嚴(yán)逍，焦彥軍，杜哲

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北省保定市 071000)

基于多端VSC技術(shù)的一種交直流混合配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

嚴(yán)逍，焦彥軍，杜哲

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北省保定市 071000)

分布式電源的快速發(fā)展和配電網(wǎng)負(fù)荷的變化使得傳統(tǒng)輻射型交流配電網(wǎng)面臨諸多問題。該文利用多端電壓源換流器(voltage source converter，VSC)技術(shù)，通過在交流配電網(wǎng)中增加直流環(huán)節(jié)來構(gòu)建交流直流混合配電網(wǎng)，提出了交直流混合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對其控制策略進(jìn)行了理論分析，最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型對其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，通過對換流器進(jìn)行合理控制，能夠有效改善原有交流配電線路的電壓分布和負(fù)荷承載能力，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)潮流進(jìn)行靈活控制，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)能源的合理分配。另外，交直流混合配電網(wǎng)中的直流環(huán)節(jié)可以作為未來直流配電網(wǎng)的一部分，從而使傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)可以平緩過渡到未來可能全面建設(shè)的直流配電網(wǎng)。

多端電壓源換流器(VSC)；交直流混合配電網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；控制策略

0 引 言

隨著城市規(guī)模的迅速增長和分布式發(fā)電技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)面臨線路損耗大、供電走廊緊張以及電壓波動和三相不平衡現(xiàn)象加劇等一系列供電質(zhì)量下降問題[1-2]。

為了解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)遇到的問題，各國專家學(xué)者提出了許多配電網(wǎng)改造方案和未來配電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)。文獻(xiàn)[3]提出了利用電壓源換流器(voltage source converter，VSC)技術(shù)在傳統(tǒng)輻射型交流電網(wǎng)中加入直流母線的方法，并通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，證明了該方法可以有效提高配電網(wǎng)的負(fù)荷承載能力以及對分布式電源的接納能力。文獻(xiàn)[4]提出了多端柔性直流環(huán)節(jié)的控制策略，通過軟件仿真并在實(shí)驗(yàn)室搭建小型配電網(wǎng)模型進(jìn)行分析，驗(yàn)證了直流環(huán)節(jié)能夠改善原交流系統(tǒng)電壓分布和實(shí)現(xiàn)靈活的潮流控制。文獻(xiàn)[5]提出了在直流環(huán)節(jié)加入分布式電源以及儲能設(shè)備的構(gòu)想，并提出利用儲能設(shè)備維持直流環(huán)節(jié)電壓，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)對負(fù)荷和分布式電源的承載能力。但是，在上述研究中，直流環(huán)節(jié)僅用來增強(qiáng)原有的交流配電線路，而不具備直接向負(fù)荷供電的能力。

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，高效靈活的直流負(fù)荷正在傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)中快速增長，直流負(fù)荷和帶換流器的交流負(fù)荷(ac loads with converters, ACwC)正逐漸成為配電網(wǎng)負(fù)荷的主體部分[6-7]。在分布式電源中，光伏電池板和燃料電池的輸出都是直流電，需要經(jīng)過DC/AC逆變器并網(wǎng)，而風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能則需要經(jīng)過AC/DC/AC變換才能并網(wǎng)[8-10]。因此，具有傳輸容量大、線路損耗小、供電可靠性高、便于分布式電源和儲能系統(tǒng)接入等諸多優(yōu)點(diǎn)的直流配電網(wǎng)引起了各國專家學(xué)者的注意，并成為了未來配電網(wǎng)建設(shè)的備選方案之一[11-14]。但是，由于目前我國的配電網(wǎng)基本以交流的輻射型配電網(wǎng)為主，無論是基礎(chǔ)設(shè)施還是用電設(shè)備都是根據(jù)交流電來設(shè)計和建設(shè)的，所以優(yōu)勢眾多的直流配電網(wǎng)仍需要經(jīng)過一段漫長的改造過程才能實(shí)現(xiàn)。

據(jù)此，本文結(jié)合在配網(wǎng)中增加直流環(huán)節(jié)和建設(shè)直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢，充分發(fā)揮直流環(huán)節(jié)的潛在供電能力，提出利用多端VSC技術(shù)構(gòu)建交直流混合配電網(wǎng)的方案，對其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行理論分析，并通過Matlab/Simulink搭建模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 交直流混合配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本文所提出的交直流混合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是在多端VSC技術(shù)構(gòu)成直流環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上發(fā)展得來的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 交直流混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

在圖1所示的交直流混合配電網(wǎng)中，虛線框外的部分為原有的交流配電網(wǎng)，虛線框內(nèi)的部分為新增的直流環(huán)節(jié)。VSC1、VSC2和VSC3與交流饋線的末端相連，其作用是實(shí)現(xiàn)原交流線路與直流環(huán)節(jié)的能量交換，并對原交流線路提供無功功率補(bǔ)償；VSC4則通過變壓器直接與上級電網(wǎng)相連，其作用是保持直流環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定，并維持直流環(huán)節(jié)的功率平衡。直流負(fù)荷、分布式電源以及儲能設(shè)備通過適當(dāng)?shù)膿Q流器接入直流母線；新增交流負(fù)荷優(yōu)先接入原交流饋線，當(dāng)原交流饋線達(dá)到最大承載負(fù)荷上限時，剩余交流負(fù)荷則通過AC/DC換流器接入直流母線。直流環(huán)節(jié)功率平衡方程為

PPV+PWTG+Pdisc+P1+P2+P3+P4=

Pdc+Pac+Pc+Ps

(1)

式中：PPV為直流環(huán)節(jié)中光伏電池發(fā)電功率；PWTG為直流環(huán)節(jié)中風(fēng)力機(jī)發(fā)電功率；Pdc和Pac分別為直流環(huán)節(jié)中的直流負(fù)荷和交流負(fù)荷；Pc和Pdisc分別為儲能系統(tǒng)的充電功率和放電功率；P1、P2、P3和P4分別為從交流線路流入VSC1、VSC2、VSC3和VSC4的有功功率；Ps為直流環(huán)節(jié)中所有的線路和換流器的功率損耗。

相較于已有的利用多端VSC技術(shù)構(gòu)建直流環(huán)節(jié)增強(qiáng)交流配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，本文提出的交直流混合配電網(wǎng)對直流環(huán)節(jié)進(jìn)行了更進(jìn)一步的利用，以直流公共母線為基礎(chǔ)連接分布式電源、交直流負(fù)荷以及儲能系統(tǒng)，使得交直流混合配電網(wǎng)中的直流環(huán)節(jié)既具備了微網(wǎng)概念中本地能源本地消耗，減小電能傳輸距離從而降低線路損耗的優(yōu)點(diǎn)，還具備了直流配電網(wǎng)概念中便于分布式電源接入、提高供電質(zhì)量、減少換流設(shè)備投資和換流損失等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，在交直流混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中增加了通過變壓器直接與上級電網(wǎng)相連的VSC4，通過采用定直流電壓控制能夠保持直流公共母線電壓的穩(wěn)定，而且當(dāng)直流環(huán)節(jié)所連接的分布式電源無法滿足負(fù)荷需求時，上級電網(wǎng)可以通過VSC4為直流環(huán)節(jié)中的負(fù)荷提供電能，避免由于加重直流環(huán)節(jié)所連接的交流饋線的供電壓力導(dǎo)致的線路過載的問題。除此之外，交直流混合配電網(wǎng)中的直流環(huán)節(jié)可以作為未來直流配電網(wǎng)的一部分，從而使傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)可以平緩過渡到未來可能全面建設(shè)的直流配電網(wǎng)。

2 交直流混合配電網(wǎng)控制策略

交直流混合配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)多變且功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除考慮交流系統(tǒng)潮流外，還需考慮多個VSC的換流約束以及直流環(huán)節(jié)所連接的負(fù)荷隨機(jī)性用電、分布式電源的不確定性出力以及儲能系統(tǒng)的充放電行為。因此，交直流混合配電網(wǎng)需要設(shè)計合理的系統(tǒng)能量控制策略，實(shí)現(xiàn)有限資源的高效利用，從而保證系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文將交直流混合配電網(wǎng)的控制策略分為最優(yōu)潮流控制以及VSC控制2個部分進(jìn)行分析。

2.1 最優(yōu)潮流控制

以圖1所示的結(jié)構(gòu)為例，本文提出了以下交直流混合配電網(wǎng)正常運(yùn)行時的潮流控制策略。

(1)直流環(huán)節(jié)的分布式電源所發(fā)出的電能優(yōu)先供應(yīng)直流環(huán)節(jié)負(fù)荷，當(dāng)直流環(huán)節(jié)中分布式發(fā)電功率大于負(fù)荷功率時，剩余電能優(yōu)先供應(yīng)VSC1、VSC2和VSC3所連接的交流線路，多余的電能再通過VSC4傳輸?shù)缴霞夒娋W(wǎng)。

(2)當(dāng)直流環(huán)節(jié)中負(fù)荷功率大于分布式發(fā)電功率時，只由上級電網(wǎng)通過VSC4向直流環(huán)節(jié)供電，即其他換流器不參與向直流環(huán)節(jié)供電。

(3)當(dāng)VSC1、VSC2和VSC3所連接的交流線路負(fù)荷過載時，直流環(huán)節(jié)通過VSC1、VSC2和VSC3向其傳輸電能，然后由上級電網(wǎng)通過VSC4維持直流環(huán)節(jié)的功率平衡。此舉可以在原交流線路電流承載能力一定的情況下，提高原交流系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供電能力。

上述潮流控制策略的目的在于：(1)盡可能做到直流環(huán)節(jié)分布式發(fā)電功率就地消耗，減少功率傳輸，從而降低網(wǎng)損；(2)避免加重原交流配電線路的供電壓力；(3)提高原交流配電線路的供電質(zhì)量和負(fù)荷承載能力。

將上述潮流控制策略作為約束條件進(jìn)行分析，而最終系統(tǒng)各部分的具體的控制參數(shù)則需要進(jìn)行最優(yōu)潮流計算得到。交直流混合系統(tǒng)的最優(yōu)潮流算法在輸電領(lǐng)域已經(jīng)有許多專家學(xué)者進(jìn)行過研究，如文獻(xiàn)[15]提出的原對偶內(nèi)點(diǎn)法和預(yù)測校正內(nèi)點(diǎn)法，文獻(xiàn)[16-17]提出的一種內(nèi)點(diǎn)法和遺傳算法交替迭代的混合算法，文獻(xiàn)[18]提出的一種基于差分進(jìn)化和原對偶內(nèi)點(diǎn)法統(tǒng)一混合迭代算法等基于VSC-HVDC的最優(yōu)潮流算法，以及文獻(xiàn)[19]基于交替求解法提出的典型的多端柔性直流系統(tǒng)潮流計算模型和數(shù)學(xué)求解方法。但是，由于本文研究重點(diǎn)不在于此，故這些潮流算法不再具體討論。結(jié)合這些優(yōu)秀的交直流混合系統(tǒng)最優(yōu)潮流算法，可以得到交直流混合配電網(wǎng)最優(yōu)潮流的控制流程，如圖2所示。

圖2 交直流混合配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)流程圖

交直流混合配電網(wǎng)最優(yōu)潮流控制系統(tǒng)能夠整合數(shù)量眾多的智能電表所測得的實(shí)時數(shù)據(jù)，通過適當(dāng)分析獲得系統(tǒng)各部分包括線路、負(fù)荷、VSC、分布式電源和儲能系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài)參數(shù)以及控制策略，根據(jù)配電網(wǎng)管理者的需求，選擇單個或多個優(yōu)化目標(biāo)并確定合適的最優(yōu)潮流算法，計算得到系統(tǒng)各控制變量的下一時刻參考值，最后再將這些參考值傳遞給對應(yīng)的控制系統(tǒng)。其中，流入各VSC的有功功率和無功功率參考值將傳遞到VSC控制系統(tǒng)，然后，VSC控制系統(tǒng)將依據(jù)這些參考值對各VSC進(jìn)行控制，從而對系統(tǒng)潮流做出調(diào)整以及對交流線路提供無功功率補(bǔ)償。

2.2 VSC控制策略

2.2.1 VSC1、VSC2和VSC3控制策略

在圖1所示的交直流混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖中，VSC1、VSC2和VSC3的作用是控制直流環(huán)節(jié)與原交流系統(tǒng)間有功功率的流動，并通過為交流線路提供無功功率來改善原有交流線路的電壓分布，故采取有功功率和無功功率控制方式。

由文獻(xiàn)[20-21]可知，當(dāng)假設(shè)交流系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)時，流入換流器的有功功率和無功功率分別與id和iq成線性關(guān)系，id和iq為三相交流側(cè)電流矢量的d、q軸分量。通過控制id和iq就可以獨(dú)立控制有功功率和無功功率，其控制策略如圖3所示。

圖3 VSC1、VSC2和VSC3控制策略示意圖

圖中，Usabc為交流系統(tǒng)側(cè)三相電壓瞬時值；Isabc為流入換流器的三相電流瞬時值；Pref和Qref為最優(yōu)潮流控制策略確定的有功功率和無功功率參考值。

2.2.2 VSC4控制策略

VSC4的作用則是維持直流環(huán)節(jié)的母線電壓穩(wěn)定，保持直流環(huán)節(jié)的功率平衡，故采取定直流電壓控制方式。由文獻(xiàn)[22]可知：

(2)

式中：udc為直流側(cè)電壓；C為直流側(cè)電容；id為VSC

三相交流側(cè)電流矢量的d軸分量；ed為電網(wǎng)電動勢矢量的d軸分量。

由式(2)可知，直流電壓與有功電流成非線性關(guān)系。因此，可以采用比例積分調(diào)節(jié)器來控制直流電壓，其控制策略如圖4所示。

3 仿真分析

為了驗(yàn)證交直流混合配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及控制策略的正確性和可行性，本文利用Matlab/Simulink軟件建立了交直流混合配電網(wǎng)的仿真模型進(jìn)行仿真

圖4 VSC4控制策略示意圖

分析。仿真模型中的原始交流系統(tǒng)是在IEEE 14節(jié)點(diǎn)3饋線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整得到的，模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。交流系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為100 MV·A，基準(zhǔn)電壓為10 kV，支路參數(shù)如表1所示，節(jié)點(diǎn)功率如表2所示。

表1 交流系統(tǒng)支路參數(shù)

Table 1 Parameters of branches in AC system

表2 交流系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率

直流環(huán)節(jié)母線電壓為20 kV，光伏電池最大發(fā)電功率為10 MW，風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大發(fā)電功率為13 MW，儲能系統(tǒng)容量為1 MW·h，最大充電功率為 0.5 MW，最大放電功率為0.3 MW，直流負(fù)荷最大功率為15 MW，假設(shè)原交流饋線已滿載，新增交流負(fù)荷全部接入直流母線，其最大功率為5 MW，功率因數(shù)為0.9。

3.1 VSC對交流線路電壓分布的影響

原有的交流配電網(wǎng)在加入直流環(huán)節(jié)前后，各節(jié)點(diǎn)母線電壓如圖5所示。

由圖5可以看出，在加入直流環(huán)節(jié)之前各節(jié)點(diǎn)母線電壓都低于標(biāo)準(zhǔn)電壓，一些節(jié)點(diǎn)母線電壓甚至超過了正常運(yùn)行允許的5%的電壓差。當(dāng)加入直流環(huán)節(jié)之后，VSC1、VSC2和VSC3分別向所連接的交流線路輸入的無功功率為7.85，8.85,1.72 MV·A。

當(dāng)增加直流環(huán)節(jié)之后，VSC1、VSC2和VSC3向各交流線路提供的無功功率顯著改善了各節(jié)點(diǎn)母線電壓，提高了原交流線路的供電質(zhì)量。其中，直接與換流器相連的節(jié)點(diǎn)5、10和14的電壓達(dá)到了系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓。

圖5 交流配網(wǎng)加入直流環(huán)節(jié)前后各節(jié)點(diǎn)電壓

3.2 直流母線電壓及潮流控制

在0～0.5 s，設(shè)置光伏電池發(fā)電功率為10 MW，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率為13 MW，直流負(fù)荷功率為4 MW，交流負(fù)荷功率為2 MV·A，功率因數(shù)為0.9，儲能系統(tǒng)為充電狀態(tài)，充電功率為0.5 MW。在0.5～1 s調(diào)整光伏電池發(fā)電功率至2 MW，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率至5 MW，直流負(fù)荷功率至15 MW，交流負(fù)荷功率至5 MV·A，儲能系統(tǒng)為放電狀態(tài)，放電功率為0.3 MW。運(yùn)行仿真模型，得到流入VSC1、VSC2、VSC3和VSC4的有功功率P1、P2、P3和P4以及直流環(huán)節(jié)母線電壓的波形如圖6所示。

由圖6可以看出，在整個仿真過程中直流環(huán)節(jié)母線電壓被控制在設(shè)定值20 kV左右，證明應(yīng)用在VSC4的定直流電壓控制策略效果顯著，可以有效地控制交直流混合配電網(wǎng)中直流環(huán)節(jié)母線電壓。

在0～0.5 s，直流環(huán)節(jié)的分布式發(fā)電功率之和大于負(fù)荷功率之和，直流環(huán)節(jié)剩余功率理論值為 16.7 MW。如圖6所示，仿真結(jié)果中流入VSC1、VSC2和VSC3有功功率大小分別為：-8，-7，-1.4 MW，負(fù)號表示功率方向?yàn)榱魅虢涣骶€路?？紤]到直流環(huán)節(jié)線路以及各換流器的損耗，可以認(rèn)為0～0.5 s的仿真結(jié)果滿足式(1)所示的直流環(huán)節(jié)有功功率平衡方程。

在加入直流環(huán)節(jié)前以及加入直流環(huán)節(jié)后0～0.5 s，原交流線路各支路電流的變化如圖7所示。由圖7可知，交流配電網(wǎng)加入直流環(huán)節(jié)之后，當(dāng)直流環(huán)節(jié)有剩余功率流入交流線路時，部分支路電流會下降，這在一定程度上可以提高交流線路的負(fù)荷承載能力并降低網(wǎng)損。

在0.5～1 s，直流環(huán)節(jié)分布式發(fā)電功率之和小于負(fù)荷功率之和，額外需求的功率理論值為12.2 MW。如圖6所示，仿真結(jié)果中交流線路通過VSC1、VSC2和VSC3向直流環(huán)節(jié)提供的功率為0，流入VSC4的功率為12.8 MW?？紤]到直流環(huán)節(jié)線路以及各換流器的損耗，可以認(rèn)為0.5～1 s的仿真結(jié)果滿足式(1)所示的直流環(huán)節(jié)有功功率平衡方程。

圖6 流入各VSC功率以及直流環(huán)節(jié)母線電壓

圖7 加入直流環(huán)節(jié)前后各支路電流變化

綜上，仿真結(jié)果很好地驗(yàn)證了前文所提出的交直流混合配電網(wǎng)控制策略的有效性，在合適的控制策略下，交直流混合配電網(wǎng)能夠有效改善原交流線路的電壓分布以及負(fù)荷承載能力，并通過靈活的潮流控制實(shí)現(xiàn)能源的合理分配和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

本文提出了利用多端VSC技術(shù)在交流配電網(wǎng)中增加直流環(huán)節(jié)來構(gòu)建交流直流混合配電網(wǎng)的構(gòu)想，并對交直流混合配電網(wǎng)的控制策略進(jìn)行了理論分析，最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型對交直流混合配電網(wǎng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，證明了交直流混合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制策略的可行性。

在交直流混合配電網(wǎng)中，通過對換流器進(jìn)行合理控制，可以有效改善原有交流線路的電壓分布和負(fù)荷承載能力，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)潮流進(jìn)行靈活控制，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)能源的高效合理分配；另外，交直流混合配電網(wǎng)中的直流環(huán)節(jié)可以作為未來可能建設(shè)的直流配電網(wǎng)的一部分，從而使得傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)可以逐步平緩向直流配電網(wǎng)過渡。

綜上所述，本文提出的交直流混合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的可行性，能夠作為由傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)改造為直流配電網(wǎng)的一種可行的平緩過渡方案，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。

[1]HAMMERSTROM D J. AC versus DC distribution systems did we get it right[C]//Power Engineering Society General Meeting. Tampa, Florida: EEE,2007: 1-5.

[2]王成山, 李鵬. 分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2010， 34(2): 10-14.

WANG Chengshan,LI Peng. Development and challenges of distributed generation, the micro-grid and smart distribution system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(2): 10-14.

[3]ROMERO-RAMOS E, GMEZ-EXPSITO A, MARANO-MARCOLINI A, et al. Assessing the loadability of active distribution networks in the presence of DC controllable links[J]. IET generation, transmission & distribution, 2011, 5(11): 1105.

[4]BARRAGAN M, MAURICIO J M, MARANO A, et al. Operational benefits of multiterminal DC-links in active distribution networks[C]//Power and Energy Society General Meeting. San Diego, California USA: IEEE,2012: 1-6.

[5]CHAUDHARY S K, GUERRERO J M, TEODORESCU R. Enhancing the capacity of the AC distribution system using DC interlinks: a step toward future DC grid[J]. IEEE Transactions on Smart Grid , 2015, 6(4): 1722-1729.

[6]SALOMONSSON D, SANNINO A. Low-voltage DC distribution system for commercial power systems with sensitive electronic loads[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2007, 22(3):1620-1627.

[7]TABARI M, YAZDANI A. Stability of a DC distribution system for power system integration of plug-in hybrid electric vehicles[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2014, 5(5): 2564-2573.

[8]韓學(xué)棟, 王海華, 李劍鋒. 小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電力建設(shè), 2014,35 (1): 104-108.

HAN Xuedong, WANG Haihua, LI Jiangfeng. Design of small distributed photovoltaic generation system[J]. Electric Power Construction, 2014,35(1): 104-108.

[9]劉楊華, 吳政球, 涂有慶, 等. 分布式發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)綜述 [J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(15): 71-76.

LIU Yanghua, WU Zhengqiu, TU Youqing, et al. A survey on distributed generation and its networking technology[J]. Power System Technology, 2008, 32(15): 71-76.

[10]李軍軍, 吳政球, 譚勛瓊, 等. 風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 電力建設(shè), 2011, 32(8): 64-72.

LI Junjun, WU Zhengqiu, TAN Xunqiong,et al. Review of wind power generation and relative technology development[J]. Electric Power Construction, 2011, 32(8): 64-72.

[11]宋強(qiáng), 趙彪, 劉文華, 等. 智能直流配電網(wǎng)研究綜述[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2013, 33(25): 9-19.

SONG Qiang,ZHAO Biao,LIU Wenhua,et al. An overview of research on smart DC distribution power network[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(25): 9-19.

[12]江道灼, 鄭歡. 直流配電網(wǎng)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(8): 98-104.

JIANG Daozhuo, ZHENG Huan. Research status and outlook of DC distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(8): 98-104.

[13]HAKALA T, LAHDEAHO T, JARVENTAUSTA P. Low-voltage DC distribution: utilization potential in a large distribution network company[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, 30(4): 1694-1701.

[14]鄭歡, 江道灼, 杜翼. 交流配電網(wǎng)與直流配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性比較[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(12): 3368-3374.

ZHENG Huan, JIANG Daozhuo, DU Yi. Economic comparison of AC and DC distribution system[J]. Power System Technology, 2013, 37(12): 3368-3374.

[15]衛(wèi)志農(nóng)，季聰，孫國強(qiáng)，等．含VSC-HVDC 的交直流系統(tǒng)內(nèi)點(diǎn)法最優(yōu)潮流計算[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報，2012，32(19)：89-95．

WEI Zhinong, JI Cong, SUN Guoqiang,et al. Interior-point optimal power flow of AC-DC system with VSC-HVDC[J]. Proceedings of the CSEE, 2012，32(19)：89-95.

[16]劉方，顏偉，Yu D C．基于遺傳算法和內(nèi)點(diǎn)法的無功優(yōu)化混合策略[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報，2005，25(15)：67-72．

LIU Fang, YAN Wei, YU D C. A hybrid strategy based on GA and IPM for optimal reactive power flow[J]. Proceedings of the CSEE, 2005，25(15)：67-72.

[17]丁曉群，王艷華，臧玉龍，等.基于內(nèi)點(diǎn)法和改進(jìn)遺傳算法的無功優(yōu)化組合策略[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(11)：45-49.

DING Xiaoqun, WANG Yanhua, ZANG Yulong, et al. A combination strategy for reactive power optimization based on predictor-corrector interior point method and improved genetic algorithm[J]. Power System Technology, 2008，32(11)：45-49.

[18]衛(wèi)志農(nóng), 季聰, 鄭玉平, 等. 計及 VSC-HVDC 的交直流系統(tǒng)最優(yōu)潮流統(tǒng)一混合算法[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2014, 34(4): 635-643.

WEI Zhinong, JI Cong, ZHENG Yuping, et al. Optimal power flow of AC-DC systems with VSC-HVDC based on a novel unified hybrid algorithm[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(4): 635-643.

[19]BEERTEN J, COLE S, BELMANS R. Implementation aspects of a sequential AC/DC power flow computation algorithm for multi-terminal VSC HVDC systems[C]// 9th IET International Conference on AC and DC Power Transmission(ACDC 2010). London, UK: IET, 2010: 1-6.

[20]蔣智化, 劉連光, 劉自發(fā), 等. 直流配電網(wǎng)功率控制策略與電壓波動研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2016, 36(4): 919-926.

JIANG Zhihua, LIU Lianguang, LIU Zifa, et al. Research on power flow control and the voltage fluctuation characteristics of DC distribution networks based on different control strategies[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(4): 919-926.

[21]ETXEBERRIA-OTADUI I, VISCARRET U, CABALLERO M, et al. New optimized PWM VSC control structures and strategies under unbalanced voltage transients[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2007, 54(5): 2902-2914.

[22]明戰(zhàn)起, 石新春, 周國梁. 有功功率無功功率獨(dú)立控制的VSC-HVDC系統(tǒng)仿真研究[J]. 電力科學(xué)與工程, 2008, 24(4): 9-12.

MING Zhanqi, SHI Xinchun, ZHOU Guoliang. Simulation and analysis for VSC-HVDC independently controlling active power[J]. Electric Power Science and Engineering, 2008, 24(4): 9-12.

(編輯 張小飛)

An AC/DC Hybrid Distribution Network Structure Based on Multiterminal VSC

YAN Xiao, JIAO Yanjun, DU Zhe

(School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071000, Hebei Province, China)

With the rapid development of distributed generation and changes of loads, traditional radical AC distribution network is confronted with many problems. With the technology of multiterminal VSCs (voltage source converters), this paper builds the AC/DC hybrid distribution network through adding DC-link to AC distribution network, proposes the network structure of AC/DC hybrid distribution network and theoretically analyzes its control strategy. Finally, this paper constructs the simulation model by Matlab/Simulink to simulate and verify the network structure and control strategy. The simulation results show that through the rational control of VSCs, the voltage distribution and load carrying capacity of existed AC distribution lines can be improved effectively, and the power flow can be controlled flexibly, therefore, the resources can be allocated appropriately. Moreover, the DC-link of AC/DC hybrid distribution network can be a part of future DC distribution network so that the distribution network can be transitioned smoothly from traditional AC to DC.

multiterminal VSC; AC/DC hybrid distribution network; network structure; control strategy

TM 727

A

1000-7229(2016)12-0048-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.12.006

2016-07-25

嚴(yán)逍(1992)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榻恢绷骰旌吓潆娋W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等；

焦彥軍(1963)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制；

杜哲(1992)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榻恢绷骰旌衔⒕W(wǎng)優(yōu)化配置。