含分布式電源的交直流混合配電網(wǎng)潮流計(jì)算

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引言交直流混合配電網(wǎng)可更好地接納分布式電源和直流負(fù)荷，可緩解城市電網(wǎng)站點(diǎn)走廊有限與負(fù)荷密度高的矛盾，同時(shí)在負(fù)荷中心提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支持，可以有效提升城市配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量、可靠性與運(yùn)行效率。潮流計(jì)算是配電網(wǎng)仿真的基本功能，但交直流混合配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的直流設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)改變了傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，工程計(jì)算中經(jīng)常會(huì)遇到潮流計(jì)算收斂困難甚至不收斂的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了后續(xù)的安全穩(wěn)定計(jì)算分析?，F(xiàn)階段針對(duì)交直流網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算算法主要集中在輸電網(wǎng)領(lǐng)域，較少考慮配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不對(duì)稱性、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的復(fù)雜性等特點(diǎn)?？紤]不同控制方式的換流器穩(wěn)態(tài)模型，基于Zbus高斯算法提出了含多直流環(huán)節(jié)的混合結(jié)構(gòu)有源配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法；根據(jù)并網(wǎng)換流器控制策略不同，在潮流計(jì)算中提出不同的處理方法；在充分考慮微電網(wǎng)不對(duì)稱運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上，發(fā)展微電網(wǎng)交直流混合潮流算法；提出了一種地鐵混合供電系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法，通過(guò)調(diào)整直流潮流迭代過(guò)程，減少了混合潮流計(jì)算的工作量。針對(duì)目前缺少交直流混合配電網(wǎng)潮流計(jì)算算法的現(xiàn)狀，本文提出交流子網(wǎng)和直流子網(wǎng)分網(wǎng)交替迭代方法，彌補(bǔ)了上述空白。1交直流混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析1.1交直流混合配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與分網(wǎng)計(jì)算直流配電網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為兩端直流配電系統(tǒng)和環(huán)狀直流配電系統(tǒng)。一般的交直流混合配電網(wǎng)見(jiàn)圖1，交流子網(wǎng)與直流子網(wǎng)通過(guò)電壓源換流器（voltagesourceconverter，VSC）相連。圖1交直流混合配電網(wǎng)以VSC為分拆點(diǎn)，整個(gè)交直流混合配電系統(tǒng)可分拆成數(shù)個(gè)交流子系統(tǒng)和直流子系統(tǒng)。交流子網(wǎng)和直流子網(wǎng)之間潮流計(jì)算的耦合關(guān)系見(jiàn)圖2。圖2

交直流混合配電網(wǎng)耦合關(guān)系1.2柔性互聯(lián)裝置在潮流計(jì)算中的處理交直流混合配電系統(tǒng)中VSC的控制方式主要有以下4種：①定Ps、定Qs；②定Ps、定Us；③定UDC、定Qs；④定UDC、定Us。在潮流計(jì)算中，采用①、②控制模式的VSC可視為PQ節(jié)點(diǎn)，采用③、④控制模式的可視為PV節(jié)點(diǎn)。即配電網(wǎng)交替迭代法中交、直流子系統(tǒng)的劃分界限設(shè)定在公共連接點(diǎn)處，在進(jìn)行交流子系統(tǒng)潮流計(jì)算時(shí)，依據(jù)VSC的控制策略，把公共連接點(diǎn)等效為PQ或PV節(jié)點(diǎn)，從而直接使用已有的交流潮流計(jì)算方法。VSC的潮流計(jì)算模型見(jiàn)圖3。圖3

VSC潮流計(jì)算模型圖3中：XL

、RL分別為換流電抗器等效電感和等效電阻；UACi、PACi、QACi分別為換流器i公共連接點(diǎn)處的交流側(cè)電壓、有功功率和無(wú)功功率；UDi、PDi、QDi分別為換流器i交流側(cè)的電壓、注入有功功率和注入無(wú)功功率；UDCi、IDCi分別為換流器i直流側(cè)的電壓和電流。2

交直流混合配電網(wǎng)各子網(wǎng)潮流計(jì)算（略）3交直流混合配電網(wǎng)潮流計(jì)算求解方法交直流混合配電網(wǎng)中交流子網(wǎng)和直流子網(wǎng)的電壓—功率耦合關(guān)系見(jiàn)圖2，本文采用交流子網(wǎng)和直流子網(wǎng)交替迭代求解潮流，計(jì)算流程見(jiàn)圖4。圖4交直流混合配電網(wǎng)潮流計(jì)算流程圖具體計(jì)算過(guò)程為：1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以柔性互?lián)裝置為分拆點(diǎn)，交直流混合配電網(wǎng)分拆為多個(gè)交流子網(wǎng)和直流子網(wǎng)；2）設(shè)置交、直流子網(wǎng)初值以及收斂精度

?AC、?DC；3）計(jì)算直流子網(wǎng)注入交流子網(wǎng)的功率，開(kāi)始交流子網(wǎng)潮流計(jì)算直至收斂；4）通過(guò)VSC潮流模型，計(jì)算交流子網(wǎng)注入直流子網(wǎng)的功率，開(kāi)始直流子網(wǎng)的潮流計(jì)算直至收斂條件；5）當(dāng)交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的計(jì)算均達(dá)到收斂時(shí)，則判定交直流混合配電網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)束，輸出計(jì)算結(jié)果。否則，轉(zhuǎn)至3）重新計(jì)算。4

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1算例為了驗(yàn)證上述模型和算法的性能，本文用經(jīng)過(guò)交直流改造后的IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證方法的有效性，見(jiàn)圖5。圖5含分布式電源的IEEE33節(jié)點(diǎn)交直流混合配電系統(tǒng)仿真算法程序運(yùn)行的環(huán)境為Matlab2012a，CPU為IntelCorei53630QM，2.4GHz。交流子網(wǎng)精度?AC設(shè)置為0.0001，直流子網(wǎng)精度?DC設(shè)置為0.0001。DG1功率為150kW，DG2功率為250kW，DG3功率為80kW，DG4功率為100kW；VSC1位于節(jié)點(diǎn)8處，采用定直流電壓UDCref

=1.0p.u.（直流系統(tǒng)額定電壓為10kV）、定控制角18.5696o控制；VSC2位于節(jié)點(diǎn)16處，采用定功率Psref

=500kW、定控制角22.0818o控制，RDC=0.163?/km。4.2計(jì)算結(jié)果分析采用圖6中的計(jì)算算法，交流子網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，直流子網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，VSC控制器的參數(shù)見(jiàn)表3。交直流子網(wǎng)迭代次數(shù)為6，直流子網(wǎng)迭代次數(shù)為6，耗時(shí)43ms。表1交流子網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果節(jié)點(diǎn)電壓/p.u.相角/（o）節(jié)點(diǎn)電壓/p.u.相角/（o）節(jié)點(diǎn)電壓/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直流子網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果節(jié)點(diǎn)電壓/p.u.有功功率/kW節(jié)點(diǎn)電壓/p.u.有功功率/kW330.9989-80350.9965300340.997750360.9958-100

表3VSC控制參數(shù)VSC編號(hào)UDC/p.u.IDC/A控制角/（o）調(diào)制比11.000067.457518.56961.647320.954650.271522.08181.78945

結(jié)語(yǔ)潮流計(jì)算是實(shí)現(xiàn)交直流混合配電網(wǎng)分析計(jì)