1 概述

图１所示为交直流系统的等值模型示意图。

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随着能源革命的推进，1875年火力电力开始投入运行，随后的一百多年里电力系统不断的发展与变革，尤其在电压等级、电网规模、运行方式等方面。发电厂送出的电经升压变压器至输电网，经降压变压器至配电网，最后送至用户侧。输电系统为至关重要的环节，包括交流、直流两种输电方式。早期相比于交流输电，直流输电升压、降压比较困难，远距离输电损耗大;现阶段与交流输电相比,高压直流已实现远距离、大容量输电,在稳定性上无类似的功角问题,在经济性上单位长度直流输电线路造价低，在运行方面，直流输电无电晕现象，可快速调节直流控制系统以改善线路上传输的有功功率,进而改善交直流系统的稳定性,在现代电网中发挥着越来越重要的作用.  随着交直流输电系统的网络结构日益复杂,传统的纯交流潮流算法受到挑战,国内外学者对此进行了研究。截至到目前，交直流系统的潮流算法分为两大类:统一计算和交替迭代计算4。直流输电系统平衡方程包括换流器的稳态方程以及相关控制方程,统一潮流算法将交流与直流平衡方程同时求解。与其不同，交替迭代算法将两者分离计算，第一步将直流线路作为等值PQ负荷，求解交流系统状态量;第二步求解直流系统状态量，将第一步求解得到的交流端电压设为恒定值。统一潮流算法，根据保留直流变量数目可分为三类，即保留全部直流变量算法，消除全部直流变量算法，消除部分直流变量算法。 目前来说,人们主要从静态、动态两个角度研究交直流系统电压稳定性问题。在静态电压稳定角度，分析方法包括最大功率曲线法、短路比法、电压稳定因子分析法、特征值分析、崩溃点法等。在动态电压稳定角度，分析方法包括动态最大功率曲线法、分叉理论法、时域仿真暂态能量函数等。

交直流系统的相关联特性，一方面为交流系统运行状态改变对交直流混合节点电压以及直流系统运行参数的影响，另一方面为直流输电运行方式对交流系统混合节点的电压稳定性影响。学者们从不同角度对相互影响机制进行探究，为实际的交直流混合电网安全稳定运行提供参考建议。

一、交直流混联系统的定义与结构

交直流混联系统通过换流器（如VSC-HVDC、LCC-HVDC等）将交流（AC）与直流（DC）网络耦合，形成多电压等级、多控制模式的复杂电网。其典型结构包括：

2. 交流输电线路：用于连接发电厂、变电站及用户，传输大部分电力。
4. 直流输电线路：适用于远距离输电或连接不同频率电网，如海上风电并网。
6. 交直流转换站：含整流器（AC/DC）和逆变器（DC/AC），实现能量双向流动与控制。例如，MMC-HVDC（多电平换流器）通过换流变压器和相电抗器实现高效转换。
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14. 柔性互联装置：支持功率因数调节、电压等级转换等功能，如DC/DC变换器匹配直流母线与负载电压。

典型拓扑案例：

• 送端与受端系统：通过直流环节互联，送端含发电机与电容器，受端含负荷与储能。
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• 多端柔性直流网络：如含MMC-HVDC的系统，通过公共连接点（PCC）母线实现多换流站协同。

二、潮流计算的基本原理与目标

潮流计算旨在求解电力系统稳态下的节点电压、电流及功率分布，核心目标包括：

2. AC系统参数：计算各节点电压幅值、相角及支路功率。
4. DC系统参数：确定直流电压、电流及功率分布。
6. 换流器影响：需考虑恒功率、恒电压、恒电流等多种控制策略对系统的影响。

数学模型：

• 节点方程与基尔霍夫定律：基于电路理论建立非线性方程组，需迭代求解。
• 交直流耦合方程：换流器方程需与AC/DC网络方程联立，形成混合系统模型。

三、交直流耦合特性对潮流计算的影响

2. 多物理域耦合：AC系统以电压幅值/相角建模，DC系统以电压/电流建模，需统一或交替求解。
4. 换流器控制复杂性：如VSC的恒功率控制与LCC的触发角控制，需在方程中嵌入控制策略。
6. 收敛性挑战：交替迭代法易因AC电压波动导致发散，而统一迭代法因雅可比矩阵维度高而计算效率低。
8. 解耦策略：超大规模系统可采用完全解耦法，将直流等效为恒功率节点注入交流系统，简化计算。

四、潮流计算常用算法及比较

1. 统一迭代法

• 原理：将AC/DC方程联立，构建增广雅可比矩阵，采用牛顿-拉夫逊法迭代。
• 优点：二次收敛精度高，适应复杂控制模式。
• 缺点：矩阵维度高，内存占用大，编程复杂。

2. 交替迭代法

• 原理：分别求解AC/DC方程，通过公共连接点传递交互信息。
• 优点：继承现有交流算法，易于拓展。
• 缺点：耦合性差，可能出现不收敛或迭代次数激增。

3. 内点法

• 应用场景：适用于含无功优化约束的模型，通过PQ解耦提高计算效率。
• 改进方向：结合广义最小残差法和矩阵预处理技术，提升收敛性。

算法对比：

方法 收敛速度 内存需求 适用场景 统一迭代法 快 高 复杂控制、多换流器系统 交替迭代法 中等 低 大规模系统初步分析 内点法 慢 中等 含优化的多目标问题

五、研究挑战与难点

2. 收敛性问题：超大规模系统交替迭代法易发散，需解耦或等效简化。
4. 新能源波动：光伏、风电出力不确定性导致电压/电流扰动，需概率潮流分析。
6. 混合拓扑建模：如LCC-MMC串联/并联结构，需推导复杂换流站方程。
8. 实时性要求：仿真工具需兼顾精度与速度，如改进拟牛顿法减少LU分解次数。

六、典型工程应用案例

2. 白鹤滩—江苏特高压工程：采用LCC-MMC混合级联结构，实现远距离高效输电。
4. 江苏徐州中低压互联工程：通过柔性直流系统提升分布式光伏消纳能力。
6. 浙江上虞微电网：国内首个商业化运营的交直流混合微电网，减少能量转换损耗。
8. 安徽合肥柔性混联示范工程：实现变压器负载均衡与新能源充电桩稳定供电。

七、仿真工具与实现方法

2. MATLAB/Simulink：适用于算法原型开发，支持自定义换流器模型与优化控制策略。
4. PSCAD：擅长电磁暂态仿真，可分析换流器开关特性对稳态潮流的影响。
6. BPA/PSASP：商业软件中嵌入交替迭代法，适用于工程级大规模计算。

实现步骤示例（以统一迭代法为例）：

2. 输入AC/DC网络参数，初始化节点电压与换流器控制变量。
4. 构建增广雅可比矩阵，计算功率不平衡量。
6. 迭代求解修正方程，直至收敛。

八、未来研究方向

2. 智能算法融合：探索遗传算法、深度学习在潮流优化中的应用。
4. 概率与区间分析：应对新能源不确定性，如仿射算术与多项式混沌展开。
6. 多端直流控制：研究VSC-MTDC下垂控制与直流电压协调策略。

📚2 运行结果

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2.1 整流侧定电流，逆变侧定电压

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2.2 整流侧定电流，逆变侧定熄弧角

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2.3 整流侧定功率，逆变侧定电压

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2.4 整流侧定功率，逆变侧定熄弧角

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2.5 整流侧定触发角，逆变侧定电流

3 参考文献

部分理论来源于网络，如有侵权请联系删除。

[1]王云鹏. 交直流系统潮流计算及相互关联特性分析[D].山东大学,2016.

[2]王云鹏,韩学山,孙东磊等.考虑直流输电控制方式的受端电网电压稳定性机理分析[J].电力系统自动化,2016,40(06):35-41.

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