- 頭條考慮動態網絡重構的主動配電網優化運行策略2020-11-29 作者：李超、苗世洪、盛萬興、張迪、胡世駿 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語華中科技大學電氣與電子工程學院強電磁工程與新技術國家重點實驗室、電力安全與高效湖北省重點實驗室、中國電力科學研究院有限公司、國網安徽省電力有限公司電力科學研究院的研究人員李超、苗世洪、盛萬興、張迪、胡世駿，在2019年第18期《電工技術學報》上撰文指出，動態網絡重構（DNR）技術可以有效降低配電網的經濟運行成本和可再生分布式電源（RDG）的棄風/光率。 建立一種考慮DNR的主動配電網優化運行模型，該模型以配電網綜合運行成本最低為目標，綜合考慮DNR開關、RDG、無功補償裝置等可調資源，在滿足配電網運行約束的條件下有效提升配電網的RDG消納率；提出基于二階錐松弛及變量乘積線性化的模型轉化方法，通過對約束條件中的非凸源進行凸化處理，將原始非凸優化模型轉化為一個混合整數二階錐規劃（MISOCP）問題，從而大大降低求解的復雜度；最后采用擴展IEEE 33節點配電網系統進行仿真計算，計算結果證明了所提模型及其轉化方法的有效性。
近年來，為應對氣候變化、解決能源危機和促進節能減排，大力發展風電發電和太陽能發電等可再生能源已成為國內外的共識。根據《能源發展“十三五”規劃》和《可再生能源發展“十三五”規劃》，國家將繼續大力發展風電發電和太陽能發電，通過多種措施實現可再生能源的分布式開發和就地消納。
隨著可再生能源大規模以分布式發電的方式接入配電網，在某些局部配電網的部分時段，甚至出現了可再生分布式電源（Renewable Distributed Generation, RDG）滲透率超過100%的狀況，而一些接在配電網末端的分布式電源會帶來嚴重的過電壓問題，影響配電網對可再生能源的消納能力。
為了解決大規模RDG接入配電網帶來的問題，“主動配電網”的概念應運而生。
已有部分研究機構和學者從經濟性、安全性等不同角度研究了主動配電網協調運行機制：有學者從多時間尺度角度研究主動配電網協調運行策略；有學者提出配電網越限風險指標，將越限風險指標融入配電網優化調度，兼顧了配電網運行經濟性和安全性。在提高配電網RDG消納能力方面，有學者通過協調調度配電網中的各種調度資源實現能量優化調度。
中國配電網正朝著智能化的方向發展，《配電網建設改造行動計劃》（2015—2020年）明確將全面加快現代配電網建設改造，以滿足新能源、分布式電源的發展和接入需求。其中，智能化遠程控制開關（Remote Control Switch, RCS）的應用為DNR的實施提供了條件。
作為一種網絡拓撲靈活可變的調度資源，網絡重構可以有效提升配電網的經濟運行水平和RDG的消納率。近年來國內外對網絡重構在配電網中應用的關注日益增多，考慮動態網絡重構的主動配電網經濟運行首先需要關注配電網的優化模型。由于配電網網架參數不滿足R《X的條件，配電網網損無法忽略，且配電網的分布式電源消納在滲透率過高時會帶來過電壓問題，因此需要考慮潮流方程約束。
目前處理潮流方程約束的方法有啟發式方法、線性近似法和松弛法等，其中啟發式算法和線性近似法并不能保證解的全局最優性，而二階錐松弛由于兼具全局最優性和高效求解性，在配電網優化中得到廣泛應用。
有學者論證了二階錐規劃的數學嚴謹性和求解效率；有學者基于二階錐松弛，提出了一種配電網有功無功協調的多時段優化運行機制，構建了一個混合整數二階錐模型，并利用數學方法實現了快速求解。
配電網的開關狀態需要滿足配電網輻射結構約束來保證配電網結構的完整性和有序性，因此考慮動態重構的主動配電網運行優化需要研究配電網輻射結構約束的數學描述。大部分文獻都是通過支路交換法、開環法等枚舉法進行重構的優化。
E. Romero Ramos最早提出了配電網保持輻射狀約束的數學表達。M. Lavorato等也對此展開了一系列討論。Jabra R. A. 等提出了配電網保持輻射狀約束的改進表達式并探究了網絡重構對減小網損的作用?；诖?，有學者將網絡重構引入配電網優化運行機制中，實現配電網減少RDG削減、阻塞管理和改善電壓分布的目的。
針對網絡重構開關的動作時間尺度問題，有學者探究了時間尺度對網絡重構效益的影響，但主要還是集中于長時間尺度（年、月、周）。以上文獻均只考慮單一時間斷面的靜態網絡重構，并未研究日內的小時級DNR在配電網優化運行中的意義。
為了進一步提高配電網的RDG消納能力，有學者提出DNR的概念，將DNR作為一種靈活性控制手段用來應對變化性的電源（風/光），并構建了一個隨機的混合整數線性問題，但是其采用的是線性近似模型且沒有考慮開關頻繁動作給配電網帶來的安全性影響。
綜上所述，已有文獻對DNR在提升配電網RDG消納能力方面的研究不夠深入。為此，本文將小時級的DNR引入配電網優化運行機制，考慮了潮流方程約束和開關動作次數約束，以降低配電網綜合運行成本為目標，建立了考慮動態網絡重構的配電網優化運行模型；然后利用二階錐松弛技術對非凸的潮流約束進行凸化處理，并提出“支路電壓”對非凸的變量乘積項進行變量分離線性化，將模型轉化為一個MISOCP問題；最后基于擴展IEEE 33節點配電網系統進行仿真計算，計算結果表明，所提考慮DNR的主動配電網運行優化策略可以有效提高配電網的RDG消納能力。
圖1 擴展IEEE 33節點配電網系統
結論
本文以提高主動配電網的RDG消納水平為目標，提出了一種考慮動態重構的主動配電網運行優化策略，得出了以下結論：
- 1）本文以配電網綜合運行成本最低為目標，計及了潮流方程約束和開關動作次數約束條件，同時整合RDG、無功補償裝置等可調資源，建立了考慮DNR的主動配電網優化運行模型，該模型可以準確地描述考慮大規模RDG接入時主動配電網的運行需求。
- 2）所提出的基于二階錐松弛及變量乘積線性化的模型轉化方法可以對非凸的潮流方程和變量乘積項進行凸化處理，進而將原模型轉化為容易求解的MISOCP問題，大大降低求解難度。
- 3）利用擴展IEEE 33節點配電網系統進行算例驗證。算例結果表明：在RDG滲透率較高時，DNR可以大幅提高配電網的RDG消納水平，改善配電網運行狀態；所考慮的開關動作次數約束可以自動剔除收益較少的重構方案，從而實現重構帶來的經濟性和風險性之間的平衡。
考慮到配電網運行的經濟性和安全性，如何選擇分段開關及聯絡開關的RCS安裝位置是值得進一步研究的問題。
