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2、网络模型与控制策略
直流配电网运行的基本要求是维持系统电压在一个可接受的范围内,然而网络电压分布与动态变化同时受到网络参数、网络控制策略及负荷特性等多种因素的影响。因此需要通过建立网络动态模型,研究网络控制策略对源、网关系的影响。
2.1 网络模型与算法
2.1.1 功率模型与节点电压
以n节点直流网络为例,可建立单极运行方式下的直流配电网的网络模型,电网各节点注入功率或电流与节点电压关系分别为：
式中,P表示节点注入有功功率,I为n×1维节点注入电流向量;V为n×1维节点电压向量;G为N×N阶节点电导矩阵;
将节点电导矩阵G取逆,由式(6)、(7)可推导出以节点电阻矩阵R表示的节点电压方程为：
由式(6)、(7)可知,由于直流网络的纯阻性,网络节点电压与网络注入有功功率形成直接的函数关系。当直流配电网出现故障或扰动时,功率的不平衡将导致系统电压的波动,即网络节点电压成为衡量直流电网功率平衡的唯一指标,因此通过对直流配电网电压的有效控制,可实现系统在各种工况下的功率平衡,从而维持网络的稳定运行。
由式(8)可知,由于节点电阻矩阵内的元素包含全网的信息,网络任意节点注入功率(或电流)的变化将会改变全网电压分布,且电压分布的变化与节电阻矩阵元素相关。
2.1.2 网络损耗
网络支路功率及损耗方程为：
由式(10)、(11)可知,线路输送功率与损耗的大小由节点电压分布与网络参数共同决定。而由式(8)可知网络电压分布由各节点电源注入电流及网络参数决定。故通过优化网络结构或DG输出功率,可改善系统电压分布进而降低网络损耗。
2.1.3 电压分布不均衡度
对式（8）的分析表明,直流网络的电压调节是一个局部概念,任意节点的电压调节将引起系统电压的不均一波动,故为量化电网电压分布的均衡程度和电压控制效果,定义全网电压分布不均衡度指标ε：
式中,D(V)为全网节点电压方差,E(V)为节点电压均值,即期望值。εε越小,意味着全网电压分布越均衡。
由式(11)和(12)可知,电压分布不均衡度与网络损耗都和网络各节点电压差值的平方项相关,表明电压分布不均衡度和网络损耗具有较高的相关性。故在满足电压偏差要求的前提下,可将电压分布不均衡度作为衡量直流配电网网络损耗的重要指标。
2.2 控制策略
直流配电网控制策略主要有主从控制、下垂控制等方式。直流网络的控制系统对网络运行特性起决定作用,有必要比较分析直流配电网因发生故障或扰动条件下不同控制策略对网络电压的控制作用与效果。
2.2.1 主从控制
主从控制方式是指网络中某一节点电源接口变流器采用定直流电压控制(称为主变流器),用来平衡系统的功率波动。其他与外部有源系统连接的换流装置采用定有功功率或定电流控制方式[14-15]。直流配电网主从控制模式下的电压/功率特性如图8所示。
显然,在主从控制方式下,主变流器承担全部调节电网功率平衡压力,当主变流器输出功率达到限制或退出运行时,全网可能出现突然崩溃。主从控制模式对主变流器的性能和容量要求较高,且必须由上层控制器统一协调各电源节点输出功率的整定值,对通信系统的依赖性较高[15]。
2.2.2 下垂控制
下垂控制是指多个与外部有源系统连接的换流器,同时参与电压的调节,优点是承担调压任务的变流器退出不会影响系统的稳定[15-16]。下垂控制模式下电压/功率特性如图9所示。
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