多端直流的交直流配电网潮流计算.pdf

第3 7 卷第5 期 电力建设v 0 1 3 7 5 2 0 1 6 年5 月 E l e c t r i cP o w e rC o n s t m c t i o n M a y 2 0 1 6 多端直流的交直流配电网潮流计算 刘耀华1 一 裴玮1 杨艳红1 赵振兴1 邓卫1 于汀3 黄仁乐4 1 中国科学院电工研究所 北京市1 0 0 1 9 0 2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院 北京市1 0 0 1 9 0 3 中国电力科学研究院 北京市1 0 0 1 9 2 4 国网北京市电力公司 北京市1 0 0 0 3 1 摘要 传统的交直流潮流计算方法主要用于输电网计算 而交直流配电网需要考虑交流网侧三相不平衡和直流网侧分 布式电源低压多端直流接入等问题 针对这一问题 提出了一种考虑三相不平衡的含多端直流的交直流配电网交替求解 算法 1 对交流系统和换流站三相不平衡建模 2 计及换流站不同控制方式 推导了直流潮流方程 在其基础上 推导 了含D C D c 变换器的直流潮流计算修正方程式 根据D C D c 变换器和换流站控制方式的不同 在交直流潮流计算中提 出不同的等效处理方式 3 通过改进的m E E3 4 节点算例进行了仿真验证 仿真结果表明 在多端直流不同控制模式 下 所述交直流配电网潮流计算方法处理三相不平衡 分布式电源直流接入等问题具有较好的收敛性能 关键词 多端直流 配电网 补偿电流 D C D c 变换器 交替求解算法 P o w e rF l o wC a l c I l l a t i o n sf o rA C D CH v b r i dD i s t r i b u t i o n N e t w o r kw i t hM u l t i T e r m i n a lD C L mY a o h u a h 2 P E IW e i l Y A N GY a I l h o n 9 1 Z H A OZ h e n i n 9 1 D E N GW e i l Y UT i n 2 j H U 埘GR e l l l e 4 1 I n s t i t u t eo fE l e c t r i c a lE n g i n e e 曲g C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e B e i j i n g1 0 0 1 9 0 C h i n a 2 S c h 0 0 lo fE l e c 廿o n i c E l e c t r i c a la n dC o I I l I l l u I I i c a t i o nE n g i n e e r i n g U I l i v e r s n yo fC l l i S eA c a d e m yo f S c i e n c e s B e i j i n gl 0 0 1 9 0 C l l i n a 3 C l l i n aE l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e B e i j i n g1 0 0 1 9 2 C I l i n a 4 s t a t eG r i dB 蜘i n gE l e c t r i cP o w e rC o m p 锄y B e i j i n gl O 0 0 3 l c l l i r I a A B S T R A C T T h e 的l d i t i o n a lA C D Cp o w e rn o wc a l c u l 撕o nm e t h o di sm a i l l l yu s c df o r 缸眦s I I l i s s i o n 舱t w o r k b u tt t l eA C D Cd i s t r i b u t i o nn e t w o r kn e e d st oc o n s i d e rm 锄yp m b l e m s s u c ha st l l r e e p h a s eu n b a l 柚c eo nt l l eA Cs i d e l o wV o l 衄g em u l t i t e n 山a lD C 蕾T D C a c c e s si nt od i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nt h eD Cs i d e a n ds oo n T os 0 1 V et h o s ep I o b l e m s t h i sp a p e r p r o p o s e st h eM T D Cp o w e rn o wc a l c u l a t i o nS e q u e n t i a lm e t h o df o rA D Ch y b r i d d i s t r i b u t i o nn e t w o r k w i t hc o n s i d e r i n gt h r e e p h a s eu n b a l a n c e F i r s t l y w ec o n s t m c tt h eu n b a l a n c e dt h r e e p h a s em o d e lf o rA Cs y s t e ma n dc o n v e r t e rs t a t i o n T h e n w e d e n v eD Cp o w e rf l o we q u a t i o nw i t l lc o n s i d e r i n gd i f f e r e n tc o n t r o lm o d e so fc o n v e n e rs t a t i o n 0 nt h i sb a s i s w ed e r i v et h e m o d m e de q u a t i o nf o rD Cp o w e rn o wc a c u l a t i o nw i t hD C D Cc o n v e n e r A c c o r d i n gt od i f f c r c n tc o n t r o lm o d e sf o rD C D C c o n v e n e ra T I dc o n v e n e rs t a t i o n w ep m p o s et 1 1 ed i f 诧r e n te q u i v a l e n ts o l u t i o nw a y sf o rA C I Cp o w e rn o wc a l c u l a t i o n A t I a s t a ni m p m v e dI E E E3 4n o d ee x a m p l ei sp r e s e n t e dt ov e r i f ym ep m p o s e da l g o r i t h f n T h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt l l e p m p o s e dp o w e rf l o w c a l c u l a t i o nm e t h o do fA c D Cd i s t r i b u t i o nn e t w o r kf o rp m c e s s i n gt t l r 己e p h a s eu n b a l 柚c e d i s t r i b u t e d g e n e m t i o nf o r Ca n do t t l e rp r o b l e m sh 硒b e t t e rc o n v e r g e n c ep e r f b r n l a I l c e u n d e rd i f f e r e n tc o n D lm o d e so fM T D C K E Y W O R D S m u l t i t e 衄i n a l D C d i s t r i b u t i o n n e t w o r k c o m p e n s a l i n gc u r I e n t D C D Cc o n V e m r A C D C s e q u e n t i a lm e m o d 中图分类号 T M7 5 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 7 2 2 9 1 2 0 1 6 晒一c 1 0 l 一0 8 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 7 2 2 9 2 0 1 6 0 5 0 1 6 O 引言 随着新能源 新材料以及电力电子技术的快速发 基金项目 国家高技术研究发展计划项目 8 6 3 计划 2 叭5 A A 0 5 0 1 0 2 国家自然科学基金项目 5 1 5 0 7 l P r D j e c ts u p p o n e db yt I l eN a t i o n a lH i g hT e c I l I l o l o g yR e s e a r c h 柚dm e D e v e l o p m e n to fc h i n a 8 6 3P 如g r a m 2 0 1 5 A A 0 5 0 1 0 2 a n dt h e N a t i o n a IN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a 5 1 5 0 7 l 展与广泛应用 用户对供电质量 可靠性以及运行效 率等要求日益提高 现有交流配电网正面临用电需求 多样化 分布式发电规模化接入 潮流协调控制复杂 化等多方面的巨大挑战 一方面 光伏 燃料电池等 分布式发电大规模接入配电网 另一方面 配电网中 用电设备的形态和数量发生了一定变化 大量电动汽 车 储能设备 L E D 照明等直流设备广泛使用 为此 h t t p v v w c e p c c o m c n 圜 万方数据 曷臣置圜皇塑堡堡 兰 兰 望 必须采用新技术 新设备 新拓扑来满足未来供电局 面的变换 而发展多端低压直流技术是解决这一问题 的有效手段之一 如果采用直流接入方式 可以省去 变换环节 提高整体的运行效率 由于交流设备仍是 目前配电网中用电负载的主要形式 直流设备的接入 会形成未来长时期交直流负载共存的局面 因此多 端直流 的交直流配电网潮流计算研究具有重要 意义 单纯的交流配电网潮流计算已较为成熟 而用于 电压多端交直流配电网潮流计算 依然是一个研究热 点 交直流潮流计算主要分为统一迭代法和交替迭 代法 统一迭代法利用交流节点电压的幅值和相角与 直流系统的电压 电流以及换流站变比 功率因素 换 流站控制角统一进行迭代求解旧引 交替迭代法将直 流潮流与交流潮流方程分开迭代求解 交替迭代 直 到收敛为止M 7J 交替迭代法由于其灵活性和良好继 承陛 获得了较多的重视 许多国内外学者对含电压 源型高压直流 V o l t a g es o u r c e dc o n V e n e 卜l l i g hv o l t a 喀e d n c tc u 玎e n t V S c H V D C 系统交直流潮流计算有过 大量的研究 已经取得了比较丰富的成果 文献 8 根据换流站不同运行控制方式 列出了交直流交替求 解的接口方程 实现了基于等值功率注人的V S C H V D c 潮流计算算法 文献 9 1 0 主要针对两端 V S C H V D C 系统的交直流潮流计算 文献 1 1 对 多端V S C H V D C 系统模型的建立 允许有多个A c 和D C 网络 计及了换流站损耗 以及各种控制方 式 形成了交替迭代算法 最后基于文献中提到的 算法 开发了开源软件M A T P O w E R 文献 1 2 提 出了一种基于双向迭代的混合潮流计算方法 该方 法能够保留统一迭代法的收敛性 同时又可继承交 替迭代法控制方式切换简易的特点 上述交直流 潮流算法有一个共同点 研究主要集中在高压交直 流输电网络 本文主要研究交直流配电网 配电网与输电网有 较大差异 如 配电网需要考虑三相不平衡 配电网中 直接接入一些直流负荷 以及将风电 光伏 燃料电池 直接接入直流母线 因此原有的输电网交直流潮流模 型无法直接应用于配电网交直流潮流计算 本文从 交流 电压源型换流站 v o l t a g es o u r c e dc o n v e n e r V s c 三相不平衡潮流模型出发 推导交直流潮流模 型 在其基础上建立D C D C 变换器模型 推导含 D C D c 变换器的直流潮流计算修正方程式 根据变 换器和换流站控制方式的不同 提出不同的处理方 法 充分考虑配电网的不对称性 发展配电网交直流 混合潮流计算方法 最后通过改进的算例对模型和 圈h t t p w w w c e p c c o m c n 算法的有效性进行验证 采用交替迭代的交直流潮流 程序具有结构清晰 编程简单 程序通用性好的优点 1 交流不平衡模型 交流电力网络建模分2 类元件 一类为功率转换 元件 p o w e rc o n v e r s i o n P C 另一类为功率传输元 件 p o w e rd e l i v e r y P D 通常P c 元件是非线性元 件 P D 元件是线性元件 交流网络中的线路 变压 器 电容器等可以归结为P D 元件 负荷 发电机 电 流源 电压源等可以归为P c 元件 负荷元件进行诺 顿等效为元件的导纳k 与补偿电流 的并联 补偿 电流用来补偿非线性部分 如图1 所示 图1P C 元件等效模型 F i 昏1E q u i V a l e n tm o d e lo fP Ce l 哪e n t 文献 1 3 给出了三相配电线路的各种元件 的推导过程 不同类型负荷 发电机等P c 元件都可 以用文献类似的方法推出各个元件的y D 不失一 般性 假设一个交流系统有咒个节点 其中m 个节点 处有P c 元件 l m 节点处有P D 元件 含P D 元件 的节点处其补偿电流为0 则有 印 l 苌1 U 以蔓 职 式中 上标 a b c 三相 七表示交流潮流第足次 迭代 系统导纳矩阵y s 包含负荷元件和发电机元 件的 而通常传统潮流计算方法系统的导纳y S 不含负荷元件和发电机形成的y p P c 元件中的负 荷元件 由图1 可知 负荷的补偿电流与节点电压存在 万方数据 墨呈 堂苎呈塑型竺兰 篁 兰堂皇鎏竺奎皇鎏里皇空塑鎏兰苎 曷乏蜀圜 如下关系 p 川 丝铲一 t 2 1 一 rr 女 一1p n m u 二 式中 P 辨 Q 驴表示给定的有功和无功功率 表示 节点处的电压 其他P C 元件的补偿电流 也可以通过类似 原理推导出 从式 2 可以看出补偿电流与节点电压 存在非线性关系 需要求解非线性方程 通常有迭代 法 对分法以及牛顿法 本文运用固定迭代法 利用 式 1 式 2 反复迭代计算 直到电压收敛为止 由 于整个计算过程中无需形成雅克比矩阵 计算过程 中 系统的导纳矩阵y 保持恒定不变 能够加快交 直流潮流计算速度 交流计算流程可以参考文献 1 3 2 V S C 的换流站不平衡模型 2 1 换流站模型 图2 给出了含V s C 的交直流三相不平衡系统示 意图 由交流系统 换流站 直流网络构成 直流网络 连接其他换流站 D C D C 变换器 直流负荷 直流电 源等 换流站输出三相不平衡功率 电压分别设为 q Q 阢厶 换流站与相电抗器连接 相电抗器等 效成阻抗为Z c 低通滤波器的等效电纳为B 滤波器 节点处不平衡功率和电压设为群 Q 么霹 最后通 过变压器与交流网络连接 在交直流公共节点 p o i n to fc o m m o nc o u p l i n g P C c 的功率 电压分别 设为P Q 以厶 变压器的等效阻抗为乙 根据图 2 所示的电压关系 可以得到交流网络从V S c 吸收 的不平衡有功功率与无功功率如式 3 所示 换流 站交流侧输出的三相不平衡有功功率与无功功率如 式 4 所示 图2V S C H V D C 交直流输电模型图 F i 昏2E q I l i V a I e n tA C D Ct m 啮m i s s i o nm o d e lo f V S C I I V D C r 一瞬G 以研 G I f c o s 毽一舛 B s i n 醚一拜 Q 一嵋曰 以珥 G s i n 莲一6 一日 q o s 莲一磷 3 E G 一噬所 G c c o s 簖一毹 一曰 s i n 6 一雠 L Q 一瞬召 已 斫 G s i n 6 一6 8 c o s 6 一6 4 2 2 控制方式 由于换流站的电流解耦控制 有功功率和无功功 率能够独立控制 无功功率控制方式 1 有 1 恒无 功功率控制 注入交流系统的无功功率Q 是恒量 2 恒电压控制 通过调整换流站无功功率 使得交 流节点的电压玑保持不变 换流站有功功率有3 种 控制方式 1 恒有功功率 如图3 a 所示 换流站注 入交流系统的有功功率P 保持恒定不变 2 恒电压 控制方式 如图3 b 所示 换流站直流侧的电压u 保持恒定不变 3 下垂控制方式 如图3 c 3 d 所示 分别为电压对功率下垂和电流对电压下垂 下 垂控制主要是指各个换流站会按照直流功率一电压 斜线和直流电压一电流斜线实现功率分担 保证直流 电压稳定 下垂系数足 决定了换流站中不平衡的有 功功率分配的多少 较大的k 意味着换流站将分担 较小的不平衡功率 较小的k 意味着换流站分担较 多的不平衡功率 J p 北羽 式中日 e 口 3 正舶 为电流的正序 零序 负 序分量 由于变压器通常采用星型一三角形连接 换 流器交流侧无零序电流 若要换流站交流侧电压三 相平衡 应使得式 5 中的负序电流为0 可以通过控 制换流站 使得交流侧产生负序电流 抵消疋引 使得 换流站交流侧三相电压平衡 h t t p w w w c e p c c o m c n 圈 万方数据 嚣臣置圜皇塑竺望三 兰呈望 3 直流侧模型 这几种组合 D C D c 换流站模型如图4 所示 3 1 直流网络方程 D c 网络中不同节点的功率取决于不同节点的电 压 假设D C 网络有 2 个节点 第f 个D C 节点的注入电 流 等于其余 z 一1 个节点流人这个节点的电流之和 则有 d i y d 玑 一 6 嗣 式中 魄 j 分别表示节点f 处的电压 圪 d 表示 节点f 之间的导纳 对称接地单极型直流电网 注入节点f 的有功功 率可以表示为 P 她 2 玑 i d i Vi 后 7 联立式 6 7 得到直流潮流计算方程 P 越 2 u d c i y d 口 一玑可 8 对于下垂控制方式为电压对功率的换流站 其 D c 侧的有功功率与潮流计算的电压偏离参考电压 的差值以及下垂系数有关 假设f 表示第f 个下垂控 制的换流站 电压对功率下垂控制 则有 1 P 拟 P 蛳一 玑 一玑 0 f 9 o o i 对于电压对电流下垂控制方式 则有 1 P 她 u 拟 d c o i 一 玑 i u d c o i 1 0 仆i 式中 尸d c t o f k 0 f 分别表示下垂控制功率设定初 始值 电压设定初始值 电流设定初始值 电压对功 率下垂控制的下垂系数毛定义为 讥 P 血 电压对 电流下垂控制的下垂系数屯定义为 日r d c d c 联立 式 8 1 0 则有 八玑 i 2 玑 i y d 口 一玑巧 一u 出i d 埘 珑 矗i 一乩 0 f i o 1 1 式 1 1 反映的是利用电压对电流下垂控制的功 率与直流潮流计算的功率的差值 最终直流潮流收 敛 其差值为0 3 2 D C D C 变换器模型 D C D C 变换器能够实现电压的变换 其两侧的 功率 电压可以独立控制 变换器的损耗与电压 电流 成非线性关系 变换器的损耗主要有开关损耗 变压 器损耗 电容损耗 二极管损耗 输出滤波电感损耗 等 在建立变换器模型之前 作出如下假设 在直流 网络节点p g 处有D c 变换器 变换器两端有以下 几种控制方式 1 u 一 或者u P 下垂控制 2 恒 P 控制 3 恒u 控制 变换器两端控制方式可以是 圈h n p w w w c e p c c o m c n U n 一 p l 口 图4D C D C 变换器模型 F i g 4 D C D Cc o 删e r t e rm o d e I 计及变换器损耗 则有 P p 2 u 却 y d 啊 u d c p 一玑可 玑叩 p 1 2 P 2 u d y d q 玑 一u 蛔 1 3 E P c k 一P 1 0 1 4 式中 P p P 分别为节点p q 的功率 E 为功率平衡方 程 P 为D C D C 变换器的损耗 y d c 为节点p J 之 间的导纳 损耗与电压 电流成非线性关系 D c D c 变换器的损耗的计算取决于变压器与电子器件材质 电路拓扑 不同电路拓扑损耗的计算公式不同 文献 1 4 1 8 对损耗的计算进行了详细的分析 下面给出 B u c k 电路损耗的计算公式 耻裂 1 5 P r D s 掣 z 1 6 j 盟 二盟 1 7 1 瓢L P R F 警 D 2 1 8 P 等坼 1 9 耻祭等 D 2 2 0 P I P r D s P R F P v F P L P I c 2 1 式中 r c 为滤波电容等效电阻 正为开关频率 L 为电 感值 D s 为M O S F E T 管等效电阻 尺为负载电阻 酢 为二极管等效平均电压 尺 为二极管电阻 r L 为电感 电阻 P 心P 巾s P R F P U F P r L 分别为滤波电容 M O S F E T 管导通电阻 二极管 等效偏置电阻 电感 的损耗 D 是占空比 3 3 含D C D C 变换器直流潮流雅克比矩阵 在计算直流潮流前 直流侧注入电流厶 是未知 量 需求取换流站直流侧电压 对于D c 平衡节点 其 直流侧电压是给定的 注入功率是未知量 而其他控 制方式的电压是未知量 注入功率是已知量 D c 系 万方数据 苎兰 堂堇三塑型竺兰 竺 兰堂兰鎏竺奎皇鎏里皇里塑鎏兰兰l 曷乏曷圃 统方程是非线性方程 用牛顿法 引进行推导 计算 交流潮流 可以得出换流站注入直流侧的功率 若直 流母线接入含D C D C 变换器的负荷 这个节点的功 率是给定的 其功率流向与换流站注入功率方向相 反 不失一般性 假设第1 个直流节点为平衡节点 2 到 z 节点为P U 的下垂控制 功率设定为P 把 f 表示第f 个节点 l 1 到七节点的功率设定为 P 把 节点足 1 到 z 为U I 的下垂控制 电流设定 厶 电压设定为 对于含D C D c 变换器的负 荷都可归为功率设定为P 出 则功率修正量有 r Pd c m Pd c o i 配 i 2 m P P 鬈j P 摭 魄 i m 后 叭配 i i 1 j n 2 2 式中 上标七表示交直流迭代计算的主循环迭代次 数 上标 表示D c 潮流计算迭代次数 根据式 5 一式 8 式 2 2 按泰勒级数展开 略去高次项 后 可得牛顿法潮流方程 P 弘U 2 3 式中t 为雅克比矩阵 节点2 到忌有如下偏导 爱 2 嘁F 2 4 爱 哦川吨弘 2 5 等 瓤 2 6 瓮 爱 丢 2 7 节点七到n 根据式 1 1 则有 掣 爱 2 8 a a 7 7 掣 c 爱 7 i 一2 半 警 根据式 2 4 一式 2 9 可以写出雅可比矩阵 不失一般性 假设在p 鼋节点处接入D c D c 变换 器 变换器的p 侧是恒功率控制 g 侧是恒电压控制 由式 1 1 一式 1 3 可以推出新的直流系统方程为 P l P l R 毯 J 配d 昂 乞 3 0 根据式 3 0 新的雅克比矩阵 需要增加2 列 更新第口行q 列的数据 另外需要增加2 行节点p 处 功率和平衡方程与电压以及电流 和 之间的偏导 关系 新的雅可比矩阵为 啪 oo i j 篙 l qJ 氛 o U 蛔 i J oo o a P a U d c NU 蛔 o a E a U 蛔 n a E a i P a E 8 I q 3 1 由式 1 4 有新的雅可比矩阵中平衡方程对电压 电流 和 之间的偏导关系为 a a 玑q 一a P l a 讥q 3 2 a 2 1 a c 却一a P l a 3 3 a E a Iq U 呻一a P L a I q 3 4 对于D C 网络有 1 个这样的D c D c 变换器 则 雅可比矩阵可以类似推出 将是 n 2 m n 2 m 矩阵 由式 1 5 一式 2 1 可以推出损耗对电 流 电压的偏导数 4 交直流潮流计算 交直流潮流计算分为交替迭代法与统一求解法 由于在计算过程中要考虑直流多种控制模式 因此本 文采用交替迭代法作为计算框架 交替迭代收敛主要 包含2 个部分 交流潮流计算的收敛 直流潮流计算 的收敛 在进行交流潮流求解时 将换流站注入交流 系统的功率s 根据换流站直流侧和交流侧控制方 式的不同 等效成虚拟发电机与负荷即P Q 或者P V 节点 当换流站为电压控制时 在V s c 交流节点没发 电机 则等效成虚拟发电机 当交流节点有发电机 是 P Q 节点 将该节点转换成P V 节点 在进行交流潮 流 直流潮流计算时 结合换流站 变换器运行方式的 不同 可以将换流站的交流侧 直流侧和变换器的直 流侧进行节点等效 等效处理如表1 所示 交直流潮 流交替迭代求解的算法流程如图5 所示 表l 节点等效处理 T a b l elN o d ee q u i v a I e n tp r o c e s s i n g 墙 踹肛 Pa 万方数据 l 嚣昆目凰一一一一一 皇寥苎堡 兰 兰 望 q p 换流站交流侧 一I注入功率计算 确定换流站初值l l 换流站交流侧 4 i 衡无功补偿 根据控制方式 对P c C I 节点等效处理 含D C D C 直流潮流计算 三相交流潮流计算 I 赢磊涤 罂竺竺竺罗 磊蕊 是 否 I 是 更 芝芝每 j f z 衡换流站潮流计算 新 一d 二 I 令 否9 结束 输m 结果 图5 交替迭代求解流程图 F i 昏5 n o wc h a r to fA C D C 辩q 眦n t i a li t e 阳t i 蚰m e t l I o d 5 算例仿真 本文以图6 所示的改进型m E E3 4 节点的交直 流混合系统为例 在 E E3 4 算例的8 0 6 8 1 4 8 3 0 节 点处分别接人1 2 3 换流站 换流站的直流侧互相连 接 形成1 个环网 换流站l 2 3 的参数一致 换流 变压器的阻抗 z t f 0 0 1 5p u j 0 1 1 2p u 相电抗器 的阻抗Z c O 0 0 01p u j 0 6 4 28p u 换流站l 的初 始功率P 6 0k w Q 4 0k V a r 换流站2 的初始功 率J P 一3 0k W Q 2 7 0k V a r 换流站3 的初始功率 P 3 一3 5l W Q 3 5 0k V a r 直流侧电压 换流站电 压允许范围设为0 9p u u 1 1p u 滤波器的电纳 8 f 0 0 8 87p u 1 6 2 6 支路阻抗为0 0 5 2p u 2 3 支路阻抗为0 0 5 2p u 1 5 5 4 4 3 支路阻 抗为0 0 7 3p u 给出的功率参数是实际值 其余均为 标幺值 直流系统 交流系统以lM V A 为基值 采 用c 语言编程 在V S 2 0 1 0 进行测试 交流潮流收 敛精度 直流潮流收敛精度 交替迭代收敛精度s 均设 为o 0 0 01 在直流节点4 5 6 处接入D C D c 变换器 分别为变换器1 2 3 变换器2 3 变换的电压为 1 0k v 6k V 二极管阻抗0 0 0 13Q 电感6m H 开关 频率为3 0 0k H z 变换器1 变换的电压为2 0l V 1 0k v 与风机连接 开关频率2 0 0k H z 风机额定功率 为3 0k W 忽略风机的损耗 算例结合变换器和换流 站各种控制方式 对以下几种情况进行了测试 控制组合方式1 换流站1 为平衡换流站 换流 站2 为P u 下垂控制 换流站3 恒P 控制 变换器2 和3 两端都为恒P 控制 变换器1 与风机相连一端采 圈h t t p w w w c e p c c o m c n 用恒u 控制 另一端恒尸控制 控制组合方式2 换流站1 和2 均为u P 下垂 控制 换流站3 恒P 控制 变换器2 和3 两端都为恒 P 控制 变换器1 与风机相连一端采用恒u 控制 另 一端为u 一 下垂控制 表2 一是通过不同换流站 变换器运行于不同 组合控制方式下交直流迭代计算得到 限于篇幅关 系 给出控制方式组合1 仿真得到的交流节点电压标 表2 交流节点电压值 T a b l e2 V o l t a g eo fA Cb u s e sp u 万方数据 幺值 如表2 所示 另外 表3 一是2 种组合方式下 仿真结果 表3 是换流站注入功率标幺值 表4 是直 流节点电压标幺值和直流功率标幺值 以l A 为 基值 交流侧选取6 9 2 4 9 4 1 6k V 作为电压基准 值 直流侧选取2 0 1 0k V 作为电压基值 控制组合方 式l 和2 交直流相互之间交替迭代次数分别为3 4 次 直流潮流均为3 次迭代就可以收敛 程序具有良 好的收敛性能 验证了所提算法的有效性和正确性 从潮流计算结果可以得到 不同控制方式下直流电网 的潮流分布存在明显差异 另外对控制组合方式1 的换流器 变换器 直流线路损耗进行了计算 换流站 损耗5 0 3 9 变换器3 0 2 8 线路损耗1 9 3 3 损 耗数据表明 变换器的损耗不能够忽略不计 图6改进的I E E E3 4 节点算例 F i g 6I m p r o V e dI E E E3 4n o d ee x a m p l e 表3 换流站注入交流侧功率值 T a b l e3P o w e ra tA C s i d ei n j e c t e db yc o n V e r t e r p u 表4 直流节点电压值与功率值 T a b l e4 V o l t a g e o fD Cb u s e s 6 结论 本文从V S C M C 和交流不平衡模型出发 建 立了D C D c 换流器模型 修改了D C 网络的雅可比 矩阵 计及换流站和变换器各种控制方式 基于推导 修正的雅可比矩阵 提出了一种适用于配电网交直流 混合系统潮流的交替求解算法 最后通过改进的仿真 算例 对改进型 E E3 4 节点算例进行了仿真 结果 表明程序收敛性能良好 同时还表明在进行交替迭代 过程中 D c D c 变换器的损耗不能忽视 采用交替 迭代潮流计算简单清晰 程序通用性好 易将上述算 法扩充到多个A c 和D C 的配电网系统 7 参考文献 1 叶李心 江道灼 尹瑞 等 直流配电实验系统初探 J 电力建 设 2 0 1 4 3 5 3 4 9 5 3 Y EL i x i n A N GD a o z l I u o Y R 血 e ta 1 P r e l i l I l i n a r yi n V e s 衄a t i o n o nD cp o w e rd i s 砸b u t i o ne x p e r i I I l e n t a ls y s t e m J E l e c 砸cP o w e r C o n s t m c t i o n 2 0 1 4 3 5 3 4 9 5 3 2 B m 己A D A RM G H A N D H A 砌M A m u l t i o p t i o nu n i f i e dp o w e rn o w 喇 m a c hf o r h y 嘶dA C D Cg I i d si n c o 叩r a 血gm u l t i t c m l i n a l V S C H C J 正E ET r a n s a c t i o n so nP o w e rs y s t e m s 2 0 1 3 2 8 3 2 3 7 6 2 3 8 3 3 A 砌 o L E Y AP D I A zG c O T OM u n i f i c dA c D cp o w c rn o w f o r t m c t i o ns y s t e m s An e wc o n c 印t J 皿ET m l l s a c t i o n so n V e I l i c u l a rT e c h n o l o g y 2 0 1 2 6 l 6 2 4 2 l 2 4 3 0 4 F E N Gw T u A NLA T E R N B E R GLB e ta 1 An e wa p p r o a c hf o r b e n e f i te v a l u a t i o no fm u l t i t e 叽i n a lV S C H V D Cu s i n gap r o p o s e d I T l i x e dA c D co p t i m a lp o w e rn o w J E ET r a I I s a c t i o n so nP o w e r D e l i v e r y 2 0 1 4 2 9 1 4 3 2 4 4 3 5 H A E s E L A s s TM u H L E NK I m p a c to fD cl i n eV o l t a g e d 啪p so np o w e rn o wo fM r D cu s i n gd m 叩c o n 仃D l J m E E T 砌s a c t i o n so nP o w e rs y s t e m s 2 0 1 2 2 7 3 1 4 4 l 1 4 4 9 6 w A N Gw B 舢岫sM P o w e rn o wa l g o 甜峨sf o rm u l t i t e I l i n a l v s C H v D cw i md r o o pc o n t m l J 正E ET r 锄s a c t i o n so nP o w e r S y s t e m s 2 0 1 4 2 9 4 1 7 2 l 1 7 3 0 7 王锡凡 方万良 杜正春 现代电力系统分析 M 北京 科学出 版社 2 0 0 3 1 8 6 一1 8 7 8 袁旭峰 程时杰 文劲宇 基于c s c 和V s c 的混合多端直流输电 系统及其仿真 J 电力系统自动化 2 0 0 6 3 0 2 0 3 2 3 6 Y U A NX u f e n g C 髓N GS 埘i e 牦NJ i n y u S i m u l 撕o ns m d yf o ra h y dm u l t i t e n I l i n a lH v D cs y s t e mb 嬲e do nV s ca n dc s c J A u t o m a t i o no fE l c c m cP o w e rS y s t e m s 2 0 0 6 3 0 2 0 3 2 3 6 9 陈谦 唐国庆 王浔 多端V s c H V D c 系统交直流潮流计算 J 电力自动化设备 2 0 0 5 2 5 6 l 6 C j NQ i 卸 T A N GG u o q i n g W A N GX u n A C D Cp o w e rn o w a l g o r i m mf o rm u l t i t e r r l l i n a lV s c H V D cs y s t e m s J E l e c t r i cP o w e r A u t o m a t i o nE q u i p m e n t 2 0 0 5 2 5 6 1 6 l O A N G E L E S C 舢v I A C H OC T O R T E L uo L A C H AE I n c l u s i o no f al l i g hv o l t a g eD C v o l t a g es o u r c ec o n V e r t e rm o d e li I laN e w t o n R a p h s o np o w e rn o wa l g o r i m m J 髓P r D c e e d i n g s G e n e r a t i o n h n p w w w c e p c c o m c n圈 万方数据 T r 锄s r I l i s s i o n 锄dD i s m b u t i o n 2 0 0 3 1 5 0 6 6 9 l J 6 9 6 1 1 B E E R T E NJ c 0 L Es B E L M A N sR G e n 训z e ds t e a d y s 眦 V S CM Cn l o d e lf o rs e q u e r n j a lA C D Cp o w e rn o wa k o f i t l l 娜 J m E ET 啪s a c t i o no nP 0 w e rs y s t 锄 2 0 1 2 2 7 2 8 2 l 8 2 9 1 2 薛振宇 房大中 基于双向迭代的交直流互联电力系统潮流计算 J 电力系统自动化 2 0 1 3 3 7 5 6 1 6 7 J E 盈e n y u F A N GD a z l l 叽g Ap o w c rf l o wc a I c u l a t i o na l g o r i 廿l I n f o rA C D C i n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m sb a s e do nb i d i r e c 曲n a l i t e r a t i o n J A u t o m a t i o no fE k 疵P o w e rs y s t c m s 2 0 1 3 3 7 5 6 1 6 7 1 3 D u G A NRc M c D E R M O T TTE A n o p e ns o u r c ep l a 响珊f o r c o u a b o 枷n g o ns m a I t 鲥d 粼h c 2 0 l lm E EP o w e ra n d E n e 唱yS o c i e t yG e n e r a lM e e t i n g S 柚D i e g o C A m E E 2 0 l l l 7 1 4 欧阳长莲 D c D c 开关变换器的建模分析与研究 D 南京 南 京航空航天大学 2 0 0 5 O U Y A N GC h a I l g l i a l l 1 1 1 es t I l d y 锄dm o d e l i n ga I l a l y s i sf b rD C D C s w i t c I l i n gc o n v e n e r D N a n j