- 頭條含高滲透率可再生能源的主動配電網兩階段柔性軟開關與聯絡開關協調優化控制2019-12-09 作者：叢鵬偉、唐巍 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語中國農業大學信息與電氣工程學院、電力系統及發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。 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）與聯絡開關協調優化控制架構。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與聯絡開關時序協調優化模型；在日內滾動優化階段，基于模型預測控制建立SOP反饋滾動優化控制模型，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，以實現利用混合整數二階錐規劃方法統一求解SOP與網絡重構的協調優化。 算例結果表明，通過日前、日內滾動兩階段協調優化控制能充分考慮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。
中國農業大學信息與電氣工程學院、電力系統及發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。
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）與聯絡開關協調優化控制架構。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與聯絡開關時序協調優化模型；在日內滾動優化階段，基于模型預測控制建立SOP反饋滾動優化控制模型，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，以實現利用混合整數二階錐規劃方法統一求解SOP與網絡重構的協調優化。
算例結果表明，通過日前、日內滾動兩階段協調優化控制能充分考慮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，為了節能減排、保護環境，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電（Renewable Energy Generation, REG）給配電網的運行優化帶來了安全風險與新的挑戰。為了應對新的風險與挑戰，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聯絡開關，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、配電網規劃和配電網運行優化方面，已有一些針對含SOP配電網的研究。
在配電網運行優化方面，文獻[10]基于SOP控制模式與特性，建立含有SOP的配電網運行優化模型，在單一時間斷面通過比較SOP和網絡重構的優化效果，證明SOP在運行優化方面的優勢。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化目標，建立SOP時序優化模型，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絡開關，因此文獻[13]重點研究了SOP與聯絡開關的協調優化問題，建立日前時序優化模型，采用基于模擬退火和錐優化的混合優化算法進行求解，實現SOP與聯絡開關在長時間尺度上的聯立優化。
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，聯絡開關與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運行風險，目前缺乏針對REG預測誤差的含SOP配電網運行優化策略研究。
在求解算法方面，SOP與聯絡開關協調優化屬于混合整數非線性優化問題（Mixed Integer Nonlinear Optimization, MINOP），需要同時求解連續變量（SOP傳輸功率）和離散變量（聯絡開關狀態），多時段決策變量維數劇增導致求解困難，雖然二階錐方法優化SOP功率性能優越，但不能直接用于聯絡開關狀態與SOP功率的聯合優化，目前尚未見到相關成果發表。
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與聯絡開關協調優化控制架構；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與聯絡開關協調優化控制模型；提出網絡重構約束的二階錐模型轉化方法，實現了利用混合整數二階錐方法對開關狀態和SOP功率的統一求解；采用改進的IEEE 33節點系統驗證模型和算法的有效性。
圖1 兩階段SOP與聯絡開關協調優化控制流程
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化帶來很大挑戰。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與聯絡開關兩階段協調優化方法，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與聯絡開關優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預測誤差對運行優化的影響。在日前階段能夠應對REG出力的波動性，實現系統的經濟運行，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）本文基于錐優化提出了適用于SOP與聯絡開關協同優化的混合整數二階錐規劃算法，能夠將網絡重構和SOP優化這兩個問題轉化為一個線性模型進行統一求解。算例結果證明了本文算法在保證求解最優性的同時，能大幅度縮短求解時間，有效提升計算效率。
