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摘 要

作为我国的能源创新示范项目，苏州同里新能源小镇一经建设与投入运行，就引起了各方面的关注。同里新能源小镇内部配置了大量分布式电源和直流用电设备，为了满足它们对于直流电的需求，小镇的配电网采用了交直流混联的结构。与传统的纯交流网络相比，交直流混联系统由于加入了直流网络，因而可以很好的满足直流电源与负载对于直流线路的需求，具有很大的发展潜力。因此，研究交直流混联系统有着良好的现实意义和广阔的应用前景。

对于交直流混联配电网络的研究，潮流计算是其中最基础也是最关键的一个步骤。在掌握了混联系统的潮流计算方法后，需要对交直流混联系统中用来连接交流网络和直流网络而被广泛采用的电压源型换流器（VSC）进行研究。由于在两个子网络之间传输功率时，VSC的损耗会对系统的潮流产生一定的影响，因此需要引入VSC的损耗参数来对之前的潮流计算方法进行进一步推导，从而得到计及VSC损耗的交直流混联系统潮流计算方法。

本文以交直流混联系统作为研究对象。首先，本文分析了交直流混联网络的背景，叙述了本文的研究思路。其次，本文介绍了VSC的原理、模型和损耗产生的原因以及计及损耗的意义。然后，本文阐述了混联系统潮流计算的一般方法，并推导了一种可以计及VSC损耗的新型潮流计算方法。最后，根据推导出的方法在MATLAB平台进行了编程，并用算例验证了算法的可行性和快速性。

关键词：交直流混联系统，潮流计算，电压源型换流器，VSC损耗

ABSTRACT

As a demonstration project of energy innovation in China, Suzhou Tongli New Energy Town has attracted attention from all aspects once it was built and put into operation. In Tongli New Energy Town, a large number of distributed power and DC power equipment are deployed inside. In order to meet their demand for DC power, the distribution network of the town adopts AC/DC hybrid structure. Compared with the traditional pure AC network, the AC-DC hybrid system can meet the demand of DC power supply and load for DC line because of the DC network, which has great potential for development. Therefore, research on AC and DC hybrid systems has good practical significance and broad application prospects.

For the study of AC/DC hybrid distribution networks, power flow calculation is one of the most fundamental and critical steps. After mastering the power flow calculation method of the hybrid system, it is necessary to study the voltage source type converter (VSC) widely used in the AC/DC hybrid system to connect the AC network and the DC network. Since the loss of VSC will have a certain impact on the power flow of the system when the power is transmitted between the two sub-networks, it is necessary to introduce the loss parameter of the VSC to further derive the previous power flow calculation method, thereby obtaining the intersection of the VSC loss. Power flow calculation method for DC hybrid system.

This paper takes the AC-DC hybrid system as the research object. First of all, this paper analyzes the background of AC/DC hybrid network and describes the research ideas of this paper. Secondly, this paper introduces the principle, model and causes of VSC and the significance of taking care of losses. Then, this paper describes the general method of power flow calculation for hybrid systems, and deduces a new power flow calculation method that can account for VSC losses. Finally, the MATLAB platform is programmed according to the derived method, and the feasibility and rapidity of the algorithm are verified by an example.

Keywords: AC/DC hybrid system, power flow calculation, Voltage Source Converter, VSC loss

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2其他学者对交直流混联系统潮流的研究成果 3

1.3本文的研究内容及简述 5

第二章 电压源型换流器的原理及模型 6

2.1电压源型换流器（VSC）的工作原理 6

2.2电压源型换流器的模型 8

2.3电压源型换流器的损耗和计及损耗的意义 8

2.4本章小结 9

第三章 混联系统潮流计算方法 10

3.1潮流计算基本方程和雅可比矩阵 10

3.1.1节点功率方程 10

3.1.2换流器基本方程 11

3.1.3直流网络方程 11

3.1.4换流器的控制方程 12

3.1.5交直流混联系统潮流方程和潮流计算修正方程 13

3.2统一迭代法 15

3.3交替迭代法 16

3.4计及换流器损耗时的潮流计算 18

3.5 本章小结 22

第四章 算例分析 24

4.1对交替迭代法潮流计算程序的算例分析 24

4.2对计及VSC损耗的潮流计算程序的算例分析 29

4.3 本章小结 35

第五章 总结与展望 36

5.1 总结 36

5.2 展望 36

参考文献 38

致 谢 41

第一章 绪论

1.1研究背景

随着科学技术的日益进步与发展，城市的现代化水平与人们的生活水平也随之提高，对电能的消耗与需求也相应的大为提升。传统的电力生产方式主要有火力发电和水力发电等基本形式。然而，由于各方面的原因：首先，社会生产发展对于电能日益高涨的需求已经不能完全由这些传统的电力生产方式来满足；其次，火力发电方式带来的温室气体排放和环境污染问题十分严重，而水电厂建立水坝、修建水库等措施对于周边生态的影响也逐渐引起重视；此外，传统电力生产方式生产的交流电在长距离大容量的传输上损耗较大，表现不佳等等，这些原因都引发了各个国家和地区在电力的生产传输问题上寻求更优的解决方案。在此背景下，以风力发电和光伏发电等为代表的新能源发电方式得到了迅速的发展和较为广泛的应用。以我国的电能生产方式的结构为例，在2009-2014年期间，火力发电在总装机容量中的比重由2009年的74.4%下降到了67.36%，而新能源发电在总装机容量的比重由2009年的2%上升到了7.4%^[1]，翻了近两番。这些数据说明了近些年来，我国对于电力领域的现存问题的探索和对于新能源清洁发电方式的重视，也预示了逐渐将发展重心偏移到新能源发电上来是未来电力生产领域的重大方向，新能源发电毫无疑问有着十分广阔的发展前景。

除了电能的生产方式发生了巨大的变革，消耗电能的用电设备也进行了一次较大的更替。直流设备在人们的生产生活中开始得到了飞跃性的发展与广泛的普及。例如，为了减少化石能源的使用、缓解石油短缺和温室效应的问题，电动汽车在近十年间得到了翻天覆地的变化与较为广泛的推广与普及。

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