張智翔

摘 要：交直流混合微電網(wǎng)在現(xiàn)代生活已經(jīng)非常普遍，而其潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運(yùn)算。本文重點(diǎn)講述的是一種微電網(wǎng)潮流計(jì)算方法-聯(lián)立求解法，通過對(duì)交直流混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)的了解，將交流系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角與直流系統(tǒng)的直流電壓、直流電流統(tǒng)一進(jìn)行迭代求解，對(duì)交直流混合微電網(wǎng)潮流計(jì)算方法進(jìn)行研究。最后通過算例計(jì)算，聯(lián)立求解法可以合理地反映分布式電源的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，適用于各種交直流混合微電網(wǎng)潮流的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)，潮流計(jì)算，聯(lián)立求解法

1 引言

電力系統(tǒng)最基本的計(jì)算又是最重要的計(jì)算是電力系統(tǒng)潮流計(jì)算。論文對(duì)傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法牛頓拉夫遜法和P-Q分解法做了大概的介紹。講述了一種潮流計(jì)算方法即聯(lián)立求解法，它是將交流系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角與直流系統(tǒng)的直流電壓、直流電流、換流器的變比、換流器的功率因數(shù)以及換流器功率角統(tǒng)一進(jìn)行迭代求解。借助對(duì)交直流系統(tǒng)分界面中換流器理想化處理，將直流系統(tǒng)等效為注入交流系統(tǒng)的功率，這就把交直流電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算問題簡(jiǎn)化為具有同樣交流節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)并求同樣狀態(tài)量即節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相位的一個(gè)純交流系統(tǒng)的潮流計(jì)算問題?？梢詰?yīng)用純交流系統(tǒng)潮流計(jì)算中非常成熟的牛頓—拉夫遜法和P—Q分解法進(jìn)行求解。直流系統(tǒng)中各變量的求解則可在迭代收斂后與求交流線路功率一起求出。聯(lián)立求解法具有良好的收斂特性。

2 微電網(wǎng)

微電網(wǎng)（Micro-Grid）亦可稱為微網(wǎng)，新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種，由微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置組成。自我控制、保護(hù)和管理都可通過微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，有兩種運(yùn)行方式，一種是與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，另一種是孤立運(yùn)行。多個(gè)分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，并通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)，這樣就組成了微電網(wǎng)。 微電網(wǎng)的發(fā)展有利于分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給得到實(shí)現(xiàn)，是一種有效方式來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)，是一種向智能電網(wǎng)的過渡。燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)電、光伏發(fā)電、燃料電池、儲(chǔ)能設(shè)備等組合，直接接在用戶側(cè)[2]。

3. 潮流計(jì)算方法

3.1 牛頓-拉夫遜法

60年代中期，基于導(dǎo)納矩陣的牛頓—拉夫遜法。牛頓一拉夫遜法（簡(jiǎn)稱牛頓法）是數(shù)學(xué)中解決非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。在解決電力系統(tǒng)潮流計(jì)算問題時(shí)，是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的， 因此，只要我們能在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓法潮流程序的效率。自從60年代中后期，在牛頓法中利用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性、內(nèi)存要求、速度方面都超過了阻抗法，成為60年代末期以后廣泛采用的優(yōu)秀方法。牛拉法的要點(diǎn)是把非線性方程式的求解過程變成反復(fù)地求解線性的修正方程式過程，即通常所稱的逐次線性化過程。

已知一個(gè)變量X的函數(shù)為：

解此方程式時(shí)，由適當(dāng)?shù)慕浦礨（0）出發(fā)，根據(jù)反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)X（n）滿足適當(dāng)?shù)氖諗颗卸l件時(shí)。這樣的方法就是所謂的牛頓-拉夫遜法。

3.2P-Q分解法

70年代中期，PQ分解法。由于交流高壓電網(wǎng)中輸電線路等元件的R<

3.3聯(lián)立求解法潮流計(jì)算

聯(lián)立求解法具有良好的收斂特性，所以我們提出用聯(lián)立求解法解決交直流混合電網(wǎng)的潮流計(jì)算問題。

聯(lián)立求解法是把交直流混合電網(wǎng)看成一個(gè)整體進(jìn)行潮流計(jì)算。它將交流系統(tǒng)方程和直流系統(tǒng)方程結(jié)合，組合成交直流系統(tǒng)約束方程統(tǒng)一求出交直流系統(tǒng)的未知量。聯(lián)立求解法考慮到了交直流變量之間的關(guān)系，具有的收斂性。一旦直流系統(tǒng)控制方式確定，則注入任意一個(gè)變換器的功率只與該變換器所處的直流系統(tǒng)中所有特殊節(jié)點(diǎn)（包括自己）的交流電壓幅值有關(guān)系。因此，從交流側(cè)注入任一個(gè)變換器的功率可當(dāng)作是某些交流節(jié)點(diǎn)電壓幅值的函數(shù)，與直流系統(tǒng)中的任何一個(gè)變量無關(guān)，即直流系統(tǒng)被等效掉了。這就是把交直流電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算問題簡(jiǎn)化為具有同樣交流節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)并且求同樣狀態(tài)量（節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相位）的一個(gè)純交流系統(tǒng)的潮流計(jì)算問題。進(jìn)而可以應(yīng)用純交流系統(tǒng)潮流計(jì)算中成熟的Newton-Raphson法和快速解耦算法進(jìn)行求解。直流系統(tǒng)中各變量的求解可在迭代收斂后與求交流線路功率一起求得。

圖1 基于PCC的交直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型

4 算例分析

假設(shè)有一微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)線見圖1。各支路阻抗和各節(jié)點(diǎn)功率均已以標(biāo)幺值標(biāo)示于圖中。該系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)1為大電網(wǎng)設(shè)為平衡節(jié)點(diǎn)，電壓保持U1=1.06+j0為定值;假設(shè)節(jié)點(diǎn)2 是微電網(wǎng)直流系統(tǒng)等效的注入微電網(wǎng)交流系統(tǒng)的特殊節(jié)點(diǎn)（根據(jù)聯(lián)立求解法在這里對(duì)微電網(wǎng)直流系統(tǒng)做特定情況下等效處理）;節(jié)點(diǎn)3、4是微電網(wǎng)的分布式電源當(dāng)作PQ節(jié)點(diǎn);節(jié)點(diǎn)5、6是微電網(wǎng)交流系統(tǒng)中的負(fù)荷可以看做PQ節(jié)點(diǎn)。各節(jié)點(diǎn)對(duì)地導(dǎo)納均為零。 試計(jì)算其中的潮流分布。修正值為0.00001。由于直流系統(tǒng)功率流向等參數(shù)不一定，所以分以下三種情況做簡(jiǎn)單計(jì)算：

圖2交直流混合微電網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)圖

經(jīng)對(duì)算例的分析可知，對(duì)微電網(wǎng)直流系統(tǒng)進(jìn)行特定情況下的等效處理后，將直流系統(tǒng)等效為注入交流系統(tǒng)的功率，將交直流混合系統(tǒng)等效為純交流系統(tǒng)，將交直流混合微電網(wǎng)的潮流計(jì)算簡(jiǎn)化成一個(gè)純交流電網(wǎng)的潮流計(jì)算。對(duì)于本例，有三種不同的情況：并網(wǎng)后，微電網(wǎng)直流側(cè)從交流側(cè)吸收功率，直流系統(tǒng)等效為PQ節(jié)點(diǎn);并網(wǎng)后，微電網(wǎng)直流側(cè)向微電網(wǎng)交流側(cè)注入功率，直流系統(tǒng)等效為PQ節(jié)點(diǎn);脫掉大電網(wǎng)后微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行，微電網(wǎng)直流側(cè)向交流側(cè)供電，直流系統(tǒng)等效為平衡節(jié)點(diǎn)。

5結(jié)束語

在傳統(tǒng)復(fù)雜交流電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，說明了針對(duì)交直流混合微電網(wǎng)一種潮流計(jì)算方法即聯(lián)立求解法。最后在建立了微電網(wǎng)潮流計(jì)算數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過一個(gè)算例模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的潮流計(jì)算分析，采用Matlab編制了以牛頓—拉夫遜法為基礎(chǔ)的聯(lián)立求解法潮流計(jì)算程序。聯(lián)立求解法可以解決混合微電網(wǎng)潮流計(jì)算問題，計(jì)算程序結(jié)果正確。

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