交直流混合配电网的仿真

交直流混合配电网的仿真摘要

近几年，我国电力市场的迅速发展，以及我国的现代化城市的迅速发展，使得电力系统在电力系统中的容量和类型日益增多。同时，由于直流配网具备提高供电容量、改善供电质量、便于分布式电源和 DC负载的联接等诸多优点而备受国内外专家和学者的重视，而在传统的电力系统中，发展出许多优点的直流配电己经成为了今后的电力系统的发展方向。本文提出了一种混合电力系统相结合的电力系统。采用 Matlab/Simulink模拟平台建立了一个简单的交直流混合电力网络模拟模型，并根据其设定的各种工况，对该模型进行了模拟和操作，并对该网络的网络架构及控制方案进行了验证。模拟实验证明， VSC连接于 AC线，能够有效地提高电网的电压分配，提高电网的电源品质；。

关键词：交直流混合；配电网；Matlab仿真

1 引言

1.1 研究背景与意义

随着我国城市的快速发展，电力系统的运行范围越来越广，电力系统的运行成本也越来越高，电力系统的运行成本也越来越高，电压的变化也越来越明显。与此同时，电力系统的容量越来越大，对电力系统容量的需求也越来越大。在已有比较完善的应用技术的情况下，太阳能电池和太阳能电池的输出均为DC/DC/AC 型逆变器，而风电机组所产生的电力必须通过AC/DC/AC转换来实现。而目前的超导体磁蓄能设备，如超导体磁蓄能（SMES)，大部分都是DC/AC转换后的直流电源。由于现有的输电线路中，有许多的换向环节，采用这种方式不仅会导致电力系统的耗电、设备的投入，而且还会带来较多的谐波污染，从而对电力系统的供电品质带来一定的不利影响，由于国内电力市场主要采用的是交变辐射式的电力分配网络，其基础设施和电力设备的设计与建造均采用了AC电力，所以要将

原有的电力网络转换成DC电力网络，将会经历一个相当长的时间。交、直流混配网是一种既有AC又有DC两种分配方式的新型电力系统，可以实现从AC到DC 的平稳过渡。因此，对交变配电网络进行深入的探讨和分析，是非常有实用价值的。

1.2 国内外研究现状

在电网初期，直流输电是主要的分配手段，但由于技术条件的制约，直流输电线路电压等级低，传输容量小，因此交流输电已逐步替代了直流输电线路。20年代末期，随着功率电子器件的迅速发展，在技术上和经济效益上日益突出的DC 电源技术再度引起了世界各国的广泛关注。国内外对其进行了大量的研究，并对其体系的组成及发展趋势进行了展望。

通过对直流输电系统的分析，发现直流输电系统可以提高供电容量，降低线路损耗，降低线路成本，改善供电质量，提高供电可靠性，隔离直流故障，便于分布式电源和直流供电，变频负荷接入，降低输电线路的环保效应。

在AC配电网络中，空调、洗衣机、一些工业用旋转电动机等的变频器都要通过AC-DC-AC转换来进行变频控制，而在DC配电网络中，它可以直接跳过AC-DC转换，仅通过一阶DC-AC的转换即可进行变频器的转换，从而减少换流损失，减少装置的投入。在AC配电网络中，充电桩、计算机、LED照明等负载要经过AC-DC转换，在DC配电网络中，只要选择适当的电源，就可以直接或用一个简易的断路器对其进行电源控制。此外，由于某些负载比较敏感，为了改善电力供应的品质，采用AC—DC-AC转换技术，在DC配电网络中仅采用DC-AC转换。

从实际的运用和实际出发，美国率先开始了对DC配网的研究，美国北卡罗来纳大学在2003年度就其案例进行了有关DC分配技术的机会和问题的探讨。美国弗吉尼亚科技大学CPES中心于2007年度推出“Sustainable BuildingInitiative(SBI)”项目，该项目以DC48V、DC380V为各种负荷供电，为今后的建筑、居住小区的电力供应开辟了一条新的途径。此后，北卡罗纳大学于2011年度推出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery andManagement(FREEDM)”的体系架构，该体系中既有直流配电网络，也有直流

配电网络，以及分布式电力供应单元。中国，日本，欧洲，韩国等，除了美国以外，对其进行了大量的交流和探讨。从上述的分析可以看出，当前世界上对中HVDC的相关技术还很薄弱，其研究的焦点多在DC、DC、DC等方面，尚无较大规模的示范项目。总之，世界范围内关于DC配电网络的相关技术还处在摸索和实验的过程中。

2 交直流混合配电网的网络结构

2.1 典型直流配电网网络结构

针对具体情况，提出了基于不同实际情况的配网网络结构，一般采用链式、两端式和环形式三种结构。

图2-1显示了一个典型的DC分配网络的链接。在电力系统中，各负载仅可由一条线路获取电力。该配电网络具有结构简便、对保护系统的需求小、运行和维护方便等特点。而在连锁配电系统中，当一个中压母线、交流/直流变流器发生故障时，将会对整个配电网络的负载造成严重的冲击，从而导致电力系统的大规模断电。这样，链条结构的电源可靠性就会降低。

图2-1 辐射型直流配电网结构示意图

在图2-2中，我们可以看到一个经典的DC配电网的两个末端。在双侧DC电力系统中，如果发生电源侧电源、换流器或中压母线发生故障，则根据侧电源的电源容量，采用反向开关方式，将电源侧的电源切换到不发生事故侧的负载，降

低了系统的断路。另外，采用双头型配电网络进行故障的位置检测，缩短了故障

诊断的周期，减少了事故的发生。因而，采用双头结构，电源可靠度高。

图2-2 两端式直流配电网结构示意图

在下面的图2-3中显示了一个经典的DC配电网络的环形。环状电力网一般

是环状设计，开环工作模式。而在交流电中，不存在频率、相角、无功等的概念，所以不需要进行相角变化和无功变换。因此，如果选择适当的保护结构，可以使

环形DC配电网络达到闭环的工作状态。在环形线路中的任何一个部位发生故障时，由保护器快速定位和隔离故障，其它部件仍然能工作。因而，环形DC配电

网络的供电可靠度高，但对其防护的设置也有所提高。

图2-3 环状直流配电网结构示意图

总之，这种链条结构仅适合于不需要较高可靠度的直流输电线路；两端型的

结构稳定性好，容易向多端结构延伸，提高了电源的可靠度；环形式电力系统在

配备适当的防护装置时，其可靠度较高，但由于现有的直流开关技术还没有发展

起来，所以其发展仍然受限。

2.2 交直流混合配电网网络结构

将FDC技术引入到AC配网中，从而提高电力系统的供电容量和供电质量，

并对直流输电系统的性能和质量进行了分析，并对直流输电系统进行了改进，提