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彭元泉,麦志远,艾维,等/含柔性多状态开关的主动配电网有功-无功协调动态优化/,44(14):54-61.

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研究背景

依赖传统“硬”开关的调控策略已无法满足主动配电网主动、快速、灵活的控制需求，难以保障高比例分布式能源的安全和高效消纳。柔性多状态开关（flexibledistributionswitch，FDS）作为具备灵活潮流调控能力的电力电子装置，能实现实时、快速、灵敏、平滑的功率控制，保障稳态下的潮流互济，实现故障下的电气解耦，极大地提高配电网灵活性和可靠性。作为柔性可控媒介，FDS对配电系统的有功-无功协调优化策略具有巨大影响。为此，本文针对含多端FDS主动配电网的有功-无功协调运行模型和动态优化展开研究分析，为柔性配电网运行分析和决策提供参考。

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主要技术内容

1）含FDS主动配电网有功-无功协调动态优化模型

充分考虑主动配电网的可调节因素，将含FDS配电网运行优化拓展到多调节设备的联合协调优化，建立计及FDS的主动配电网多时段有功-无功协调优化潮流模型和运行约束，约束包括：系统安全运行约束、关口节点功率约束、分组投切电容器组运行约束、可调变压器运行约束、分布式电源运行约束、储能运行约束、静止无功发生器约束、FDS运行约束。

2）调度架构和优化目标

通过全周期优化调度给出各断面潮流参考值，再叠加基于动态实时调度的参数修正，形成二者协作的优化调度架构。

①全周期优化调度

以长时间尺度进行全周期调度，考虑FDS功率调节量、可调变压器档位调节、分布式电源出力、储能充放电、电容器组投切和静止无功发生器出力等控制变量，考虑配电网运行成本，以总损耗最小为全周期优化目标。

②动态实时调度

以短时间尺度进行实时调度，考虑FDS功率调节量、分布式电源出力、储能充放电和静止无功发生器出力等控制变量，并采用短时自治策略应对负荷波动干扰。考虑系统对电压质量的要求，将最小化电压不均衡度作为实时优化目标。

3）模型求解优化

本文分别通过二阶锥规划和非线性规划2种方式求解模型，其中采取了二阶锥松弛、线性化处理和整数变量转换等手段来优化模型结构。通过优化处理之后，利用成熟商业软件来保障求解效率和精度。

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工程实例分析

本文结合中国南方某市的含FDS智能配电网示范工程进行如下测试分析。

一、电压均衡和网损优化

主动配电网以及接入FDS的传统配电网能在一定程度上实现均衡电压和降低网损的效果，但仍无法脱离负荷需求波动产生的分布规律；FDS接入主动配电网可以实现FDS和常规调节设备的功率协同，进一步均衡电压和降低网损的同时能大幅削减午间和夜间的高峰，有效避免负荷拥堵时段局部低电压频发的现象，降低配电网损耗，保障系统供电可靠性，提高经济效益。

二、调节设备功率协调优化

1）FDS优化光储有功协同策略

光伏和储能的功率和储能容量变化如图1所示。

图1光伏和储能的功率和储能容量变化

FDS的接入使得光储的配合更加灵活高效，光伏弃光率更低，利用率更高，配电网的潮流分配和自我调控能力得到有效的提升和优化。

2）FDS释放无功装置的补偿裕度

电容器组投切和静止无功发生器补偿情况如图2所示。

图2电容器组投切和静止无功发生器补偿情况

FDS的互联接入缓解并降低各条馈线的补偿需求，释放静止无功发生器和电容器组的补偿容量，提高其补偿裕度，以满足更主动和更灵活的无功治理策略。

3）FDS运行工况和作用机理

FDS时序功率流动情况如图3所示。

图3FDS时序功率流动情况

FDS表现的功率协调策略总体上响应各条馈线的负荷供需状况，正负功率幅值成镜像分布。只接入FDS的话，配电网缺少常规调节设备，主要通过FDS为媒介进行功率转给，实现优化调节。如果馈线运行约束限制，且负荷时序波动特征明显，端口总可调整功率水平会被供给端馈线的剩余可转供容量限制，变化规律与其负荷规律呈负相关。FDS与常规调节设备的协调运行亦使主动配电网对于负荷波动和功率转供的耐受程度提高。

4）FDS动态实时优化

对比主动配电网中取消FDS参与动态实时调度的方案，FDS参与实时调度的主动配电网的电压不均衡度整体降低约12.1%，配电网降损效果增强（断面损耗最大降低约18.7%）。可见，FDS实时调节显著改善了优化调度的效果。

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结语

本文研究FDS接入主动配电网的有功-无功协调运行工况和影响机理，优化模型和调度架构完整地考虑FDS和其他可调设备的有功-无功协调运行，所提求解方法可使收敛精度和求解效率大幅提升。FDS接入配电网改变了传统配电网的运行模式，除了有功-无功协调控制之外，还有许多需要研究的内容。考虑FDS的配电网故障分析和保护配合是重要的研究方向之一，亦是本文在未来进一步的研究方向。

原文发表在《电力系统自动化》年第44卷第14期，欢迎品读！

引文信息

彭元泉,麦志远,艾维,等.含柔性多状态开关的主动配电网有功-无功协调动态优化[J].电力系统自动化,,44(14):54-61.DOI:10./AEPS.

PENGYuanquan,MAIZhiyuan,AIWei,etal.ActiveandReactivePowerCoordinatedDynamicOptimizationforActiveDistributionNetworkwithFlexibleDistributionSwitch[J].AutomationofElectricPowerSystems,,44(14):54-61.DOI:10./AEPS.

《电力系统自动化》年第14期目次

考虑源-荷互动的园区综合能源系统站-网协同优化

欧美电力市场操纵行为监管原则分析及其对中国的启示

分布鲁棒优化方法在电力系统中的理论分析与应用综述

双馈风电机组的新型改造技术

次超同步频段变流器广义阻抗怎么测？这篇文章告诉你

主要作者简介

彭元泉

工程硕士，广东电网有限责任公司佛山高明供电局配网自动化专责，高级工程师，二级助理技术专家，从事配电技术研究和应用。

李明琪

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