蔣智化，劉連光，劉自發(fā)，葛小寧，彭國政

（1.新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室（華北電力大學(xué)），北京　102206；2.中國電力科學(xué)研究院，北京　100192）

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網(wǎng)格式中壓直流配電網(wǎng)潮流計算與穩(wěn)態(tài)功率分布特性研究

蔣智化1，劉連光1，劉自發(fā)1，葛小寧1，彭國政2

（1.新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室（華北電力大學(xué)），北京102206；2.中國電力科學(xué)研究院，北京100192）

摘要：中壓直流配電網(wǎng)作為連接各種類型分布式能源、負(fù)荷與主網(wǎng)的平臺，能高效地發(fā)揮分布式電源的價值與效益。針對大量分布式能源接入的特點，提出網(wǎng)格式中壓直流配電網(wǎng)拓?fù)浞桨?，?gòu)建了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)直流配電網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點功率、節(jié)點電壓和線路網(wǎng)絡(luò)損耗模型，提出了直流配電網(wǎng)潮流計算的約束條件、控制策略和功率分布算法。以網(wǎng)損和電壓不平衡度為衡量指標(biāo)，計算了不同分布式電源滲透率下的網(wǎng)損、電壓分布，評價了網(wǎng)格式直流配電網(wǎng)接納分布式電源的能力。仿真結(jié)果表明，電壓分布不均衡度與網(wǎng)絡(luò)損耗具有較大的相關(guān)性，且網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接納分布式能源的能力優(yōu)于輻射型和環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：中壓直流配電網(wǎng)；網(wǎng)格式拓?fù)?；分布式能源；電壓分布；短路電?/p>

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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展、分布式能源（distributed energy resources，DER）的大量接入以及直流負(fù)荷的迅速增長，直流配電網(wǎng)研究及應(yīng)用受到了工程和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[1-4]。文獻(xiàn)[4]指出直流配電系統(tǒng)是包含中壓配電網(wǎng)和用戶側(cè)配電網(wǎng)的公共配電網(wǎng)絡(luò)，其中中壓直流配電網(wǎng)（medium voltage DC distribution networks，MVDC）作為高壓輸電網(wǎng)與低壓配電網(wǎng)間的重要銜接環(huán)節(jié)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

由于技術(shù)條件限制，現(xiàn)有文獻(xiàn)對直流配電網(wǎng)的應(yīng)用和研究目前主要集中在低壓領(lǐng)域[2]，分布式能源與負(fù)荷接入規(guī)模及容量較小。為滿足大量、多類型分布式能源的接入，需要建設(shè)更高電壓等級水平、更大規(guī)模的直流配電系統(tǒng)。中壓等級直流配電網(wǎng)在艦船、軌道交通等方面已有一些應(yīng)用，但屬于專用設(shè)計，公共直流配電網(wǎng)仍然是一個新事物。在理論研究方面，文獻(xiàn)[4]指出未來MVDC的設(shè)計應(yīng)考慮可再生能源發(fā)電、儲能設(shè)備應(yīng)用、智能電網(wǎng)接入等新技術(shù)的融合，并且充分利用直流系統(tǒng)高水平電能質(zhì)量的供電優(yōu)勢，以適應(yīng)不同技術(shù)條件下的負(fù)荷用電需求。文獻(xiàn)[5]研究了MVDC在大學(xué)校園的應(yīng)用與設(shè)計，對系統(tǒng)電壓控制方式、系統(tǒng)短路故障特性與電磁兼容性等做了仿真分析。文獻(xiàn)[6]研究了基于多端VSC技術(shù)的MVDC的潮流算法與運行優(yōu)化，但僅限于一個孤立系統(tǒng)的研究，而未考慮與外網(wǎng)的相互作用。文獻(xiàn)[7]對多饋入直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論，并對基本協(xié)調(diào)控制的實現(xiàn)方式進(jìn)行了介紹。文獻(xiàn)[8]在艦船MVDC中考慮系統(tǒng)出現(xiàn)故障后潮流變化對其余工作設(shè)備的沖擊和危害，提出電壓敏感特性算法，以優(yōu)化換流器電壓和功率指令值。綜上，現(xiàn)有MVDC的理論研究主要側(cè)重于直流配電網(wǎng)經(jīng)濟性、可行性研究，協(xié)調(diào)控制策略等，分布式能源接入對直流配網(wǎng)的功率與電壓分布影響的課題還缺乏系統(tǒng)的研究。

由于直流系統(tǒng)不存在無功功率問題，電壓成為網(wǎng)絡(luò)功率平衡的唯一指標(biāo)，同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制模式、分布式能源及負(fù)荷控制特性均會影響系統(tǒng)功率與電壓分布。解決這一問題的理論基礎(chǔ)是研究直流配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)過程中的功率及電壓分布問題，潮流計算是其中的基礎(chǔ)性工作。由于不需要考慮感抗、容抗，因此電網(wǎng)節(jié)點功率、節(jié)點電壓和線路網(wǎng)損的模型及算法是直流電網(wǎng)潮流需要重新考慮的問題。本文構(gòu)建了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)MVDC的等值網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點功率、節(jié)點電壓和線路網(wǎng)損模型，提出了MVDC潮流計算的約束條件、控制策略以及穩(wěn)態(tài)功率、電壓分布算法，以期為直流配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計以及直流配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行分析提供方法。

1　網(wǎng)格式配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及特點

傳統(tǒng)中壓交流配電網(wǎng)拓?fù)涑２捎幂椛湫徒Y(jié)構(gòu)或“環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運行”的模式[9]，難以解決大量DER接入帶來的雙向潮流引發(fā)的各種問題。因而國內(nèi)外學(xué)者提出主動配電網(wǎng)技術(shù)，要求配網(wǎng)結(jié)構(gòu)從輻射狀向網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)主動式配電[10]。目前國內(nèi)外有關(guān)直流配電網(wǎng)及其工程化應(yīng)用的研究均處于起步階段，直流配電網(wǎng)采用何種拓?fù)湫问缴行杞Y(jié)合直流配電網(wǎng)技術(shù)特點及供電需求深入探討。文獻(xiàn)[11]提出未來電網(wǎng)的多層次直流環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以綜合解決大范圍內(nèi)各種DER的優(yōu)化利用并實現(xiàn)電源和負(fù)荷的供需互動；文獻(xiàn)[12]提出建設(shè)基于多端VSC技術(shù)的網(wǎng)格式直流電網(wǎng)。受直流高壓開關(guān)的設(shè)備容量、開斷能力等因素的限制，在短期內(nèi)建設(shè)具有交流電網(wǎng)一樣功能的高壓直流電網(wǎng)還比較困難。而適應(yīng)建設(shè)直流配電網(wǎng)的電力電子技術(shù)相對成熟，技術(shù)經(jīng)濟性更好。因此，本文提出適應(yīng)規(guī)模化DER接入的網(wǎng)格式中壓直流配電網(wǎng)，如圖1所示。

圖1　網(wǎng)格式直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 DC distribution network with meshed topology

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)直流配電網(wǎng)的優(yōu)點如下：

1）與輻射型網(wǎng)絡(luò)相比，網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)最主要的特點是具有極高的供電可靠性；閉環(huán)運行方式可充分發(fā)揮直流開關(guān)、變流設(shè)備動作快速的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)故障或功率波動帶來的電能質(zhì)量問題[11]。

2）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有利于發(fā)揮直流配電網(wǎng)中電力電子設(shè)備的功率調(diào)控作用，便于DER和儲能電源之間功率的雙向流動與控制，實現(xiàn)各類電源在配網(wǎng)中的優(yōu)化配置[11]。

3）網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致故障保護的復(fù)雜化，在大量DER接入條件下保護的技術(shù)實現(xiàn)更為困難。但未來直流配電系統(tǒng)保護發(fā)展方向為基于通信技術(shù)的差分類保護[13-14]，該類型保護配置對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式無特殊要求。

4）短路電流大是網(wǎng)格式電網(wǎng)缺點。但由于各類電源均經(jīng)過AC/DC、或DC/DC換流器接入直流配電網(wǎng)，換流器對短路電流的隔離與限制作用可降低網(wǎng)格式電網(wǎng)短路電流的數(shù)值[14]。

2　潮流計算模型

2.1節(jié)點功率模型

根據(jù)節(jié)點電流和節(jié)點功率，可建立直流電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)方程，在單極運行方式下，節(jié)點電流或功率與節(jié)點電壓關(guān)系如下

從式（3）和式（4）可看出，若將DER的接入點視為定電流控制，則直流電網(wǎng)方程為線性方程，可以直接求解；若DER的接入點視為定功率控制，則直流電網(wǎng)方程為非線性方程，需要迭代求解。

將G求逆，以節(jié)點電阻矩陣表示的節(jié)點電壓方程為：

由式（4）可知，盡管電壓是直流電網(wǎng)唯一的功率平衡指標(biāo)，但系統(tǒng)電壓由于線路電阻的存在，是不均衡分布的，因而直流配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)是一個局部概念。節(jié)點電阻矩陣的元素包含全網(wǎng)的信息，因此網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點電源注入功率（或電流）以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化都將改變?nèi)W(wǎng)電壓分布。

2.2網(wǎng)絡(luò)損耗

直流配電網(wǎng)控制要求在維持系統(tǒng)電壓水平的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)功率分布以降低網(wǎng)絡(luò)損耗，網(wǎng)絡(luò)支路功率及損耗方程為：

由式（6）、（7）可知，節(jié)點電壓分布與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)共同決定了支路損耗的大小。而由式（4）可知網(wǎng)絡(luò)電壓分布由各節(jié)點電源注入電流及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)決定。故通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或DG輸出功率，可改善系統(tǒng)電壓分布，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

2.3電壓分布不均衡度

對式（5）的分析表明，直流系統(tǒng)的電壓控制只能通過節(jié)點調(diào)壓控制，具有局部性和局限性。由于任意節(jié)點的電壓調(diào)節(jié)將引起系統(tǒng)電壓的不均一波動，為評價電網(wǎng)電壓均衡程度和電壓控制效果，本文提出用系統(tǒng)各節(jié)點電壓與全網(wǎng)節(jié)點電壓分布均值的差值的平方和作為系統(tǒng)電壓分布不均衡度的評價指標(biāo)，用ε表示，電壓分布不均衡度為：

式中：E（V）為節(jié)點電壓均值，即期望值。ε越小，表示電壓分布越均衡。

由式（7）和式（8）可知，網(wǎng)絡(luò)損耗與電壓分布不均衡度均由網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點電壓差值決定，表明網(wǎng)絡(luò)損耗與電壓分布不均衡度之間具有較高的相關(guān)性。直流配電網(wǎng)運行時，在滿足電壓偏差要求的前提下，可將電壓分布不均衡度作為衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗的重要指標(biāo)。

3　計算約束條件

交流系統(tǒng)潮流計算的約束條件包括：能量守恒的等式約束和發(fā)電機調(diào)節(jié)容量限制以及電壓質(zhì)量的不等式約束。而直流配網(wǎng)面對用戶，除考慮功率約束外，還需要考慮大量間歇性能源的不確定性出力、儲能系統(tǒng)的充放電行為以及各類負(fù)荷的用電需求等約束條件[15]。另外，并網(wǎng)接口換流器的容量限制、系統(tǒng)控制方式都會對直流配電網(wǎng)潮流計算產(chǎn)生影響。

3.1功率約束

與直流配電網(wǎng)連接的主網(wǎng)可視為無窮大電源，此時需考慮與主網(wǎng)并網(wǎng)接口換流器的容量限制；各類分布式電源需綜合考慮其能量平衡策略，不屬于本文討論范圍，主要考慮分布式電源輸出容量限制及其接口換流器的功率約束，約束條件如下式：

式中：ΣPG為全網(wǎng)電源總有功出力，包含儲能裝置輸出功率在內(nèi)；ΣPL為全網(wǎng)負(fù)荷有功總量；ΔPΣ為全網(wǎng)功率損耗，包括線路和換流設(shè)備損耗等兩部分；Pconvi為i節(jié)點換流器輸出容量；PDERi為i節(jié)點DER注入功率；Vi為全網(wǎng)各節(jié)點電壓，i=1，2，…，n。

3.2控制策略

直流電網(wǎng)控制對潮流計算模型和算法有直接影響。根據(jù)不同的控制模式（如下垂控制、主從控制），在潮流方程中需增加相應(yīng)的參數(shù)，并設(shè)置不同的直流節(jié)點類型[16]。

3.2.1主從控制

主從控制方式是指某一節(jié)點電源換流器采用定直流電壓控制（稱為主變流器），用來平衡系統(tǒng)的功率波動。其余與外部有源系統(tǒng)連接的換流裝置采用定功率或定電流控制方式[17-18]。主從控制策略下各換流設(shè)備輸出功率特性如圖2所示。

圖2　主從控制結(jié)構(gòu)與特性Fig. 2 Master-slave control structure and characteristic

顯然，在主從控制方式下，主變流器承擔(dān)全部調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率平衡壓力，當(dāng)主變流器輸出功率達(dá)到限制或退出運行時，系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)電網(wǎng)直流電壓的能力，網(wǎng)絡(luò)功率將失去平衡；如果采用備用的定壓控制電源節(jié)點，則需要換流站點間的通信。

3.2.2下垂控制

下垂控制是指多個與外部有源系統(tǒng)連接的換流器，同時參與電壓的調(diào)節(jié)，優(yōu)點是任一承擔(dān)調(diào)壓任務(wù)的變流器退出不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，且無需通信[19-20]。功率/電壓的下垂控制特性如圖3所示。

圖3　直流電壓下垂控制結(jié)構(gòu)與特性Fig. 3 DC Voltage droop control structure and characteristic

下垂控制的特點是當(dāng)節(jié)點電壓下降時，整流運行換流器輸出功率增加，逆變運行換流器輸出功率下降，以維持系統(tǒng)功率平衡。優(yōu)點是控制速度快，不依賴于通信，適合大量分布式電源的接入。但風(fēng)力與光伏發(fā)電一般期望最大功率輸出，且其間歇性特點限制了調(diào)壓能力。另外，直流電壓下垂定值的設(shè)置影響到網(wǎng)絡(luò)功率的平衡分布及電壓波動[21]。

3.3節(jié)點類型

根據(jù)系統(tǒng)不同控制模式確定節(jié)點以下類型。

S節(jié)點：平衡節(jié)點（松弛節(jié)點），維持節(jié)點電壓恒定，負(fù)責(zé)全網(wǎng)功率平衡，適用主從控制模式。

P節(jié)點：定功率控制節(jié)點。無調(diào)壓任務(wù)的分布式電源及不可控的負(fù)荷節(jié)點可視為P節(jié)點。主從控制模式與下垂控制模式均適用。

V節(jié)點：定電壓控制節(jié)點，一般由主網(wǎng)電源及有調(diào)壓能力的分布式電源承擔(dān)。適用下垂控制模式。

在主從控制模式下，若S節(jié)點功率調(diào)節(jié)能力達(dá)到極限，則需自動轉(zhuǎn)為P節(jié)點，如圖3所示，此時需要網(wǎng)內(nèi)有較強調(diào)壓能力的分布式電源節(jié)點由P節(jié)點轉(zhuǎn)為S節(jié)點以維持系統(tǒng)功率平衡。下垂控制模式下，若某V節(jié)點調(diào)節(jié)能力達(dá)到極限，應(yīng)自動轉(zhuǎn)為P節(jié)點，變?yōu)槎üβ史绞?，如圖2所示。

為直流配網(wǎng)供電的輸電系統(tǒng)比分布式能源具有更大的容量和更好的穩(wěn)定性，因此與主網(wǎng)連接的換流器輸出節(jié)點是平衡節(jié)點的首要選擇[14]。當(dāng)直流配電網(wǎng)處于孤島運行方式時，需要利用大容量儲能裝置配合較強功率調(diào)節(jié)能力的DER作為平衡節(jié)點。

4　潮流算法

傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)一般采取輻射型結(jié)構(gòu)或“閉環(huán)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運行”方式，故其功率分布計算采用前推回推方法即可[21]。但對網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)直流配電網(wǎng)，則需要考慮交流輸電網(wǎng)的潮流算法。由對潮流計算模型的分析可知，直流電網(wǎng)無感抗、容抗，使潮流算法比交流系統(tǒng)簡單。因此，根據(jù)文獻(xiàn)[10]和式（4），非線性直流網(wǎng)絡(luò)矩陣方程可用Newton-Raphson法求解。

雅可比矩陣形式為：

不平衡方程：

由式（10）可看出，由于電網(wǎng)無容抗、感抗的特點，直流配電網(wǎng)雅可比矩陣為n×n維方陣，遠(yuǎn)低于交流電網(wǎng)2n×2n維的雅可比矩陣。因此，其計算流程的復(fù)雜性及迭代計算時間都將大為降低。

直流配電網(wǎng)Newton-Raphson法算法流程如圖4所示。迭代計算收斂結(jié)果滿足誤差后，即求得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓分布，進(jìn)而求取直流電網(wǎng)支路功率與損耗。

圖4　直流配電網(wǎng)潮流算法流程Fig. 4 Flow chart of the iteration of DC power flow analysis

5　算例分析

5.1算例模型

將IEEE 33節(jié)點的交流配電系統(tǒng)算例[22]改造成一直流系統(tǒng)，如圖5所示，算例的基準(zhǔn)容量為100 MW，基準(zhǔn)電壓為±12 kV。改造后的算例參數(shù)見表1。

圖5　33節(jié)點直流配電系統(tǒng)Fig. 5 A 33-bus AC distribution system

5.2仿真分析

采用Newton-Raphson法在Matlab仿真環(huán)境下對算例進(jìn)行潮流計算。系統(tǒng)采用主從控制方式，0節(jié)點通過AC/DC換流器與交流主網(wǎng)連接，設(shè)為定電壓控制節(jié)點；節(jié)點8、節(jié)點17為DG接入節(jié)點，定功率控制模式。全網(wǎng)負(fù)荷采用恒功率模型。不考慮主網(wǎng)換流器逆功率限制，DG滲透率分別按網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷總量的10%、20%、50%、100%、120%共計5個檔次考慮，取節(jié)點8、節(jié)點17的DG注入功率比例為3∶7，據(jù)此對比分析不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)的損耗及電壓分布變化。

表1　33節(jié)點直流配電系統(tǒng)參數(shù)Tab. 1 33 node DC distribution power system data

5.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化對網(wǎng)損的影響

直流配電網(wǎng)開環(huán)（圖6虛線全部斷開）、閉環(huán)（圖8僅17、32節(jié)點連接）和網(wǎng)狀（圖8虛線全部閉合）3種狀態(tài)運行條件下的功率分布計算結(jié)果如圖9所示。網(wǎng)損曲線從開環(huán)、閉環(huán)到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)依次降低。特別值得注意的是：開環(huán)、閉環(huán)與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)條件下網(wǎng)損曲線的斜率依次減小，這表明在高滲透率DG接入條件下，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對降低網(wǎng)損有明顯作用，且具有較強的消納DG的能力。

圖6　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化對網(wǎng)損的影響Fig. 6 Power loss varies by network topology

5.2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對電壓分布的影響

開環(huán)、閉環(huán)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全網(wǎng)電壓分布不均衡度的計算結(jié)果如圖7所示。

圖7　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對電壓分布不均衡度的影響Fig. 7 Unbalanced degree of voltage profile varies by network topology

電壓分布不均衡度從開環(huán)、閉環(huán)到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依次降低，這說明隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互聯(lián)程度的增加，網(wǎng)絡(luò)電壓分布情況逐步改善，表明網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的直流配電網(wǎng)有較強的DG消納能力。

圖8為3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下全網(wǎng)電壓分布不均衡度與網(wǎng)損曲線變動趨勢的比較。3條曲線均有1個遞減再轉(zhuǎn)至遞增的過程，變動趨勢相同。但在DG滲透率較低時，不均衡度曲線與網(wǎng)損曲線變動趨勢差異較大，表明此時電壓分布受網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響較大；在DG滲透率高于50%后，不均衡度曲線與網(wǎng)損曲線變動趨勢開始吻合，表明此時DG滲透率對電壓分布的影響增大。上述仿真結(jié)果與2.2小節(jié)的分析結(jié)論是一致的。因此，電壓分布不均衡度指標(biāo)在一定程度上可用來評估網(wǎng)損的大小。

6　結(jié)論

1）計算直流配電網(wǎng)正常運行的功率損耗與電壓分布是直流配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計以及安全運行分析的基礎(chǔ)。本文建立了直流配電網(wǎng)節(jié)點功率、節(jié)點電壓和網(wǎng)損模型，給出了直流配電網(wǎng)的潮流算法。

2）針對直流配電網(wǎng)的電壓只能通過節(jié)點電源進(jìn)行調(diào)壓控制，節(jié)點電壓調(diào)節(jié)會引起全網(wǎng)電壓不均一波動的問題，給出了電壓分布不均衡度的定義，定義的電壓分布不均衡度可作為控制電壓的參數(shù)。

3）本文針對開環(huán)、閉環(huán)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)直流配電網(wǎng)在DG滲透率不同條件下的網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓分布，計算結(jié)果的對比分析表明，電壓分布均衡性與網(wǎng)損間存在較高的相關(guān)性，網(wǎng)格式配電網(wǎng)消納DG的能力很強。

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劉自發(fā)（1973—），男，博士，副教授，研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與分析；

葛小寧（1983—），女，博士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃、電網(wǎng)安全運行與災(zāi)變控制；

彭國政（1981—），男，碩士，高級工程師，長期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃運行研究。

（編輯馮露）

Researchon Power Flow Calculationand Steady State Power Distributionin Meshed Medium Voltage DCDistribution Network

JIANG Zhihua1，LIU Lianguang1，LIU Zifa1，GE Xiaoning1，PENG Guozheng2
（1. State Key Laboratory for Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources（North China Electric Power University），Beijing 102206，China；2. China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China）

ABSTRACT：Medium voltage DC distribution networks（MVDC）are expected to improve efficiency by serving as a platform for interconnecting many forms of renewable electric power generation，load and outer power grid. In the light of a large number of power sources integrating to the distribution network，the meshed topology scheme of the medium voltage DC distribution network is proposed and network power steady-state models are established，including an equivalent model of DC distribution network with meshed topology，the constraints，control policy，and steady-state power flow algorithms for the calculation. The power loss and the voltage imbalance degree are taken as a measure index，to evaluate the network loss and voltage distribution under different penetration rates of distributed energy resources. The voltage profile imbalance degree is taken as a measure index to evaluate the network loss and voltage profile under different distributed energy permeability. The simulation results prove that the DC distribution network with meshed topology can better integrate DG than distribution network with radiation or ring topology.

KEY WORDS：medium voltage DC distribution network；meshed topology；distributed energy resources；voltage profile；short-circuit current

作者簡介：

收稿日期：2015-11-26。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51577058）。

文章編號：1674- 3814（2016）03- 0001- 07

中圖分類號：TM614

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A