含分布式电源的交直流混合配电网潮流计算

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引言交直流混合配电网可更好地接纳分布式电源和直流负荷，可缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾，同时在负荷中心提供动态无功支持，可以有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。潮流计算是配电网仿真的基本功能，但交直流混合配电系统中出现的直流设备及网络改变了传统交流配电网的网架结构和运行方式，工程计算中经常会遇到潮流计算收敛困难甚至不收敛的现象，严重影响了后续的安全稳定计算分析。现阶段针对交直流网络的潮流计算算法主要集中在输电网领域，较少考虑配电网络的结构和参数不对称性、网络规模的复杂性等特点。考虑不同控制方式的换流器稳态模型，基于Zbus高斯算法提出了含多直流环节的混合结构有源配电网潮流计算方法；根据并网换流器控制策略不同，在潮流计算中提出不同的处理方法；在充分考虑微电网不对称运行特性的基础上，发展微电网交直流混合潮流算法；提出了一种地铁混合供电系统的潮流计算方法，通过调整直流潮流迭代过程，减少了混合潮流计算的工作量。针对目前缺少交直流混合配电网潮流计算算法的现状，本文提出交流子网和直流子网分网交替迭代方法，弥补了上述空白。1交直流混合配电网结构分析1.1交直流混合配电网拓扑结构与分网计算直流配电网络常见的拓扑结构为两端直流配电系统和环状直流配电系统。一般的交直流混合配电网见图1，交流子网与直流子网通过电压源换流器（voltagesourceconverter，VSC）相连。图1交直流混合配电网以VSC为分拆点，整个交直流混合配电系统可分拆成数个交流子系统和直流子系统。交流子网和直流子网之间潮流计算的耦合关系见图2。图2

交直流混合配电网耦合关系1.2柔性互联装置在潮流计算中的处理交直流混合配电系统中VSC的控制方式主要有以下4种：①定Ps、定Qs；②定Ps、定Us；③定UDC、定Qs；④定UDC、定Us。在潮流计算中，采用①、②控制模式的VSC可视为PQ节点，采用③、④控制模式的可视为PV节点。即配电网交替迭代法中交、直流子系统的划分界限设定在公共连接点处，在进行交流子系统潮流计算时，依据VSC的控制策略，把公共连接点等效为PQ或PV节点，从而直接使用已有的交流潮流计算方法。VSC的潮流计算模型见图3。图3

VSC潮流计算模型图3中：XL

、RL分别为换流电抗器等效电感和等效电阻；UACi、PACi、QACi分别为换流器i公共连接点处的交流侧电压、有功功率和无功功率；UDi、PDi、QDi分别为换流器i交流侧的电压、注入有功功率和注入无功功率；UDCi、IDCi分别为换流器i直流侧的电压和电流。2

交直流混合配电网各子网潮流计算（略）3交直流混合配电网潮流计算求解方法交直流混合配电网中交流子网和直流子网的电压—功率耦合关系见图2，本文采用交流子网和直流子网交替迭代求解潮流，计算流程见图4。图4交直流混合配电网潮流计算流程图具体计算过程为：1）网络拓扑，以柔性互联装置为分拆点，交直流混合配电网分拆为多个交流子网和直流子网；2）设置交、直流子网初值以及收敛精度

ɛAC、ɛDC；3）计算直流子网注入交流子网的功率，开始交流子网潮流计算直至收敛；4）通过VSC潮流模型，计算交流子网注入直流子网的功率，开始直流子网的潮流计算直至收敛条件；5）当交流系统和直流系统的计算均达到收敛时，则判定交直流混合配电网潮流计算结束，输出计算结果。否则，转至3）重新计算。4

实验结果分析4.1算例为了验证上述模型和算法的性能，本文用经过交直流改造后的IEEE33节点系统验证方法的有效性，见图5。图5含分布式电源的IEEE33节点交直流混合配电系统仿真算法程序运行的环境为Matlab2012a，CPU为IntelCorei53630QM，2.4GHz。交流子网精度ɛAC设置为0.0001，直流子网精度ɛDC设置为0.0001。DG1功率为150kW，DG2功率为250kW，DG3功率为80kW，DG4功率为100kW；VSC1位于节点8处，采用定直流电压UDCref

=1.0p.u.（直流系统额定电压为10kV）、定控制角18.5696o控制；VSC2位于节点16处，采用定功率Psref

=500kW、定控制角22.0818o控制，RDC=0.163Ω/km。4.2计算结果分析采用图6中的计算算法，交流子网潮流计算结果见表1，直流子网潮流计算结果见表2，VSC控制器的参数见表3。交直流子网迭代次数为6，直流子网迭代次数为6，耗时43ms。表1交流子网潮流计算结果节点电压/p.u.相角/（o）节点电压/p.u.相角/（o）节点电压/p.u.相角/（o）01.00000.0000110.97131.52088220.98670.217710.99810.0383120.97021.65732230.98140.136520.98970.2478130.96981.72202240.97860.060230.98590.4122140.97031.78828250.97090.933840.98240.5820150.97141.87104260.96891.000850.97250.8867160.97372.12791270.95951.169360.97060.9612170.97312.11947280.95291.311670.97161.1055180.99760.02749290.95031.436180.97391.3857190.9940-0.0393300.94791.452490.97171.4682200.9933-0.0586310.94751.4668100.97151.4871210.9927-0.0789320.94721.4594

表2直流子网潮流计算结果节点电压/p.u.有功功率/kW节点电压/p.u.有功功率/kW330.9989-80350.9965300340.997750360.9958-100

表3VSC控制参数VSC编号UDC/p.u.IDC/A控制角/（o）调制比11.000067.457518.56961.647320.954650.271522.08181.78945

结语潮流计算是实现交直流混合配电网分析计