郭　靖, 李可軍, 王景山, 孫凱祺

(山東大學(xué)電氣工程學(xué)院, 山東省濟(jì)南市 250061)

0　引言

能源是世界發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。自2011年“能源互聯(lián)網(wǎng)(Energy Internet)”這一概念被提出以來,就以其能源共享和高效利用的理念受到各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注,并就能源并網(wǎng)途徑、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和控制方式等方面對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)展開了深入的研究[2-4]。

能源的互聯(lián)主要需解決能源的統(tǒng)一化和再分配兩方面問題。電能具備經(jīng)濟(jì)、易控和轉(zhuǎn)換等優(yōu)勢(shì),是眾多能源的核心[4],因此能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)離不開電網(wǎng)的支撐。為滿足多種能源高效接入電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)交直流電能的混合,能源路由器(energy router,ER)[5]這一概念應(yīng)運(yùn)而生。狹義的能源路由器是指用于電力網(wǎng)絡(luò)中的功率分配調(diào)節(jié)裝置,廣義的能源路由器可用于電/熱/冷等多種能源構(gòu)成的能源網(wǎng)絡(luò)[6]。未來能源互聯(lián)網(wǎng)是以電網(wǎng)為主體的能源網(wǎng)絡(luò),因此用于電網(wǎng)的能源路由器被眾多學(xué)者認(rèn)為是能源互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備[7]。

眾多研究人員認(rèn)為,未來電網(wǎng)將以能源路由器為核心,呈現(xiàn)較為明顯的分層式樹狀結(jié)構(gòu)[8-9],即以現(xiàn)有的交直流電網(wǎng)為主體,將傳統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)拆分成由分布式電源和各類負(fù)荷構(gòu)成的能源子網(wǎng),且電網(wǎng)與能源子網(wǎng)通過能源路由器互聯(lián)[10-11]。在運(yùn)行過程中,子網(wǎng)中的能源路由器滿足各類能源的平等接入,電網(wǎng)與子網(wǎng)間的能源路由器除了滿足自身子網(wǎng)的功率需求外,還負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)與各子網(wǎng)間的功率交互[8-9]。

在不同文獻(xiàn)中,盡管對(duì)能源路由器的命名略有不同,但其基本功能保持一致。文獻(xiàn)[12]根據(jù)能源路由器的基本要求,設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了用于多端口能源路由器模型;文獻(xiàn)[13]基于能量流,建立了基于能源集線器的冷熱電聯(lián)供仿真模型;文獻(xiàn)[14]對(duì)含有電能路由器的系統(tǒng)進(jìn)行了選址和容量的優(yōu)化,解決了引入分布式電源后部分母線電壓偏低及部分線路重載等問題;文獻(xiàn)[15]在分析潮流路由器拓?fù)涞幕A(chǔ)上,建立了含有潮流路由器的最優(yōu)潮流模型,解決了函數(shù)非凸的全局最優(yōu)問題。綜合現(xiàn)有的文獻(xiàn)看,目前在能源路由器穩(wěn)態(tài)方面缺乏較為全面詳細(xì)的建模分析,且對(duì)含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流模型的研究較少。

針對(duì)以上問題,本文從電網(wǎng)中多端口能源路由器的拓?fù)涑霭l(fā),建立了能源路由器的穩(wěn)態(tài)模型,該模型綜合考慮了能源路由器的多種控制方式及不同運(yùn)行環(huán)境。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流模型,提出了一種計(jì)及能源路由器潮流調(diào)控能力求取混合網(wǎng)絡(luò)潮流可行解的方法。在改進(jìn)的IEEE 30系統(tǒng)中,驗(yàn)證了所建立模型及可行解求取方法的正確性和有效性。

1　能源路由器的拓?fù)浼盎A(chǔ)穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型

1.1　能源路由器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

三級(jí)式模塊化多端口能源路由器的拓?fù)淙鐖D1所示[16-17],其本身可視為由電壓型換流器(voltage source converter,VSC)和DC/DC變換器構(gòu)成。

如圖1所示,能源路由器分高壓側(cè)、低壓側(cè)和隔離級(jí)。高壓側(cè)和低壓側(cè)端口由多個(gè)VSC或DC/DC變換器組成,并將不同類型、多種電壓等級(jí)的節(jié)點(diǎn)集中到對(duì)應(yīng)的直流母線[18-19];隔離級(jí)DC/DC變換器連接兩側(cè)不同電壓等級(jí)的直流母線并滿足兩側(cè)功率雙向流動(dòng)[20]。

圖1　三級(jí)式能源路由器結(jié)構(gòu)Fig.1　Structure of three-level energy router

1.2　能源路由器的基礎(chǔ)穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型

能源路由器的物理層主要包含兩種類型的端口:以VSC為基礎(chǔ)的交流端口和以DC/DC變換器為基礎(chǔ)的直流端口。交流端口結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示[21]。

圖2　交流端口等效計(jì)算模型Fig.2　Equivalent calculation model of AC port

(1)

(2)

(3)

能源路由器中以DC/DC變換器為基礎(chǔ)的直流端口功率方向和結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示[22]。

圖3　直流端口等效計(jì)算模型Fig.3　Equivalent calculation model of DC port

(4)

假設(shè)a號(hào)能源路由器共有x個(gè)VSC類型的端口和y個(gè)DC/DC變換器類型的端口,以圖1功率方向?yàn)檎?能源路由器內(nèi)部隔離級(jí)DC/DC變換器滿足:

(5)

式(1)至式(5)構(gòu)成了多接口類型的能源路由器基礎(chǔ)穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型。

2　考慮能源路由器控制方式的穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型

在含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算中,當(dāng)能源路由器采用不同控制方式時(shí),需對(duì)其基礎(chǔ)穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型中的相關(guān)電氣量進(jìn)行調(diào)整。能源路由器的控制主要包括外部控制、內(nèi)部控制及整體協(xié)調(diào)控制。而根據(jù)外部不同的端口類型,外部控制可分為交流端口控制和直流端口控制。

2.1　交流端口控制方式的穩(wěn)態(tài)計(jì)算表達(dá)

目前常見的有4種有功功率控制方式和2種無功功率控制方式[23-24]。有功功率控制方式包括定交流節(jié)點(diǎn)相角θ、定交流有功功率、定直流電壓和直流電壓斜率控制,無功功率控制方式有定交流電壓和定無功功率。其中,定交流節(jié)點(diǎn)相角θ只能與定交流電壓配合用于無源交流網(wǎng)絡(luò)供電,其余三種有功功率控制方式可配合兩種無功功率控制方式使用。

交流網(wǎng)絡(luò)分為平衡節(jié)點(diǎn)、PV節(jié)點(diǎn)和PQ節(jié)點(diǎn)。對(duì)于連接到能源路由器交流端口的節(jié)點(diǎn),僅當(dāng)端口采用定交流節(jié)點(diǎn)電壓控制,節(jié)點(diǎn)類型調(diào)為PV節(jié)點(diǎn)。

(6)

(7)

式中:i,j屬于由交流網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合;Gij和Bij分別為交流網(wǎng)絡(luò)形成的電納和電導(dǎo);PGi和QGi分別為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)提供的有功功率和無功功率;PLi和QLi分別為節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷消耗的有功功率和無功功率。

(8)

2.2　直流端口控制方式的穩(wěn)態(tài)計(jì)算表達(dá)

直流端口是以雙向DC/DC變換器為基礎(chǔ)的有功功率交換端口。直流節(jié)點(diǎn)分為功率點(diǎn)和電壓點(diǎn)[25]。對(duì)于能源路由器的內(nèi)部直流母線,每個(gè)直流端口視為一個(gè)有功功率已知的功率點(diǎn),而直流網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)類型取決于直流端口的控制方式。當(dāng)直流端口不采用定有功功率控制時(shí),連接處節(jié)點(diǎn)類型需調(diào)整為電壓點(diǎn)。

(9)

(10)

2.3　內(nèi)部控制方式的穩(wěn)態(tài)計(jì)算表達(dá)

(11)

式(11)表明在定直流電壓控制下,高壓直流母線電壓基本保持不變。同時(shí),采用定高壓直流母線電壓控制的端口有功功率可通過功率平衡方程式(12)求取:

(12)

(13)

對(duì)于內(nèi)部中壓直流母線,實(shí)際注入的凈有功功率為0,即式(13)中的實(shí)際有功功率應(yīng)近似滿足:

(14)

同時(shí),直流端口相對(duì)于直流母線視為一個(gè)功率點(diǎn),故其直流電壓控制系數(shù)為0,且無論直流端口采用何種控制方式,其實(shí)際注入直流母線的有功功率與其期望值均相等。因此由式(13)和式(14)求出實(shí)際的中壓直流母線電壓大小為:

(15)

由式(15)看出,當(dāng)給定各端口期望值,影響中壓直流母線電壓大小的主要是注入直流端口的有功功率,且交流端口傳輸?shù)挠泄β蕦⒂啥丝陔妷嚎刂葡禂?shù)、有功功率期望值及中壓直流母線電壓大小共同決定,其端口有功功率調(diào)控將更為靈活。同時(shí),直流端口有功功率控制和交流端口無功功率控制方式并未改變,故網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓基本不受影響。另外,式(15)表明通過選擇合適的電壓控制系數(shù),可使中壓直流母線電壓隨傳輸功率的增大而增大,有功功率損耗將降低。

2.4　能源路由器的整體協(xié)調(diào)控制

能源路由器作為功率分配調(diào)節(jié)裝置,須具備一定的功率調(diào)節(jié)能力,即需從高壓側(cè)端口中選擇一個(gè)交流或直流端口作為功率平衡端口,滿足其他端口功率需要。且如前文所述,該端口需同時(shí)維持能源路由器內(nèi)部高壓直流母線電壓,故該端口工作在定高壓直流母線電壓模式。當(dāng)該端口平衡的功率超過端口限值時(shí),需改變?cè)摱丝诳刂品绞讲⒅匦逻x擇新的功率平衡端口。當(dāng)高壓側(cè)均無滿足功率平衡要求的端口時(shí),需調(diào)整低壓側(cè)端口控制,即將低壓側(cè)部分端口調(diào)整為定有功功率控制,且其有功功率控制量不超過端口限值。

非功率平衡的端口可根據(jù)需要在三種有功功率控制方式中選擇其中一種,但高壓側(cè)和低壓側(cè)的交流端口控制略有不同。由于高壓側(cè)的非功率平衡交流端口不參與高壓直流母線電壓的控制,其有功功率控制一般為定交流有功功率控制,而低壓側(cè)端口可以參與中壓直流母線電壓的控制,故低壓側(cè)交流端口可采用直流電壓斜率控制和定交流有功功率控制。

綜上,結(jié)合能源路由器的控制方程式(6)至式(11)、式(13)及整體協(xié)調(diào)控制,與式(1)至式(5)的基礎(chǔ)穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型構(gòu)成了考慮能源路由器控制方式的穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型。

當(dāng)能源路由器內(nèi)部不含隔離變換器[12],即高壓側(cè)端口和低壓側(cè)端口接至同一條高壓直流母線。此時(shí)能源路由器不含中壓直流母線,因此無須考慮中壓直流母線控制方程式(13),而采用各端口穩(wěn)態(tài)方程式(1)至式(5)及控制方程式(6)至式(11)和整體協(xié)調(diào)控制進(jìn)行建模求解。

3　含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一潮流計(jì)算模型

目前,求解交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流主要包含兩種方法:順序交替求解[27]和統(tǒng)一潮流求解[28]。順序交替求解是將交流網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解耦,通過選擇合適的耦合變量分別求解兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)方程。該思路實(shí)現(xiàn)較易,但當(dāng)耦合變量增加時(shí),潮流求解容易不收斂。而統(tǒng)一潮流求解計(jì)及全部變量的耦合關(guān)系,收斂性較好,但計(jì)算雅可比矩陣元素所占內(nèi)存較多,計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。

本文借鑒上述兩種混合網(wǎng)絡(luò)潮流求解方法的優(yōu)勢(shì),利用改進(jìn)的統(tǒng)一潮流求解方法,求解含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算模型。具體思路如下:首先,由含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)的全部潮流方程構(gòu)成統(tǒng)一的潮流計(jì)算模型;其次,將計(jì)算模型中能源路由器控制量的實(shí)際值用其期望值替代,之后列寫統(tǒng)一的雅可比矩陣;最后利用牛頓法迭代進(jìn)行求解。該方法既能通過列寫統(tǒng)一的雅可比矩陣保證良好的收斂性,又能在迭代過程中減少求取雅可比矩陣中相關(guān)元素偏導(dǎo)值的計(jì)算,減少迭代次數(shù)。

3.1　含有能源路由器的混合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一潮流計(jì)算模型

假設(shè)交流網(wǎng)絡(luò)與直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為nac和ndc,交直流網(wǎng)絡(luò)通過ner個(gè)能源路由器互聯(lián)。每個(gè)能源路由器有x個(gè)交流接口和y個(gè)直流接口分別與交流節(jié)點(diǎn)和直流節(jié)點(diǎn)相連,則建立統(tǒng)一的潮流表達(dá)式為:

(16)

(17)

式中:fac為交流網(wǎng)絡(luò)全部的潮流方程;fdc為直流網(wǎng)絡(luò)全部的潮流方程;fer為能源路由器的控制方程;θac和Uac分別為由交流網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)相角及電壓的有效值構(gòu)成的列向量;Edc為由直流網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)電壓幅值構(gòu)成的列向量;θer和Uac,er分別為由能源路由器中所有新增的交流節(jié)點(diǎn)相角、電壓有效值構(gòu)成的列向量;EM為由所有能源路由器的中壓直流母線電壓構(gòu)成的列向量,當(dāng)隔離級(jí)變換器采用定中壓直流母線電壓控制時(shí),忽略此項(xiàng)。此外,能源路由器的高壓側(cè)須選擇一個(gè)端口采用定直流電壓控制,即給定高壓直流母線電壓,故在狀態(tài)量中不出現(xiàn)。

3.2　交流網(wǎng)絡(luò)潮流方程及變量賦值的調(diào)整

將能源路由器的各端口視為等效負(fù)荷,則交流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的功率方程為:

(18)

3.3　直流網(wǎng)絡(luò)潮流方程及變量賦值的調(diào)整

直流功率節(jié)點(diǎn)l的有功功率平衡方程由其電壓和直流網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣構(gòu)成,即

(19)

3.4　能源路由器的控制方程及變量賦值的調(diào)整

能源路由器的控制方程包括外部端口的控制方程及內(nèi)部直流母線的控制方程,即

(20)

直流端口控制方程如式(9)所示,由于未新增直流節(jié)點(diǎn),故在式(20)中不出現(xiàn)直流端口控制方程。此時(shí)采用定端口有功功率或直流電壓斜率控制的端口可將式(9)代入直流網(wǎng)絡(luò)方程式(19)中求取端口節(jié)點(diǎn)電壓。

(21)

至此,含有能源路由器的交直流網(wǎng)絡(luò)所有潮流方程已列寫完畢,并給出改進(jìn)的統(tǒng)一潮流求解法中相關(guān)變量的取值方法,可通過牛頓法進(jìn)行求解。

4　考慮能源路由器調(diào)控能力的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流可行解的求取

含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流在求取可行解的過程中需要同時(shí)滿足負(fù)荷平衡約束條件和運(yùn)行參數(shù)約束條件?；旌暇W(wǎng)絡(luò)潮流負(fù)荷平衡約束條件,即網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)需滿足前文所述的節(jié)點(diǎn)功率平衡方程。在此基礎(chǔ)上,需滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)約束條件。

針對(duì)含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)越限的問題,本文提出優(yōu)先利用能源路由器的調(diào)控能力求取可行解的方法,即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電氣量越限時(shí),優(yōu)先調(diào)整能源路由器的控制方式,仍無法獲得可行解時(shí),改變能源路由器的控制參數(shù)后再次求取潮流解。該過程對(duì)應(yīng)的可行解求取流程圖見附錄A圖A1。

4.1　運(yùn)行參數(shù)約束條件

電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中,需要確保各個(gè)運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍內(nèi),即同時(shí)檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓與能源路由器端口容量及內(nèi)部變換器傳輸功率是否在允許范圍內(nèi)。由交直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及能源路由器內(nèi)部直流母線構(gòu)成電壓向量,電壓約束條件表示如下:

(22)

式中:Edc,er由EM和EH構(gòu)成,其中EH為由所有能源路由器的高壓直流母線電壓構(gòu)成的列向量。

假設(shè)交流節(jié)點(diǎn)i、直流節(jié)點(diǎn)l分別與能源路由器相連,則能源路由器各端口及內(nèi)部變換器功率應(yīng)滿足:

(23)

交流端口的傳輸容量同樣需要校驗(yàn),即

(24)

4.2　電氣量越限后能源路由器的調(diào)節(jié)

當(dāng)電氣量校驗(yàn)越限時(shí),傳統(tǒng)交直流網(wǎng)絡(luò)一般對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、換流器等裝置進(jìn)行控制方式的調(diào)整。針對(duì)含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò),本文提出通過能源路由器的調(diào)控能力求取可行解。能源路由器能調(diào)節(jié)的電氣量包括交流節(jié)點(diǎn)電壓、相角,交流有功功率、無功功率,直流節(jié)點(diǎn)電壓、有功功率等。根據(jù)不同越限情況,對(duì)能源路由器的控制方式進(jìn)行調(diào)整。

4.2.1端口或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓越限

1)交流端口采用定無功功率控制

交流端口采用定無功功率控制時(shí),對(duì)連接節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償?shù)臒o功功率不變,可能造成欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償,此時(shí)可將無功功率控制方式調(diào)為定交流電壓控制。

2)直流端口采用定有功功率控制

直流端口采用定有功功率控制時(shí),不能參與該點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)該點(diǎn)電壓偏離限定范圍時(shí),將端口控制方式調(diào)整為直流電壓斜率控制或定直流電壓控制。

4.2.2端口功率越限

1)端口采用定直流電壓控制

當(dāng)端口采用定直流電壓控制時(shí),端口傳輸?shù)挠泄β饰炊?則有功功率可能越限。此時(shí),需要將端口調(diào)整為定有功功率控制,并將其期望值設(shè)為端口有功功率的上限或下限。

2)交流端口采用定交流電壓控制

交流端口采用定交流電壓控制時(shí),需要對(duì)交流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償,該補(bǔ)償量需要根據(jù)交流網(wǎng)絡(luò)確定,故可能會(huì)超過端口無功功率的限值。此時(shí)需將無功功率控制方式改為定交流無功功率控制。

3)端口采用直流電壓斜率控制

低壓側(cè)端口采用直流電壓斜率控制時(shí),端口傳輸?shù)挠泄β蕦⑼瑫r(shí)取決于端口有功功率期望值、電壓控制系數(shù)及中壓直流母線,其中,可供調(diào)整的為端口有功功率期望值和電壓控制系數(shù)。因此當(dāng)出現(xiàn)越限時(shí),可不改變控制方式,即固定有功功率期望值,在電壓控制系數(shù)允許調(diào)整的范圍內(nèi),改變電壓控制系數(shù)。當(dāng)控制系數(shù)不在允許調(diào)整的范圍內(nèi)時(shí),改變有功功率期望值后再調(diào)整控制系數(shù)。

5　算例分析

在改進(jìn)的IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中,利用本文所述潮流可行解求取方法,建立含有多端口能源路由器的潮流模型并進(jìn)行潮流可行解的求取分析。改進(jìn)的系統(tǒng)見附錄A圖A2。

附錄A圖A2中,ER1,ER2和ER3為新加入的能源路由器。改進(jìn)后的系統(tǒng)共包含22個(gè)交流節(jié)點(diǎn)和12個(gè)直流節(jié)點(diǎn)。原系統(tǒng)8,9,11,16,17,27至30節(jié)點(diǎn)變?yōu)橹绷鞴?jié)點(diǎn),并新增交流節(jié)點(diǎn)31’及直流節(jié)點(diǎn)32’至34’;新系統(tǒng)不含無功補(bǔ)償裝置;原系統(tǒng)部分交流線路變?yōu)橹绷骶€路,以紅色實(shí)線標(biāo)出,新增交流線路以黑色虛線表示,新增直流線路以紅色虛線標(biāo)出。

計(jì)算過程采用標(biāo)幺值,系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為100 kVA,交流節(jié)點(diǎn)1至7的電壓基準(zhǔn)值為35 kV,其余交流節(jié)點(diǎn)電壓基準(zhǔn)值為10 kV;直流節(jié)點(diǎn)8,28,32’的電壓基準(zhǔn)值為16 kV,其余直流節(jié)點(diǎn)電壓基準(zhǔn)值為1.5 kV,收斂精度為10-6。新增及變動(dòng)線路標(biāo)幺值參數(shù)見附錄B表B1,變動(dòng)負(fù)荷標(biāo)幺值見附錄B表B2,能源路由器標(biāo)幺值參數(shù)見附錄B表B3。

5.1　有源網(wǎng)絡(luò)引入能源路由器

為驗(yàn)證本文所提的可行解求取方法,分別在初始源荷、1.25倍源荷及1.5倍源荷的情況下進(jìn)行求解。

同時(shí),將本文所提的改進(jìn)統(tǒng)一潮流求解方法與傳統(tǒng)的統(tǒng)一潮流求解方法進(jìn)行對(duì)比,得到不同工況下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大電壓偏差值如附錄B表B7所示。從表中結(jié)果可以看出,兩種算法所得結(jié)果基本保持一致,且本文所提方法收斂更快,證明了本文所提求解方法的正確性和有效性。

5.2　無源網(wǎng)絡(luò)引入能源路由器

將附錄A圖A2中虛線部分按附錄A圖A3所示修改,此時(shí)交流低壓網(wǎng)絡(luò)將不含電源,其網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功率需求全部由3個(gè)能源路由器的低壓側(cè)交流端口提供。

此時(shí),ER3中連接到節(jié)點(diǎn)12的端口采用定交流相角θ和定交流電壓的控制方式。按照本文提出的可行解求解方法進(jìn)行求解并與有源網(wǎng)絡(luò)交流低壓節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出,各工況下的低壓交流節(jié)點(diǎn)電壓變化具有一致性,且由于無源網(wǎng)絡(luò)中的能源路由器端口具備足夠的無功補(bǔ)償能力,其整體電壓水平優(yōu)于有源網(wǎng)絡(luò),驗(yàn)證了無源網(wǎng)絡(luò)電壓求解的正確型,證明本文所提的可行解求解方法同樣適用于無源網(wǎng)絡(luò),具有良好的通用性。

圖4　不同工況下交流低壓節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)比Fig.4　Voltage comparison of low voltage AC nodes under different working conditions

5.3　能源路由器內(nèi)部不同控制方式下的驗(yàn)證對(duì)比

在無源網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,將3個(gè)能源路由器的隔離級(jí)變換器的控制類型調(diào)整為直流電壓斜率控制,相關(guān)參數(shù)見附錄B表B8;其余端口的控制方式不變,得到在初始源荷及1.5倍源荷下的交流節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)比如圖5所示，部分能源路由器的單個(gè)損耗及整體損耗的對(duì)比圖見附錄A圖A4。

結(jié)合兩圖可以看出,能源路由器內(nèi)部變換器不同控制方式下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓基本保持一致,同時(shí),采用直流電壓斜率控制的能源路由器能夠在一定程度上減少運(yùn)行損耗,且減少的損耗與傳輸功率有關(guān)。該結(jié)果與理論分析相同,驗(yàn)證了本文所提模型的正確性,證明當(dāng)改變能源路由器的內(nèi)部控制方式時(shí),本模型仍然適用,具有一定的通用性。

圖5　不同控制方式下交流電壓對(duì)比Fig.5　Comparison of AC voltage under different control modes

6　結(jié)語

本文提出了用于電力網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)及多種控制方式的多端口能源路由器穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型,建立了含有能源路由器的交直流混合網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算模型,并提出了優(yōu)先利用能源路由器的潮流調(diào)節(jié)能力求取混合網(wǎng)絡(luò)潮流可行解的方法。

通過算例驗(yàn)證了本文所提出的模型和可行解的求取方法能夠滿足能源路由器多種控制方式的需要,能適應(yīng)多種電壓等級(jí)下的交直流有源或無源網(wǎng)絡(luò),證明了該模型和求取方法的正確性和通用性,可應(yīng)用到未來以交直流混合網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃調(diào)度中。本文提出的可行解求取方法能夠保證在系統(tǒng)中找到可行的收斂解,但不能保證找到最優(yōu)解,在后續(xù)的研究中,將進(jìn)一步針對(duì)含有能量路由器的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可行解的優(yōu)化。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。