[发明专利]分布式潮流控制器提升最大输电能力期望和供电可靠性的效能研究方法

摘要

本发明涉及一种分布式潮流控制器(DPFC)提升最大输电能力期望和供电可靠性的效能研究方法，包括：将分布式潮流控制器装置纳入大电网可靠性评估中，针对其分布式串联侧进行结构解析，从而确定DPFC的运行状态及空间转移模型，通过马尔科夫过程可求解出DPFC各状态平稳概率与故障/修复率。基于此，建立含DPFC的系统潮流计算模型，并提出从断面最大输电能力期望和供电可靠性两大角度来综合评价DPFC效能的研究方法。本发明经IEEE‑RTS79算例分析表明：所述方法能够有效评价DPFC在电网可靠性方面的改善能力，可以从可靠性角度来确定DPFC最优配置方案，从而为实际工程提供一定指导意义。

主权项

1.一种分布式潮流控制器提升最大输电能力期望和供电能力可靠性的优化方法，其特征在于，基于两个模型，定义模型一：DPFC的运行状态及其空间转移模型；由DPFC的串联侧的DSSC运行状态分析而得，具体是将DPFC串联侧的N个DSSC的运行状态进行如下分类，根据DSSC的内部元件及模块工作情况有：F0、F1、F2分别代表停运、可控和自治状态；综合并联侧正常运行和并联侧故障时两种情况下的DPFC串联侧DSSC数量的变化，得出DPFC状态空间转移模型；模型一建立过程中，将DSSC的16状态可靠性模型整合为DSSC的3状态简化模型，由各运行状态间的转移关系，基于马尔科夫过程的方法，可得到各状态的平稳概率，如式(1)所述：式(1)中：pcon,pau,pfau分别为可控、自治和停运状态的平稳概率；pSm为状态Sm的平稳概率；MST为状态转移矩阵，详见附录；16状态与3状态可靠性模型中的可靠性参数存在如式(2)‑(4)所述的转换关系：λca＝λt；μac＝μt  (2)μfc＝(pconλcf+pauλaf)/pfau  (4)式(2)‑(4)中：λt和μt为16状态可靠性模型中元件⑧的故障率和修复率；λi为元件i的故障率；λcf,λaf,λca以及μfc,μac分别为3个状态之间转移的故障率和修复率；模型二：含DPFC的潮流计算模型；定义：采用直流潮流法来求解含DPFC的系统潮流分布，定义DPFC不会改变线路潮流方向，不计及无功潮流约束和节点电压越限；并且，针对并联侧正常运行或故障时，定义：情况一、当并联侧正常运行时，DPFC能够实现综合潮流调控，此时可直接为所在线路注入功率；模型一中的DSSC拥有的三个运行状态具体情况为：状态一、停运状态(F1＝F2＝0)下，DPFC丧失其功能；状态二、全额运行(F1＝N)，该状态下的DPFC无任何故障，其潮流调控上限为装置本身最大容量Smax；状态三、降额运行(F2≠0or F0≠0)，该状态下DPFC的潮流调控能力将随着自治/停运的DSSC数量而发生改变；模型二采用功率注入模型来构建系统潮流方程，如式(5)所述；Gi＝IMi×PL+PDPFC.i+Li  (5)其中，其中，Gi为节点i发电量；IMi为节点‑线路关联矩阵的第i行；PL为线路潮流向量；P_DPFC.i为DPFC在节点i的注入功率，DPFC所在线路的另一端节点j处该值为负；Li为节点i的负荷；δ为节点功角向量；Xj为线路j的电抗；PLl为线路l的潮流；为基态下DPFC的功率注入，而为最大注入容量；情况二、当并联侧故障时，DPFC将等效为DSSC继续发挥其功能，仅由其串联侧以电抗补偿方式进行潮流调控；模型一中的DSSC拥有的三个运行状态具体情况为：状态一、停运状态(F1＝F2＝0)，串联侧失去其功能；状态二、全额运行(F1＝N)，该状态下串联侧能够提供最大的线路电抗补偿率βmax；状态三、降额运行(F2≠0or F0≠0)，该状态下串联侧的线路补偿情况将随着自治/停运的DSSC数量而变化；此时，模型二中系统潮流方程如式(8)所述；Gi＝IMi×PL+Li  (8)其中，由于式(10)对于式(9)的约束使得PLj非线性变化，故需采取如下措施将其线性化：当式(6)计算为正时应用式(11)，而当式(6)计算为负时则采用式(12)，上式中：β_l为DSSC提供的电抗补偿率；为基态下的补偿率；为最大补偿率；优化方法包括如下步骤：步骤1：在IEEE‑RTS79可靠性系统上进行验证分析，且：针对所有输电线路的热稳极限降低至50％；针对所有发电机组的有功出力上限提升10％；选用线路13‑23、11‑14、12‑23和15‑24组成输电断面，该断面的上方和下方分别是送端和受端，未装设FACTS时断面TTC为898MW；步骤2：DPFC提高供电可靠性，负荷削减是系统各类不安全运行状态的最终反映，适用于评估DPFC提高供电可靠性的能力，建立计及DPFC的最优负荷削减模型，具体如下：目标函数：上式中：ND为负荷节点集合；IEARm为节点m的停电损失评价率，其值越大代表切除该负荷的损失越大；LSm为节点m的切负荷量；采用状态枚举法来抽取系统状态，将线路故障枚举至2阶，机组故障和组合故障枚举至3阶，基于上述模型，由状态枚举法累积得到用于评估供电可靠性的指标；步骤3：定义DSSC单元容量为50kVA，其最大电抗补偿为20.4％，自治状态下DPFC注入功率为其容量的25％，而并联侧故障将提供5％的电抗补偿；根据所建可靠性模型来求解DPFC可靠性参数，用以分析含DPFC电网的性能；应用式1得16‑状态DSSC可靠性模型参数，通过求解式(2)‑(4)能够得到DSSC简化3‑状态可靠性模型的参数；步骤4：为了分析DPFC提升最大输电能力期望和供电可靠性的效能，选取不同安装位置、装设容量和装置数量来作对比，以便确定DPFC最优配置方案，具体包括：步骤4.1、考虑DPFC安装位置差异的影响：选择在排序前3位的线路上安装40MVA的DPFC；为了突显DPFC的优势，在S‑0中加入UPFC作对比，构建的UPFC两状态可靠性模型；对各个场景进行评估后，由上述DPFC提高供电可靠性法给出的方法求出相关线路参数；同时，由下述DPFC提升最大输电能力期望给出的方法求出相关参数后进行比较分析；当送端机组出力和受端负荷分别按一定比例方式增加时，断面最大输电能力(total transfercapability,TTC)J(x)为：其中，P_ij(x)为潮流分布x下送端S与受端R间所有联络线上的有功功率；和分别为机组最小/最大有功出力；为线路热稳上限；定义ETTC为断面最大输电能力期望(expected total transfer capability,ETTC)，通过求解该值，即可定量评估DPFC在提升断面最大输电能力上的可靠程度，其计算式如下：式(15)中，S为DPFC运行状态集合；pDPFC.S为DPFC处于状态S的概率；JS(x)为安装该状态DPFC的断面最大输电能力；步骤4.2、考虑DPFC装设容量差异的影响：选择在线路2‑6(2)上安装DPFC，设步长为5MW逐步增加DPFC装设容量，得到不同容量下的电网可靠性计算指标；步骤4.3、考虑DPFC装置数量差异的影响：若在线路2‑6(2)安装15MW的DPFC后，电网可靠性仍需提升，则可选择在次优线路10‑12(10)再装设一台同容量的DPFC。