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中國農業(yè)大學信息與電氣工程學院、電力系統(tǒng)及發(fā)電設備控制和仿真國家重點實驗室（清華大學電機系）的研究人員叢鵬偉、唐巍、婁鋮偉、張博、張璐，在2019年第6期《電工技術學報》上撰文指出，主動配電網要求配電網滿足靈活可控、彈性堅強的要求，然而高滲透率可再生能源（REG）的接入給主動配電網的經濟安全運行帶來了很大的挑戰(zhàn)。

針對REG出力的時序性與隨機性，考慮REG預測誤差，建立兩階段柔性軟開關（SOP）與聯(lián)絡開關協(xié)調優(yōu)化控制架構。在日前階段以網損最小、棄風棄光最少為綜合目標建立了SOP與聯(lián)絡開關時序協(xié)調優(yōu)化模型；在日內滾動優(yōu)化階段，基于模型預測控制建立SOP反饋滾動優(yōu)化控制模型，以減少REG出力隨機性對配電網運行的影響。提出網絡重構約束的二階錐模型轉化方法，以實現(xiàn)利用混合整數(shù)二階錐規(guī)劃方法統(tǒng)一求解SOP與網絡重構的協(xié)調優(yōu)化。

算例結果表明，通過日前、日內滾動兩階段協(xié)調優(yōu)化控制能充分考慮REG出力的波動性與隨機性，增強配電網對REG的消納能力，在提升配電網電壓水平的同時改善配電網的經濟效益，保障配電網經濟安全運行。

近年來，為了節(jié)能減排、保護環(huán)境，大量分布式電源（Distributed Generation, DG）接入中壓配電網中，使得配電網發(fā)展為有源配電網。其中，風電、光伏等出力隨機性很強的可再生能源發(fā)電（Renewable Energy Generation, REG）給配電網的運行優(yōu)化帶來了安全風險與新的挑戰(zhàn)。為了應對新的風險與挑戰(zhàn)，主動配電網（Active Distribution Network, ADN）技術模式被提出，要求充分利用新的調控手段和方法，滿足配電網靈活可控、彈性堅強的要求，以適應高滲透率REG的接入。

柔性軟開關（Soft Open Point, SOP）是一種新型電力電子設備，作為一種新的調控手段可以在配電網中替代傳統(tǒng)聯(lián)絡開關，具有實時調整功率大小、流向以及補償無功等功能。SOP能夠通過實時功率控制減少可再生能源出力預測誤差，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，對含高滲透率DG的主動配電網經濟安全運行有重要作用。目前，在運行特性、配電網規(guī)劃和配電網運行優(yōu)化方面，已有一些針對含SOP配電網的研究。

在配電網運行優(yōu)化方面，文獻[10]基于SOP控制模式與特性，建立含有SOP的配電網運行優(yōu)化模型，在單一時間斷面通過比較SOP和網絡重構的優(yōu)化效果，證明SOP在運行優(yōu)化方面的優(yōu)勢。文獻[11]建立SOP電壓無功控制時序模型，并采用凸松弛技術將其轉化為二階錐模型，實現(xiàn)對該問題的快速求解，算例結果證明了SOP能夠有效改善配電系統(tǒng)的電壓質量。

文獻[12]考慮分布式電源出力以及負荷的時序變化特性，以電壓偏移、饋線負荷平衡以及線損最小為優(yōu)化目標，建立SOP時序優(yōu)化模型，算例結果證明SOP能有效消納分布式電源。由于SOP目前成本較高，在短期內無法完全替代配電網中的聯(lián)絡開關，因此文獻[13]重點研究了SOP與聯(lián)絡開關的協(xié)調優(yōu)化問題，建立日前時序優(yōu)化模型，采用基于模擬退火和錐優(yōu)化的混合優(yōu)化算法進行求解，實現(xiàn)SOP與聯(lián)絡開關在長時間尺度上的聯(lián)立優(yōu)化。

通過以上文獻分析可知，從提升經濟性和資產利用率角度出發(fā)，聯(lián)絡開關與SOP并存的配電網絡是可行的智能配電網過渡模式。高滲透率REG出力隨機性對配電網經濟安全優(yōu)化的影響日益突顯[14]，具有實時潮流控制能力的SOP能夠有效減少REG出力預測誤差帶來的系統(tǒng)運行風險，目前缺乏針對REG預測誤差的含SOP配電網運行優(yōu)化策略研究。

在求解算法方面，SOP與聯(lián)絡開關協(xié)調優(yōu)化屬于混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題（Mixed Integer Nonlinear Optimization, MINOP），需要同時求解連續(xù)變量（SOP傳輸功率）和離散變量（聯(lián)絡開關狀態(tài)），多時段決策變量維數(shù)劇增導致求解困難，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)絡開關狀態(tài)與SOP功率的聯(lián)合優(yōu)化，目前尚未見到相關成果發(fā)表。

本文考慮REG預測誤差，建立了含高滲透率REG主動配電網的兩階段SOP與聯(lián)絡開關協(xié)調優(yōu)化控制架構；考慮網損、棄風棄光等因素，基于模型預測控制建立日前、日內SOP與聯(lián)絡開關協(xié)調優(yōu)化控制模型；提出網絡重構約束的二階錐模型轉化方法，實現(xiàn)了利用混合整數(shù)二階錐方法對開關狀態(tài)和SOP功率的統(tǒng)一求解；采用改進的IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)驗證模型和算法的有效性。

圖1 兩階段SOP與聯(lián)絡開關協(xié)調優(yōu)化控制流程

結論

高滲透率可再生能源接入配電網后，其波動性和隨機性給配電網的運行優(yōu)化帶來很大挑戰(zhàn)。本文針對REG出力的波動性與隨機性，結合新興的電力電子設備，提出了SOP與聯(lián)絡開關兩階段協(xié)調優(yōu)化方法，以適應高滲透率可再生能源接入主動配電網。研究結果表明：

1）本文所提出的日前、日內滾動兩階段SOP與聯(lián)絡開關優(yōu)化控制架構能充分考慮REG出力的波動性與隨機性，有效消除REG預測誤差對運行優(yōu)化的影響。在日前階段能夠應對REG出力的波動性，實現(xiàn)系統(tǒng)的經濟運行，有效提升配電網對REG的消納能力；在日內滾動階段基于模型預測控制方法，能夠有效跟蹤REG出力的隨機變化，短時調整SOP傳輸功率，在提升配電網電壓水平的同時改善配電網的經濟效益，保障配電網經濟安全運行。

2）本文基于錐優(yōu)化提出了適用于SOP與聯(lián)絡開關協(xié)同優(yōu)化的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃算法，能夠將網絡重構和SOP優(yōu)化這兩個問題轉化為一個線性模型進行統(tǒng)一求解。算例結果證明了本文算法在保證求解最優(yōu)性的同時，能大幅度縮短求解時間，有效提升計算效率。