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中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院、電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)電機(jī)系）的研究人員叢鵬偉、唐巍、婁鋮偉、張博、張璐，在2019年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，主動(dòng)配電網(wǎng)要求配電網(wǎng)滿足靈活可控、彈性堅(jiān)強(qiáng)的要求，然而高滲透率可再生能源（REG）的接入給主動(dòng)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行帶來了很大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)REG出力的時(shí)序性與隨機(jī)性，考慮REG預(yù)測(cè)誤差，建立兩階段柔性軟開關(guān)（SOP）與聯(lián)絡(luò)開關(guān)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制架構(gòu)。在日前階段以網(wǎng)損最小、棄風(fēng)棄光最少為綜合目標(biāo)建立了SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)時(shí)序協(xié)調(diào)優(yōu)化模型；在日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化階段，基于模型預(yù)測(cè)控制建立SOP反饋滾動(dòng)優(yōu)化控制模型，以減少REG出力隨機(jī)性對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響。提出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)約束的二階錐模型轉(zhuǎn)化方法，以實(shí)現(xiàn)利用混合整數(shù)二階錐規(guī)劃方法統(tǒng)一求解SOP與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

算例結(jié)果表明，通過日前、日內(nèi)滾動(dòng)兩階段協(xié)調(diào)優(yōu)化控制能充分考慮REG出力的波動(dòng)性與隨機(jī)性，增強(qiáng)配電網(wǎng)對(duì)REG的消納能力，在提升配電網(wǎng)電壓水平的同時(shí)改善配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，保障配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

近年來，為了節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，大量分布式電源（Distributed Generation, DG）接入中壓配電網(wǎng)中，使得配電網(wǎng)發(fā)展為有源配電網(wǎng)。其中，風(fēng)電、光伏等出力隨機(jī)性很強(qiáng)的可再生能源發(fā)電（Renewable Energy Generation, REG）給配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化帶來了安全風(fēng)險(xiǎn)與新的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)新的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，主動(dòng)配電網(wǎng)（Active Distribution Network, ADN）技術(shù)模式被提出，要求充分利用新的調(diào)控手段和方法，滿足配電網(wǎng)靈活可控、彈性堅(jiān)強(qiáng)的要求，以適應(yīng)高滲透率REG的接入。

柔性軟開關(guān)（Soft Open Point, SOP）是一種新型電力電子設(shè)備，作為一種新的調(diào)控手段可以在配電網(wǎng)中替代傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，具有實(shí)時(shí)調(diào)整功率大小、流向以及補(bǔ)償無功等功能。SOP能夠通過實(shí)時(shí)功率控制減少可再生能源出力預(yù)測(cè)誤差，有效控制由于高滲透率可再生能源接入引起的潮流、電壓越限等問題，對(duì)含高滲透率DG的主動(dòng)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行有重要作用。目前，在運(yùn)行特性、配電網(wǎng)規(guī)劃和配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方面，已有一些針對(duì)含SOP配電網(wǎng)的研究。

在配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方面，文獻(xiàn)[10]基于SOP控制模式與特性，建立含有SOP的配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化模型，在單一時(shí)間斷面通過比較SOP和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的優(yōu)化效果，證明SOP在運(yùn)行優(yōu)化方面的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[11]建立SOP電壓無功控制時(shí)序模型，并采用凸松弛技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為二階錐模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)該問題的快速求解，算例結(jié)果證明了SOP能夠有效改善配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。

文獻(xiàn)[12]考慮分布式電源出力以及負(fù)荷的時(shí)序變化特性，以電壓偏移、饋線負(fù)荷平衡以及線損最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立SOP時(shí)序優(yōu)化模型，算例結(jié)果證明SOP能有效消納分布式電源。由于SOP目前成本較高，在短期內(nèi)無法完全替代配電網(wǎng)中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，因此文獻(xiàn)[13]重點(diǎn)研究了SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，建立日前時(shí)序優(yōu)化模型，采用基于模擬退火和錐優(yōu)化的混合優(yōu)化算法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)在長(zhǎng)時(shí)間尺度上的聯(lián)立優(yōu)化。

通過以上文獻(xiàn)分析可知，從提升經(jīng)濟(jì)性和資產(chǎn)利用率角度出發(fā)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)與SOP并存的配電網(wǎng)絡(luò)是可行的智能配電網(wǎng)過渡模式。高滲透率REG出力隨機(jī)性對(duì)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全優(yōu)化的影響日益突顯[14]，具有實(shí)時(shí)潮流控制能力的SOP能夠有效減少REG出力預(yù)測(cè)誤差帶來的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，目前缺乏針對(duì)REG預(yù)測(cè)誤差的含SOP配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化策略研究。

在求解算法方面，SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)協(xié)調(diào)優(yōu)化屬于混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題（Mixed Integer Nonlinear Optimization, MINOP），需要同時(shí)求解連續(xù)變量（SOP傳輸功率）和離散變量（聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)），多時(shí)段決策變量維數(shù)劇增導(dǎo)致求解困難，雖然二階錐方法優(yōu)化SOP功率性能優(yōu)越，但不能直接用于聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)與SOP功率的聯(lián)合優(yōu)化，目前尚未見到相關(guān)成果發(fā)表。

本文考慮REG預(yù)測(cè)誤差，建立了含高滲透率REG主動(dòng)配電網(wǎng)的兩階段SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制架構(gòu)；考慮網(wǎng)損、棄風(fēng)棄光等因素，基于模型預(yù)測(cè)控制建立日前、日內(nèi)SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型；提出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)約束的二階錐模型轉(zhuǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)了利用混合整數(shù)二階錐方法對(duì)開關(guān)狀態(tài)和SOP功率的統(tǒng)一求解；采用改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證模型和算法的有效性。

圖1 兩階段SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制流程

結(jié)論

高滲透率可再生能源接入配電網(wǎng)后，其波動(dòng)性和隨機(jī)性給配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化帶來很大挑戰(zhàn)。本文針對(duì)REG出力的波動(dòng)性與隨機(jī)性，結(jié)合新興的電力電子設(shè)備，提出了SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩階段協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，以適應(yīng)高滲透率可再生能源接入主動(dòng)配電網(wǎng)。研究結(jié)果表明：

1）本文所提出的日前、日內(nèi)滾動(dòng)兩階段SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)優(yōu)化控制架構(gòu)能充分考慮REG出力的波動(dòng)性與隨機(jī)性，有效消除REG預(yù)測(cè)誤差對(duì)運(yùn)行優(yōu)化的影響。在日前階段能夠應(yīng)對(duì)REG出力的波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有效提升配電網(wǎng)對(duì)REG的消納能力；在日內(nèi)滾動(dòng)階段基于模型預(yù)測(cè)控制方法，能夠有效跟蹤REG出力的隨機(jī)變化，短時(shí)調(diào)整SOP傳輸功率，在提升配電網(wǎng)電壓水平的同時(shí)改善配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，保障配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

2）本文基于錐優(yōu)化提出了適用于SOP與聯(lián)絡(luò)開關(guān)協(xié)同優(yōu)化的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃算法，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和SOP優(yōu)化這兩個(gè)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性模型進(jìn)行統(tǒng)一求解。算例結(jié)果證明了本文算法在保證求解最優(yōu)性的同時(shí)，能大幅度縮短求解時(shí)間，有效提升計(jì)算效率。