- 頭條華中科技大學專家在柔性多狀態開關互聯的微配網研究上取得新成果2022-06-04 作者：李正天、葉雨晴 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語柔性多狀態開關是未來微配網的新型電力電子設備，可用于改善電網潮流分布、提高分布式電源滲透率，并可在微電網孤島運行后，實現較小沖擊的柔性再并網。鑒于其造價高昂，針對由多個微電網基于柔性多狀態開關互聯構成的主動配電網，強電磁工程與新技術國家重點實驗室（華中科技大學）、易事特集團股份有限公司的研究人員李正天、葉雨晴、王子璇、吳宇奇、徐海波，在2021年《電工技術學報》增刊2上撰文，以運行經濟性為目標，探究了柔性多狀態開關接入位置和時序運行值。
傳統配電網屬于無源電網，從主網受電后，經由拓撲各異的配電網絡對負荷進行供電。新能源出現后，配電網進化為有源配電網。滲透率較低時，分布式電源（Distributed Generation, DG）的工況不會影響電網運行。隨著主動負荷的出現，部分區域的DG、負荷可以組織成有源微電網，繼而借助合適的手段連接成配電網，此時，配電網便進化為主動配電網。
傳統的聯接媒介主要為交流聯絡線，但此類聯接模式不易控制潮流，局部的擾動也會直接傳導到配電網其他環節。與此同時，在微電網因外部故障或其他原因形成局部孤島后，其再并網過程易產生新的沖擊，影響配電網穩定運行。因此，需考慮先進的設備對各有源微電網進行互聯。
柔性多狀態開關（Flexible Multi-state Switch, FMS）是智能軟開關（Soft Normal Open Point, SNOP）研究領域的最新成果，可以將不同電壓等級和相位的微電網柔性互聯，實現有功功率在配電網間的柔性傳輸。目前關于柔性多狀態開關的研究主要集中于控制策略和分區接入方法的研究，其運行優化特性可以參看柔性多狀態開關的相關研究成果。
柔性多狀態開關的接入可以改變配電網中的潮流流動，降低配電網的網損，幫助提升配電網運行的經濟性。但柔性多狀態開關不同的安裝位置、個數及時序運行值均會影響配電網的經濟運行。因此，需針對上述因素對柔性多狀態開關進行合理規劃。
然而，當計及時序優化的規劃模型與配電網整體經濟性優化問題相結合后，將大大增加規劃工作的復雜度。對此，可以將時序因素作為約束體現，將問題側重點放在如何實現含柔性多狀態開關的配電網規劃上，以確保模型的復雜程度落于能夠有效求解的合理區間內。
強電磁工程與新技術國家重點實驗室（華中科技大學）、易事特集團股份有限公司的研究人員首先建立了主動式配電網的潮流模型，在此基礎上充分計及柔性多狀態開關接入的影響，對其進行優化建模；然后，建立以配電網運行及建設成本為指標的目標函數，針對最終優化過程中的非線性求解問題，采用二階錐模型轉換的方式提高求解效率；最后，基于IEEE 33節點系統進行算例驗證，對比了無柔性多狀態開關接入及不同柔性多狀態開關接入方案的配電網經濟性指標和電壓偏移量，進而做出最優評估和不同工況的運行分析，展現了柔性多狀態開關對于優化配電網運行的顯著優勢，通過對比顯示了所提算法的計算高效性。
研究人員最后仿真分析驗證了柔性多狀態開關在實現孤島微電網零沖擊并網中的有效性，并得到如下結論：
1）利用凸松弛技術將計及配電網動態運行時序的大規模非線性規劃問題轉換為二階錐規劃問題，能在保證最優解的同時，大幅提升模型的求解效率，減小占用內存。
2）算例結果顯示，在柔性多狀態開關的調節下，配電網中的節點電壓優化效果十分明顯，潮流分布更加均衡，在不同運行場景下均能有效提升含新能源主動配電網的運行性能。隨著接入配電網的FMS數量的增多，配電網中各節點電壓越發趨于1(pu)。但是，柔性多狀態開關數量的增加也將帶來更高的安裝運維費用，從而導致目標配電網的運行經濟性先變好再變差。
3）同時，在電網發生孤島并且需要再并網時，柔性多狀態開關的接入可以發揮積極的作用，實現在電網恢復供電后的較短時間內完成微電網與大電網的功率聯接，從而大大緩解了微電網運行的壓力，為微電網預同步提供了可靠的支撐及充足的時間。
研究人員指出本課題在研究柔性多狀態開關接入的主動配電網經濟性規劃時，尚未考慮柔性多狀態開關的故障對電網運行所造成的損失。雖然本工作還不能斷言含柔性多狀態開關的方案更優，但是在某個側面體現了這類新型配電網的優勢。目前，合理計及柔性多狀態開關的可靠性因素還存在較大的難度，未來將對此開展進一步研究。
本文編自2021年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“基于柔性多狀態開關互聯的微配網一體化規劃及運行評估”，作者李正天、葉雨晴 等。
