含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力研究

论文摘要

电力系统区域间可用输电能力（Available Transfer Capability, ATC）不仅是衡量输电网传输能力的一个重要指标,也可作为判断电网是否安全稳定运行的一个重要依据,还能够引导市场参与者进行竞争以充分利用现有资源。随着电力电子技术的发展,以电压源换流器和脉宽调制技术为基础的电压源换流器型直流输电技术（VSC-HVDC）得到了广泛的研究,它克服了传统直流输电技术的许多不足,扩展了直流输电的应用。VSC-HVDC出现使得电网的结构更加复杂,运行方式更加灵活多变,同时也使准确求解ATC的难度大为增加。可控串联电容器（TCSC）是FACTS元件之一,它能够补偿输电线的部分感性电抗,灵活地调节潮流,合理地配置TCSC可以在不改变原有输电网结构的前提下提高系统的输电能力。本文利用等值电压源模型对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的VSC-HVDC系统模型,该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统。建立了含VSC-HVDC的交直流系统的可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解。通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行计算,验证了所提出模型和算法的合理性和有效性。分析了TCSC的稳态数学模型,为提高系统区域间的可用输电能力,对TCSC在电网中的最优配置问题进行了研究。采用免疫算法同时确定TCSC的位置、补偿度及相应的ATC值,该方法适用于求解多个TCSC的最优配置问题。对IEEE-30节点和新英格兰10机39节点系统进行仿真计算,并应用重复潮流法对所得结果进行验证,结果表明本文的方法是合理且有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 区域间可用输电能力研究的方法和现状
• 1.2.1 可用输电能力的研究方法
• 1.2.1.1 确定性的求解方法
• 1.2.1.2 基于概率的求解方法
• 1.2.2 可用输电能力的研究进展
• 1.2.2.1 模型的实用化
• 1.2.2.2 计及系统安全稳定约束
• 1.2.2.3 研究提高输电能力的措施
• 1.3 可用输电能力的基本概念
• 1.3.1 可用输电能力的定义
• 1.3.2 最大输电能力
• 1.3.3 输电可靠性欲度
• 1.3.4 容量效益欲度
• 1.4 可用输电能力计算的基本定理
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 含VSC-HVDC 的交直流系统ATC 计算模型
• 2.1 引言
• 2.2 VSC-HVDC 的结构和基本原理
• 2.2.1 系统结构
• 2.2.2 基本原理
• 2.3 VSC-HVDC 的数学模型
• 2.3.1 基本方程
• 2.3.2 换流站控制方程
• 2.4 含VSC-HVDC 的ATC 求解模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 含VSC-HVDC 的交直流系统ATC 求解
• 3.1 引言
• 3.2 序列二次规划法
• 3.2.1 序列二次规划法的原理
• 3.2.2 序列二次规划法的实现
• 3.2.3 计算步骤
• 3.3 模型的求解过程
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 数据准备
• 3.4.2 基态数据
• 3.4.3 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 利用TCSC 提高区域间输电能力分析
• 4.1 引言
• 4.2 TCSC 的稳态模型
• 4.3 基于免疫算法的TCSC 优化配置
• 4.3.1 免疫算法介绍
• 4.3.2 应用免疫算法求解的主要步骤
• 4.3.3 抗体的排序方法
• 4.3.4 算法的具体实现
• 4.4 算例分析
• 4.4.1 数据说明
• 4.4.2 IEEE-30 节点系统计算结果分析
• 4.4.3 新英格兰39 节点系统计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 附录A 经修改的EPRI-36 节点系统
• 附录B IEEE-30 节点系统
• 附录C New England-39 节点系统