含SOP的交直流混合配电网日前优化调度

为实现交直流混合配电网的高效运行,提出一种含智能软开关的交直流配电网优化调度方法。在对应用于交直流配电网的智能软开关工作原理进行阐述的基础上,建立含智能软开关的交直流配电网优化调度模型。通过线性化和凸松弛技术,将所建立的非线性优化模型转化为二阶锥规划模型,并且采用改进的50节点算例分析验证模型的有效性。算例结果表明,基于所建模型得到的智能软开关运行策略能够降低配电网运行损耗及改善电压越限的情况,显著提高混合配电网的经济性。

基于DR和SOP协调的配电网分布式光伏接纳能力提升方法研究

为了有效解决新能源光伏(PV)接入配电网后所带来的电压越线、线路过载以及配电网潮流双向流动等问题,提出基于储能的需求响应(DR)和智能软开关(SOP)协调的配电网优化方法。先构建基于储能的DR和SOP的配电网优化模型,并以配电网中接入新能源PV功率最大、SOP自身损耗最小、储能(ESS)运维成本最小等为优化目标函数,构建PV接入配电网后的多时段优化模型;然后采用二阶锥松弛技术将构建的配电网不同时段的优化模型转换成混合整数二阶锥规划(MISOCP)问题,并通过MATLAB中MOSEK算法包对转换后的模型进行求解;最后采用IEEE33节点系统进行算例及仿真验证,并对不同控制策略下的仿真结果进行对比及分析。算例及仿真结果表明:基于储能的DR和SOP共同作用的配电网优化方法能实现对负荷峰谷差的平抑和提升配电网的电压质量,并在保证配电网系统安全性的前提下能有效提升新能源PV接入后配电网的接纳能力。

计及SOP损耗的交直流配电网三相区间状态估计

随着分布式电源及智能软开关(SOP)等新型设备投入配电网运行,需要对交直流配电网进行精确的状态估计。首先构建了交直流配电网的区间状态估计模型,考虑三相不对称性与交直流之间的耦合;其次,为计及SOP的损耗,增设SOP两侧支路电流作为状态变量,完善了区间状态估计中的雅克比矩阵;最后采用基于迭代运算的线性规划方法进行区间状态估计。在修改IEEE33节点算例上进行仿真,结果表明所提方法能保证计及SOP损耗的状态估计结果的准确性。

Synergetic optimization operation method for distribution network based on SOP and PV

The integration of distributed generation brings in new challenges for the operation of distribution networks,including out-of-limit voltage and power flow control.Soft open points(SOP)are new power electronic devices that can flexibly control active and reactive power flows.With the exception of active power output,photovoltaic(PV)devices can provide reactive power compensation through an inverter.Thus,a synergetic optimization operation method for SOP and PV in a distribution network is proposed.A synergetic optimization model was developed.The voltage deviation,network loss,and ratio of photovoltaic abandonment were selected as the objective functions.The PV model was improved by considering the three reactive power output modes of the PV inverter.Both the load fluctuation and loss of the SOP were considered.Three multi-objective optimization algorithms were used,and a compromise optimal solution was calculated.Case studies were conducted using an IEEE 33-node system.The simulation results indicated that the SOP and PVs complemented each other in terms of active power transmission and reactive power compensation.Synergetic optimization improves power control capability and flexibility,providing better power quality and PV consumption rate.

基于线路阻抗特性的SOP低电压穿越控制策略

分布式新能源出力具有波动性,且接入位置不均匀,当其规模化接入配电网后将增大发生故障的概率。在配电网发生故障时,增强并网电力电子设备的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)性能是保障配电网稳定运行的技术关键,已成为当前研究热点之一。以柔性互联配电网中的柔性电力电子开关(soft open point,SOP)为对象,结合配电网馈线线路阻抗特性,提出一种基于线路阻抗特性的SOP LVRT控制策略。首先,分析线路阻抗对换流器接入公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压的影响,并推导出利用换流器注入功率抬升电压的机理;其次,提出基于馈线出线侧及换流器本地量测数据的PCC点至故障点的线路等效阻抗测量方法;然后,构建基于阻抗测量法的SOP LVRT整体策略;最后,在PSCAD仿真平台上验证所提控制策略,结果表明,在不同电压跌落范围内,所提SOP LVRT控制策略能同时补偿有功功率和无功功率,较仅采用无功补偿能更明显提升PCC电压水平。

考虑柔性负荷接入的E-SOP与网架协同规划方法

针对传统的配电网规划方法对柔性负荷的考虑缺失而导致灵活性不足的问题,提出一种考虑柔性负荷接入的储能-智能软开关网架协同规划方法。首先,对可转移与可削减柔性负荷的不确定性进行建模分析,采用蒙特卡罗抽样实现电动汽车等柔性负荷的功率特性精细化模拟;其次,充分考虑分布式电源和柔性负荷的时序特性,构建考虑柔性负荷接入的储能-智能软开关与网架协同规划模型;最后,以改进的IEEE33节点系统为例验证所提模型和方法可有效提高新型配电网规划的灵活性。

面向配电网弹性提升的多端口E-SOP分布鲁棒优化配置

为提升高比例新能源渗透的配电网在小概率-高损失极端事件下的弹性,提出了一种基于分布鲁棒优化的多端口智能储能软开关(E-SOP)配置模型。首先,构建含多端口E-SOP的配电网运行模型;进而,采用KL散度构建新能源机组出力模糊集,并以投资成本与配电网失负荷成本之和最小为目标,建立E-SOP双层三阶段分布鲁棒规划模型;采用列与约束生成算法实现分布鲁棒模型的拆分求解。最后,在IEEE 33节点算例中对模型和算法进行了验证,结果表明E-SOP可有效提升储能对不同馈线的功率支撑能力,从而增强配电网弹性。

Optimal Scheduling for Flexible Regional Integrated Energy Systemwith Soft Open Point

The Regional Integrated Energy System(RIES)has brought new modes of development,utilization,conversion,storage of energy.The introduction of Soft Open Point(SOP)and the application of Power to Gas(P2G)technology will greatly deepen the coupling of the electricity-gas integrated energy system,improve the flexibility and safety of the operation of the power system,and bring a deal of benefits to the power system.On this background,an optimal dispatch model of RIES combined cold,heat,gas and electricity with SOP is proposed.Firstly,RIES architecture with SOP and P2G is designed and its mathematical model also is built.Secondly,on the basis of considering the optimal scheduling of combined cold,heat,gas and electricity,the optimal scheduling model for RIES was established.After that,the original model is transformed into a mixed-integer second-order cone programming model by using linearization and second-order cone relaxation techniques,and the CPLEX solver is invoked to solve the optimization problem.Finally,the modified IEEE 33-bus systemis used to analyze the benefits of SOP,P2G technology and lithium bromide absorption chillers in reducing systemnetwork loss and cost,as well as improving the system’s ability to absorb wind and solar and operating safety.

计及变压器与SOP损耗特性的柔性互联配电网优化调控策略

基于智能软开关(SOP)的柔性互联技术为解决现有配电网中潮流复杂、轻重载等问题带来了新的机遇。然而,既有SOP优化调控策略仅以线损最低为优化目标,忽略了变压器与SOP等关键设备的损耗变化特性,无法实现系统的最优运行控制。为此,文中提出一种计及变压器与SOP损耗特性的柔性互联配电网优化调控策略。首先,分析SOP与变压器的损耗特性,得到了两者效率特性曲线;然后,建立了改进损耗灵敏度模型以确定SOP最优接入位置,建立了上层以年度综合费用最低、下层以系统综合损耗最低为目标的双层优化模型,确定SOP最优安装容量,并由下层优化模型实现SOP、变压器以及网络线路损耗的综合优化;最后,基于IEEE 22节点与IEEE 15节点互联系统进行验证。结果表明,所提调控策略相比既有策略更具优势,可大幅降低系统综合损耗,解决系统轻重载问题并提升其运行经济性与可靠性。

基于SOP有功-无功协同的低压配电网末端电压越限治理

分布式电源具有出力波动性,且接入位置分布不均,其高比例、规模化接入低压配电网将引发线路末端电压越限问题,如何充分利用配电一次设备对配电网的调节能力实现快速灵活调压是提升配电网对分布式电源消纳能力的关键。文中基于智能软开关(SOP)构建了柔性互联配电网,并提出一种基于SOP有功-无功协同的调压方案,相比于现有的储能系统有功调压和设备无功调压方案,在同等装置容量下具备最佳的电压调节性能,可大幅提升配电网对分布式电源的消纳能力。由于SOP的有功功率传递会同时影响互联线路电压,依据各馈线末端固有电压水平划分配电网运行模态,有机结合SOP内部储能装置,提出基于SOP多模态协同的调压控制策略,可同时实现互联配电线路的末端电压越限治理,且该方案可灵活推广应用到多端柔性互联场景。通过所搭建的柔性互联配电网仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

适用于柔性配电网的少模块SOP拓扑

为解决交流配电网中软开关装置在模块数量多、体积大等方面的不足,本文提出了一种少模块数的软开关拓扑结构。该拓扑结合多信号调制技术,并采用少量的全桥模块对级联全桥变换器和DC-DC变换器的全桥模块进行替代和功能复用,同时对每个全桥子模块分别配置一组工频回路和中频回路,从而实现对全桥子模块的多电压解耦。少模块数的软开关可有效减少装置的子模块数量、降低装置的体积,且多个端口之间可实现电压解耦控制。最后,通过仿真结果验证了所提少模块数的软开关拓扑的可行性。

新型配电网SOP定容选址及优化调控策略

高比例新能源并网使配电网涌现出潮流复杂、轻重载等问题。智能软开关(Soft open point,SOP)的出现逐渐改变了传统配电网的规划布局。新型配电网出现的SOP选址定容问题和配电网最优潮流问题亟需解决。提出了新型配电网的SOP定容选址方法和柔性互联配电网优化调控策略。首先分析了SOP接入后配电网运行特性,对基于损耗灵敏度的SOP选址方法进行了改进;然后使用粒子群算法确定SOP最佳容量配置,并以全天运行损耗成本最低为目标,通过MATLAB的GUROBI求解器得出各分布式电源和SOP的出力大小,实现最优潮流;最后以IEEE 33节点算例对所提方法进行仿真验证。结果表明,所提的配电网调控策略比传统方法更具有优势,可大幅度降低配电网网损,提高配电网新能源消纳。

Multi-source coordinated stochastic restoration for SOP in distribution networks with a two-stage algorithm

After suffering from a grid blackout, distributed energy resources(DERs), such as local renewable energy and controllable distributed generators and energy storage can be used to restore loads enhancing the system’s resilience. In this study, a multi-source coordinated load restoration strategy was investigated for a distribution network with soft open points(SOPs). Here, the flexible regulation ability of the SOPs is fully utilized to improve the load restoration level while mitigating voltage deviations. Owing to the uncertainty, a scenario-based stochastic optimization approach was employed,and the load restoration problem was formulated as a mixed-integer nonlinear programming model. A computationally efficient solution algorithm was developed for the model using convex relaxation and linearization methods. The algorithm is organized into a two-stage structure, in which the energy storage system is dispatched in the first stage by solving a relaxed convex problem. In the second stage, an integer programming problem is calculated to acquire the outputs of both SOPs and power resources. A numerical test was conducted on both IEEE 33-bus and IEEE 123-bus systems to validate the effectiveness of the proposed strategy.

主动配电网潮流的全纯嵌入计算方法

配电网潮流计算是进行配电网规划和运行的重要基础。目前,配电网潮流求解方法主要有牛拉(Newton Raphson,NR)法和前推回代(forward backward substitution,FBS)法两大类,但NR法和FBS法在潮流收敛性和计算效率等方面均存在一定的不足。全纯嵌入法(holomorphic embedding method,HEM)是一种求解非线性潮流方程的新方法,它可以有效避免NR法和FBS法在配电网潮流求解过程中出现的上述问题,但现有HEM未充分考虑配电网中各类型分布式电源(distributed generation,DG)和智能软开关(soft open point,SOP)控制方式的多样性,且未构建计及负荷电压特性和频率特性的潮流模型,难以适用于不同运行模式下配电网潮流计算。针对上述问题,提出一种可求解含多类型DG和SOP且可运行在并网/孤岛模式的主动配电网统一全纯嵌入潮流计算方法。首先,根据负荷静态电压和频率特性,构建计及配电网频率和节点电压影响的负荷节点全纯嵌入潮流模型;其次,根据DG不同的控制方式以及配电网不同的运行模式,将DG所连节点等效为不同节点类型,构建各类DG的全纯嵌入潮流模型;再次,考虑SOP不同控制方式,构建SOP全纯嵌入潮流模型;从次,依据全纯嵌入潮流模型等式左右两侧同次幂级数系数相等原则,推导配电网各全纯函数幂级数系数的求解递推关系式,进而计算各全纯函数的各项幂级数系数,借助解析延拓理论求取电压和频率逼近值,实现配电网潮流的准确求解;最后,通过修改的IEEE-33节点测试系统和IEEE-123节点测试系统验证所提方法准确性和有效性。

多电压等级配电系统智能软开关协同配置

配电网逐步发展成为光伏、电动汽车等新型源荷的主要承载平台,面临的电压越限和线路过载等问题逐步加剧。柔性配电装置具有良好的调控能力,成为提高配电网运行灵活性的有效手段。已有的柔性化升级主要面向中压或低压配电网,多电压等级配电网柔性互联的潜力被忽视。因此,该文开展多电压等级配电系统智能软开关协同配置方法研究。首先,提出多电压等级配电系统智能软开关协同配置策略;其次,在计及源荷不确定性影响下,考虑源荷典型场景的概率化波动,建立多电压等级配电系统智能软开关协同配置模型。最后,为实现大规模优化配置模型的可靠收敛,采用凸差规划算法进行求解。选取实际配电网算例对优化配置模型和求解算法进行验证,结果表明,所提方法可以有效解决多电压等级配电系统智能软开关协同配置问题,支撑配电网承载高比例新型源荷,在提高系统运行安全性的同时具有更好的经济效益。

考虑可平移负荷和智能软开关的主动配电网故障恢复方法

在配电网发生故障后,主动配电网能够实现用户侧参与功率的实时供需平衡,满足故障后的负荷恢复。用户参与配电网的调度也是提升故障后负荷恢复比例的途径之一,可平移负荷具有较强的可控性,有效提升了主动配电网的灵活性,智能软开关等新兴可控设备的接入,也使负荷的快速供电成为可能。本文建立了考虑可平移负荷和智能软开关的主动配电网故障恢复模型,并考虑了负荷的重要性系数。通过改进的IEEE 33节点算例进行仿真分析,构建单一故障、多点故障、短时故障的场景,验证了本文所提出方法的有效性以及可控装置对故障后负荷恢复量的提升。

考虑光伏出力时变性的配电网短时供电恢复策略

随着配电网的建设和发展,以光伏为代表的分布式电源(distributed generation,DG)的渗透率逐渐提高,能为配电网的供电恢复提供短时支撑。然而,分布式电源出力的随机性给供电恢复的可靠性带来了新的挑战,可能造成已恢复区域出现二次甩负荷现象。基于此,文章以光伏为例,利用时变性衡量随机性,提出了一种考虑分布式电源出力时变性的配电网短时供电恢复策略。建立考虑SOP的配电网供电恢复模型;以该供电恢复模型为基础,基于光伏出力预测的配电网供电恢复策略的原理,以改进的IEEE-33节点模型为例,验证所提策略能降低光伏出力时变性对供电恢复可靠性的影响。结果表明所提策略能够提高故障后恢复方案的调用速度,对提高配电网供电恢复的可靠性具有积极意义。

考虑分布式电源运行特性的有源配电网智能软开关SOP规划方法

智能软开关(soft open point,SOP)作为一种新型的配电装置,其应用将极大地提高配电系统运行的经济性、灵活性和可控性,从而解决由于大量间歇性分布式电源接入给配电网带来的问题。但考虑到投资和运行成本,SOP的选址与定容成为一个亟待解决的问题。该文提出了一种考虑分布式电源运行特性的有源配电网SOP规划方法。首先,考虑风光等分布式电源的运行特性,根据历史数据得到其概率密度分布函数,从而采用基于Wasserstein距离的最优场景生成技术进行典型场景构建。其次,建立了SOP选址定容问题的双层规划模型,上层规划以年综合费用最小为目标,下层规划则以每个场景的运行费用最小为目标,并采用基于模拟退火和锥规划的混合优化算法进行求解。最后,在IEEE 33节点算例上,对所提出的双层规划模型和混合优化算法进行了分析和验证。

考虑配电网灵活性的分布鲁棒优化调度

针对新能源占比不断增加导致的配电网线路过载和灵活性不足问题,提出一种考虑配电网灵活性的分布鲁棒优化调度方法。首先,考虑节点灵活性资源的功率支撑作用、网络灵活性资源智能软开关的系统潮流优化,提高配电网灵活运行能力;其次,考虑供需平衡和功率传输能力提出了灵活性裕度和线路容量裕度灵活性评价指标;然后,以灵活性裕度、线路容量裕度最优和运行成本最小为目标,构建基于数据驱动的两阶段分布鲁棒优化模型,通过列与约束生成算法对模型求解。最后,通过算例仿真验证了所提模型对提升配电网经济灵活运行的有效性。

前景导向的主动配电网智能储能软开关规划方法

分布式可再生能源大量并网成为必然趋势,合理的设备规划可以提升配电系统运行灵活性,保证可再生能源的有效消纳。智能储能软开关(soft open points integrated with energy storage system,ESOP)具有时空双尺度运行灵活性,有利于分布式能源并网。因此,考虑规划决策者不完全理性特点,提出一种配电网ESOP规划方法。首先,建立了含ESOP的配电网运行模型;然后,提取出多种面向高渗透率可再生能源并网下的ESOP规划经济性指标;最后,基于前景理论描述不完全理性特征,构建了配电网功率损失减少、购电成本减少、弃风弃光惩罚减少及投资成本属性的前景值模型,以年度综合前景值最大为目标构建ESOP的规划模型。通过线性化凸松弛等手段将原规划模型转化为混合整数二阶锥规划模型。改进的IEEE33节点系统与实际配电网算例结果表明,ESOP可以通过时序特性和柔性互联特性提升配电网消纳能力和运行经济性;同时,决策者对于各属性的重视程度和期望值会对规划结果产生影响。