合微电网频率限制的上限和下限；PG,min、PG,max、QG,min、QG,max分别为有功功率的上限和下限、无功功率的上限和下限。
S1.2，建立负荷及线路模型
通常潮流计算中负荷模型为工频下的静态负荷模型，而运行于孤岛模式时，交流子微网的频率一般不会稳定在工频，因此静态负荷模型需考虑负荷点端电压和频率的影响：
式中：PLi、QLi、P0i、Q0i分别为负荷节点i在设定频率下和实际工作的有功、无功功率；Api、Bpi、Cpi和Aqi、Bqi、Cqi分别为有功、无功功率系数；kpf,i、kqf,i为负荷的静态频率特性参数；ω和ω1分别为交流子微网的稳态角频率和设定角频率。
在建立交直流混合微电网导纳矩阵时，还需要考虑线路阻抗参数的频响：
式中：r0、x0、b0为输电线路在基准频率下的电阻、电抗和电纳；ri、xi、bi为输电线路在实际运行情况下的电阻、电抗和电纳。
S1.3，建立交、直流子微网之间的变流器模型
互联变流器是沟通交流子微网与直流子微网的桥梁，具有维持母线电压稳定以及功率平衡的关键作用。本实施例中交直流互联变流器采用标幺化下垂控制策略(可参考Peyghami S,Mokhtari H,Blaabjerg F.Autonomous Operation of a Hybrid AC/DCMicrogrid with Multiple Interlinking Converters[J].IEEE Transactions on SmartGrid,2018,9(6):6480-6488.DOI:10.1109/TSG.2017.2713941)，该策略将交流侧频率和直流侧电压分别标幺化，使得交、直流子微网的下垂曲线可以在同一坐标系下统一分析，如图2所示。
式中：
ωmax、ωmin分别为交直流混合微电网角频率的标幺值、交流子微网正常运行的频率最大标幺值和最小标幺值；
为互联变流器与直流子微网相连接的终端节点电压的标幺值；Udc、Udc,max、Udc,min分别为该终端节点的实际电压值、理论电压最大值和最小值。
经过式(7)标幺化处理之后，通过互联变流器的有功功率为：
式中：αp为互联变流器有功下垂系数。当PILC＞0时，表示有功功率通过互联变流器从直流子微网流向交流子微网，同时注入无功功率QILC：
式中：UAC为互联变流器与交流子微网相连接的终端节点输出电压实际值；U0为下垂控制参考电压；αq为互联变流器无功下垂系数。
S1.4，建立交直流混合微电网统一潮流计算模型
交流子微网中下垂控制节点有功、无功功率平衡方程为：
式中：Pi、Qi为节点i注入有功、无功功率。
同理，直流子微网中下垂控制节点功率方程为：
fP_DC,j＝PGj+PILC-PLj-Pj＝0 (51)
式中：Pj为节点j注入有功功率。
下垂节点DG输出功率越限时会自动转化为PQ节点，重新带入功率方程进行计算。联立上述方程得到交直流混合微电网统一潮流方程组：
F(x)＝0 x∈Rn (52)
式中：x＝[θ,ω,Uac,Udc]，n为待求变量总数；θ为各个节点电压相角；Udc为直流区域各节点电压幅值向量；Uac为交流区域各节点电压幅值向量。
因为全部采用下垂控制的交直流混合微电网内部无松弛节点，负荷也随频率和电压变化，所以求解式(12)时雅克比矩阵容易奇异。改进的信赖域算法(可参考王锡凡,方万良,杜正春.现代电力***分析[M].科学出版社,2003:284-286.以及Fan J,Lu N.On themodified trust region algorithm for nonlinear equations[J].OptimizationMethods and Software,2015,30(3):478-491.)可以在非线性方程组雅克比矩阵接近奇异的情况下保证全局近似三阶收敛，同时还可加快计算精度与速度，故本实施例采用该算法计算统一潮流方程组。
S2，在S1建立的交直流混合微电网统一潮流计算模型的基础上，计算包含二维下垂系数的潮流可行域；
S2.1，交直流混合微电网连续潮流计算
连续潮流法可以克服交直流混合微电网接近稳定极限运行状态时的收敛问题，从而计算出负荷沿着特定增长方向从运行点到潮流可行域边界点的距离，它反映交直流混合微电网能够承载新增负荷的能力。以参数λ来表征DG以及负荷功率的增长，有：
式中：λ＝0对应基本的DG出力以及负荷水平；k为DG以及负荷功率增长方向，本实施例选取M组代表性的功率增长方向，将式(13)带入式(12)，得到微电网含下垂系数以及负荷增长系数的CPF方程：
G(x,λ,Coe)＝0 x＝[ω,θ,UAC,UDC] (54)
式中：x为状态变量，Coe为逆变器的下垂系数向量。交直流混合微电网静态电压稳定的临界条件为式(14)的雅可比矩阵奇异，潮流方程开始无解，即发生鞍结分岔(saddlenode bifurcation,SNB):
det(J(x))＝0 (55)
S2.2，求解包含下垂系数的潮流可行域边界
为求得含参数潮流可行域边界，需要遍历下垂系数空间，每一次负荷都要从初始点逐步增长到鞍结分岔点，如图3所示：
图3中仅是选取三组下垂系数和两组代表性的负荷增长方向求得的负荷裕度，对负荷因子从零开始计算，无法利用前面得到的附近位置负荷稳定裕度信息，介于此提出一种快速搜索可行域边界算法如图4所示。下面详细介绍。
1)初始点计算：
构建二维下垂系数注入空间，利用传统连续潮流方法求取关于一个小区间内下垂系数对应的鞍结分岔点，将已经求得的鞍结分岔点的负荷稳定裕度作为求取其临近位置的鞍结分岔点的初值，从而减少计算量提高效率。
2)预估环节：
在初值的位置找到在潮流可行域边界Σcoe曲面上沿着下垂系数Coe_i变化方向的切向量：
式中：ep为单位向量，除第p个元素为1外其余元素为0。对前述初始下垂系数区间内的对应的鞍结分岔点构成的曲面进行二次拟合：
式中：r、s、t分别为拟合曲面的平方项系数、二次项系数、一次项系数，D为常数项。
用式(17)对如式(18)所示的预测方程进行求解，沿该切向量的方向选择合适的步长，得到下一个SNB点的预测值：
式中：σ为步长，ε为预测的惩罚项。
3)步长控制与惩罚项的修正：
采用自适应步长控制方法，每次迭代步长为：
式中：a、b、c、d分别为控制步长计算式子(19)中指数函数的参量，其中a为指数函数系数，b为指数函数变量系数，c为指数函数中的幂的常量，d为指数函数中的常量，所述参量根据交直流混合微电网实际情况给定；|K|max＝|dλ/dCoe|max为负荷裕度关于下垂系数的变化率；
对于选定的任意一组下垂系数(Coe_i,Coe_j)的预估值由与其相邻的参数空间网格点(Coe_i-1,Coe_j)和(Coe_i,Coe_j-1)对应的鞍结分岔点SNBi和SNBj沿各自参数变化方向的预估值决定：
即从两个预估值中取最小值。
4)校正环节：
在预估值的基础上不断增加负荷裕度，进行连续潮流计算，直到达到在新下垂系数(Coe_i,Coe_j)下的SNBij点为止。
5)循环迭代：
将校正环节的解再作为下一组参数对应的负荷裕度的初值，回到1)步骤进行下一轮迭代，直到遍历完参数空间为止，绘制出含控制参数潮流可行域边界。
S3，在S2计算得到的二维下垂系数注入空间下的潮流可行域的基础上，增加参数的维度，逐层遍历，得到高维下垂系数注入空间下的潮流可行域。图5给出同时考察三个下垂系数变化时的流程图；图6给出三维下垂系数潮流可行域边界搜索图示。
S3.1，求解三维下垂系数注入空间潮流可行域截面，包括：在S2中的二维下垂系数注入空间潮流可行域的基础上，如图6所示，沿着第三个下垂系数Coe_k的增长方向进行预估，计算得到预估点之后，在该位置固定Coe_k的值，采用S2中方法搜寻二维下垂系数注入空间下的潮流可行域边界。
S3.2，构建三维下垂系数注入空间潮流可行域，包括：第三个下垂系数的首个预估值所在位置的平面潮流可行域边界搜索完毕后，在此基础上再进行预估，重复S3.1步骤直到将第三个下垂系数的参数空间遍历完毕。最后得到三维下垂系数注入空间下的潮流可行域边界，为图6中三维空间中的曲壳包络面内部。
该算法可同时考察三个下垂系数变化时负荷裕度，当参数数目更多时则以此类推。
本实施例借鉴连续潮流预估校正策略，克服从初始负荷状态重新开始计算SNB点的缺点，节省大量计算时间，从而实现参数潮流可行域快速计算。
基于本发明实施例所提供的一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，本发明实施例同时提供了一种终端，所述终端包括：包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时能够用于执行上述任一项所述的方法。
本发明上述实施例提供的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，首先建立多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型；在S1建立的多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型的基础上，计算包含下垂系数的潮流可行域；。本发明上述实施例提供的终端能够用来执行上述方法。本发明极大提高了求取电压稳定临界点的速度，计算效率高；能同时考虑多台逆变器的下垂系数对潮流可行域的耦合影响；为多能互补的交直流混合微电网的稳定运行提供参考。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，建立多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型；
S2，在S1建立的多能互补的交直流混合微电网潮流计算模型的基础上，计算二维下垂系数注入空间下的潮流可行域；
S3，在S2计算得到的二维下垂系数注入空间下的潮流可行域的基础上，增加参数的维度，对参数空间逐层遍历，得到高维下垂系数注入空间下的潮流可行域。
2.根据权利要求1所述的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，其特征在于，所述多能互补的交直流混合微电网，包括：交流子微网和直流子微网，所述交流子微网和直流子微网之间通过采用标幺化下垂控制的互联变流器进行连接。
3.根据权利要求2所述的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，其特征在于，所述S1，包括如下子步骤：
S1.1，建立逆变器接口电源模型，包括：
-多能互补的交直流混合微电网工作在孤岛状态时，交流子微网中传统下垂控制节点方程为：
式中：mpi、nqi分别为交流子微网有功功率、无功功率下垂系数；PGi、QGi分别为节点i处DG流入交流子微网的有功功率、无功功率；PG0i、QG0i分别为节点i处逆变器额定有功、无功功率；ω0、U0i分别为节点i处空载角频率和空载电压幅值；ω、Ui分别为交直流混合微电网运行频率和节点i的电压幅值；
采用改进型功率耦合下垂控制策略，在线路呈阻感特性情况下对低压微网功率分配进行控制的节点潮流计算模型为：
式中：r＝R/X为阻感比；
-直流子微网中采用有功-电压(P-U)下垂控制的节点潮流计算模型：
式中：mpj为直流子微网有功下垂系数；PGj为节点j流入直流子微网的有功功率；U0j为节点j的空载输出电压；Uj为节点j运行电压幅值；
交、直流子微网下垂系数均满足以下约束：
式中：Vmax、Vmin分别为节点电压最大值和最小值；ωmax、ωmin分别为交直流混合微电网频率限制的上限和下限；PG,min、PG,max、QG,min、QG,max分别为有功功率的上限和下限、无功功率的上限和下限；
S1.2，建立负荷及线路模型，包括：
确定静态负荷状态下负荷点端电压和频率的影响：
式中：PLi、QLi、P0i、Q0i分别为负荷节点i在设定频率下的有功功率和无功功率、实际工作的有功功率、无功功率；Api、Bpi分别为与电压二次方、一次方成比例的负载有功功率系数，Aqi、Bqi分别为与电压二次方、一次方成比例的负载无功功率系数，Cpi、Cqi分别为与电压幅值无关的负载有功功率、无功功率系数；kpf,i、kqf,i分别为负荷有功功率与无功功率的静态频率特性系数；ω和ω1分别为交流子微网的稳态角频率和设定角频率；
确定线路阻抗参数的频响：
式中：r0、x0、b0为输电线路在基准频率下的电阻、电抗和电纳；ri、xi、bi为输电线路在实际运行情况下的电阻、电抗和电纳；
S1.3，建立交、直流子微网之间的变流器模型，包括：
采用标幺化下垂控制策略，将交流侧频率和直流侧电压分别标幺化，使得交、直流子微网的下垂曲线在同一坐标系下统一：
式中：
ωmax、ωmin分别为交直流混合微电网角频率的标幺值、交流子微网正常运行的频率最大标幺和最小标幺值；
为互联变流器与直流子微网相连接的终端节点电压的标幺值；Udc、Udc,max、Udc,min分别为该终端节点的实际电压值、理论电压最大值和最小值；
经过式(7)标幺化处理之后，通过互联变流器的有功功率为：
式中：αp为互联变流器有功下垂系数；当PILC＞0时，表示有功功率通过互联变流器从直流子微网流向交流子微网，同时注入无功功率QILC：
式中：UAC为互联变流器与交流子微网相连接的终端节点输出电压实际值；U0为下垂控制参考电压；αq为互联变流器无功下垂系数；
S1.4，建立交直流混合微电网统一潮流计算模型，包括：
交流子微网中下垂控制节点有功功率和无功功率平衡方程为：
式中：Pi、Qi分别为节点i注入的有功功率、无功功率；
直流子微网中下垂控制节点有功功率方程为：
fP_DC,j＝PGj+PILC-PLj-Pj＝0 (11)
式中：Pj为节点j注入的有功功率；
联立上述方程(10)和(11)得到交直流混合微电网统一潮流方程组：
F(x)＝0 x∈Rn (12)
式中：x＝[θ,ω,Uac,Udc]，n为待求变量总数；θ为各个节点电压相角；Udc为直流区域各节点电压幅值向量；Uac为交流区域各节点电压幅值向量；
得到的交直流混合微电网统一潮流方程组即为交直流混合微电网统一潮流计算模型。
4.根据权利要求3所述的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，其特征在于，所述S2，包括如下子步骤：
S2.1，交直流混合微电网连续潮流计算，包括：
计算负荷沿着特定增长方向从运行点到潮流可行域边界点的距离，以参数λ来表征DG以及负荷的功率增长，则：
式中：λ＝0对应基本的DG出力以及负荷水平；k为DG以及负荷的功率增长方向；λcr为负荷裕度最大值；
选取M组功率增长方向，将式(13)代入式(12)，得到包含下垂系数以及负荷的功率增长系数的交直流混合微电网CPF方程：
G(x,λ,Coe)＝0 x＝[θ,ω,Uac,Udc] (14)
式中：x为状态变量，Coe为逆变器的下垂系数向量；
交直流混合微电网静态电压稳定的临界条件为式(14)的雅可比矩阵奇异，交直流混合微电网CPF方程开始无解，即发生鞍结分岔：
det(J(x))＝0 (15)
式中，J(x)即为：式(14)的雅可比矩阵；
S2.2，求解包含下垂系数的潮流可行域边界，包括：
S2.2.1，初始点计算：
构建二维下垂系数注入空间，利用传统连续潮流方法求取关于一个小区间内下垂系数对应的鞍结分岔点，将已经求得的鞍结分岔点的负荷稳定裕度作为求取其临近位置的鞍结分岔点的初值；
S2.2.2，预估环节，建立关于鞍结分岔点的预测方程：
在初值的位置找到在潮流可行域边界Σcoe曲面上沿着下垂系数Coe_i变化方向的切向量：
式中：ep为单位向量，其中除第p个元素为1外其余元素均为0；对前述初始下垂系数区间内的对应的鞍结分岔点构成的曲面进行二次拟合：
式中：r、s、t分别为拟合曲面的平方项系数、二次项系数、一次项系数，D为常数项；
用式(17)对如式(18)所示的预测方程进行求解，沿该切向量的方向选择合适的步长，得到下一个SNB点的预测值：
式中：σ为步长，ε为预测的惩罚项；
S2.2.3，步长控制与惩罚项的修正：
采用自适应步长控制方法，每次迭代步长为：
式中：a、b、c、d分别为控制步长计算式子(19)中指数函数的参量，其中a为指数函数系数，b为指数函数变量系数，c为指数函数中的幂的常量，d为指数函数中的常量，所述参量根据交直流混合微电网实际情况给定；|K|max＝|dλ/dCoe|max为负荷裕度关于下垂系数的变化率；
对于选定的任意一组下垂系数(Coe_i,Coe_j)的预估值由与其相邻的参数空间网格点(Coe_i-1,Coe_j)和(Coe_i,Coe_j-1)对应的鞍结分岔点SNBi和SNBj沿各自参数变化方向的预估值决定：
即从两个预估值中取最小值；
S2.2.4，校正环节：
在预估值的基础上不断增加负荷裕度，进行连续潮流计算，直到达到在新下垂系数(Coe_i,Coe_j)下的SNBij点为止；
S2.2.5，循环迭代：
将校正环节的解再作为下一组下垂系数对应的负荷裕度的初值，回到S2.2.1进行下一轮迭代，直到遍历完参数空间为止，绘制出二维下垂系数空间下的潮流可行域边界。
5.根据权利要求4所述的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，其特征在于，所述ε为大于1的常数。
6.根据权利要求4所述的多能互补的交直流混合微电网潮流可行域计算方法，其特征在于，所述S3，包括如下子步骤：
S3.1，求解三维下垂系数注入空间潮流可行域截面，包括：在S2中的二维下垂系数注入空间潮流可行域的基础上，沿着第三个下垂系数的增长方向进行预估，计算得到预估点之后在该位置固定第三个下垂系数的值，采用S2中方法搜寻二维下垂系数注入空间下的潮流可行域边界；
S3.2，构建三维下垂系数注入空间潮流可行域，包括：第三个下垂系数的首个预估值所在位置的平面潮流可行域边界搜索完毕后，在此基础上再进行预估，重复S3.1步骤直到将第三个下垂系数的参数空间遍历完毕；最后得到三维下垂系数注入空间下的潮流可行域边界，为三维空间中的曲壳包络面内部。
7.一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时能够用于执行权利要求1至6中任一项所述的方法。
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