柔性配电网:定义、组网形态与运行方式

在电力电子化背景下,从功能角度定义了柔性配电网(flexible distribution network,FDN),并提出了FDN的典型组网形态及其运行方式。首先,介绍了FDN的概念及其关键组网设施——柔性开闭站(flexible switching station,FSS)。其次,探讨了FDN的组网形态问题,提出了从现有配电网过渡发展到FDN的思路,并就我国现有的典型架空网、电缆网接线模型,提出了针对性的FDN组网形态。再次,讨论了FDN在正常运行和N-1故障以及检修情况下的运行方式,并提出了FDN的N-1安全分析方法。最后,通过算例对FDN进行了正常运行和N-1下的定量分析计算;与传统配电网对比发现,FDN的组网形态更简洁灵活,能更好地均衡负载、能够有效提高系统安全性与供电能力。     

考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力

“双碳”目标下,配电网将承载分布式发电、电动汽车、电采暖等低碳技术的大规模应用,面临着承载能力不足、负载不均衡以及电能质量等问题的严峻挑战,而低压台区柔性互联技术被认为是应对上述挑战的有效手段。因此,研究了考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力(TSC)。首先,给出了考虑台区柔性互联的配电网典型结构以及运行方式,建立了考虑柔性互联设备多端口潮流灵活分配、负荷多级转供的配电网TSC模型;其次,针对所提TSC模型的非线性非凸特征,提出了基于分支定界算法的模型求解方法;然后,计算了实际台区柔性互联配电网算例的TSC,并进行N-1安全性校验;最后,观测了不同低压柔性互联设备容量下TSC数值的变化规律,给出了台区柔性互联配电网的规划运行建议,为低压台区柔性互联技术在配电网的大规模应用提供了理论基础。     

柔性配电网的安全域模型

提出了柔性配电网(flexible distribution network,FDN)的安全域模型,并与传统配电网(traditional distribution network,TDN)对比分析。首先,介绍了FDN的概念与特点。其次,分析了FDN正常运行N-0和N-1下的安全约束。再次,提出了FDN的安全域模型以及安全边界方程。最后,通过单联络与多联络电缆网算例验证了本文方法的正确性,对FDN和TDN的N-0域、N-1域以及供电能力进行了对比研究。对比发现:1)FDN能扩大N-0/N-1域,提高正常运行情况下带负载的能力与N-1安全性;2)FDN达到不计及N-1和计及N-1下的最大供电能力工作点相比TDN多很多,使其在实际中更容易实现;3)FDN节点负荷能突破馈线容量限制,具有更大的局部带大负荷能力。同时,通过二维视图观察总结FDN安全域的形状特点及形成机理,并揭示其与柔性闭环特征的内在联系,最终从安全和高效角度分析得出多联络更适合发挥FDN作用的结论。     

考虑双向能量交换型负荷的配电网最大供电能力模型

在电动汽车这种双向能量交换型负荷接入配电网背景下,提出了计及用户与电网之间电能双向传递的最大供电能力(TSC)计算模型。首先,基于负荷时序特性建立了包含负荷可持续中断供电时间和响应费用约束的柔性负荷需求响应模型。然后,提出了能计及双向能量交换型负荷需求响应的TSC模型和计算方法,以量度需求响应费用与TSC之间的量化关系。最后,通过算例计算了不同响应费用约束下的TSC分布情况。分析结果表明,相比于单向能量交换型负荷以负荷削减方式参与需求响应,双向能量交换型负荷以放电方式参与需求响应使TSC进一步增大。     

柔性配电网间歇性分布式发电消纳能力分析

文中从源-网-荷的匹配性角度分析柔性配电网(FDN)对间歇性分布式电源(DG)的消纳作用。首先,提出了DG与负荷匹配度的概念,可以衡量二者的功率平衡程度。为了更好地解释消纳结果,将消纳率分为源-荷匹配消纳率和源-网-荷匹配消纳率,前者忽略了网络约束。其次,提出了由匹配度计算源-荷匹配消纳率的方法,给出了基于直流的时序生产模拟模型,以及电压校验和结果修正方法计算源-网-荷匹配消纳率。最后,根据DG与负荷的匹配关系设计了3个典型场景,对比分析了FDN和传统刚性配电网(RDN)的消纳率,得到FDN的消纳机理及运行和规划的建议。     

柔性配电网故障定位技术评述

为了使FDN安全可靠稳定运行,对柔性配电网(flexible distribution network,FDN)进行分析,但当FDN发生故障时进行故障的隔离和恢复存在很大困难,因此研究FDN故障定位技术具有重大的现实意义。首先对FDN的概念进行分析研究,对比传统配电网的运行方式闭环设计开环运行模式所存在的难题,对FDN的基础技术结合最新研究方向进行分析研究,传统配电网如何转变为FDN进行说明;然后文章总结研究传统配电网故障区段定位、故障定位;对故障区段定位、故障定位所涉及的主要研究方法进行分析,通过文献研究其适用范围和优缺点,并针对这些提出对应的建议,并结合上述分析,研究FDN故障定位技术和其所存在的缺陷以及未来所要研究的主要方向。最后指出当前柔性配电网和有源配电网研究主要存在的问题及未来研究的方向。     

基于最大供电能力的配电网规划理念与方法

为充分发挥配电网效率,提出基于最大供电能力(totalsupply capability,TSC)的配电网规划理念方法。首先,给出TSC规划流程:1)计算TSC和可扩展的最大供电能力;2)负荷与TSC匹配的总量校验与优化调整;3)负荷与TSC匹配的分布校验与优化调整;4)N1校验验证。其次,将常见的配电网建设改造手段按代价从低到高归纳为3大类10种规划措施,并给出这些措施在TSC规划流程中何时采用。其中,负荷分布调整是TSC规划的首选措施,能通过调整负荷在主变和馈线间的分配消纳新增负荷,为此提出一种负荷再分配的优化方法。最后,通过算例演示TSC规划的过程,并与传统规划对比。基于TSC的规划与传统规划先考虑变电容量匹配再进行网络规划的思路不同,其理念是优先通过优化配电网结构及运行方式提升TSC满足负荷,其次再考虑新增变电容量,从而达到充分利用已有网络销纳新增负荷目的,适合目前城市建成区复杂配电网络的规划。     

基于柔性环网控制装置的10 kV配电网运行方式

以4端口柔性环网控制装置为例,系统地分析了柔性环网控制装置在10 k V交流配电网中的组网方式和运行控制策略,并进行了系统仿真。在仿真过程中,为了解决复杂电力电子装置在电力系统大时间尺度仿真时速度较慢的问题,采用了一种柔性环网控制装置的简化模型。研究和仿真结果表明,柔性环网控制装置的应用有助于提高配电网的性能,如能够实现交流配电线路的闭环运行、对潮流的优化控制、系统故障时不停电负荷转移、对负荷的就地无功补偿和降低系统备用容量。     

基于FCS-MPC的柔性多状态电源开关高比例输配电模型研究

针对传统配电网采用闭环设计、开环工作,导致存在配电网中馈线功率失调等问题,提出基于FCS-MPC的柔性多状态电源开关高比例输配电模型研究。构建柔性多状态电源开关模型,分析柔性多状态电源开关的工作原理,基于FCS-MPC的控制策略,通过建立离散数学模型调节PI双闭环控制方法的参数值,采用二阶拉格朗日外推法运算配电网侧电压的参考预测值,实现柔性多状态电源开关高比例输配电的正常运行。研究结果表明,当配电网稳态运行时,研究模型可按照开关容量约束实行合理补偿,保障配电网稳定运行;当配电网三相不平衡运行时,研究模型能够保证两侧配电网传输的功率值与设定值相等,保障配电网正常运行。     

基于柔性分析的配电网重构方法

目前的配电网运行方式优化方法通常以经济性为目标,来寻求满足一定的安全可靠性约束的运行方式。这种方法实际上将配电网运行的经济性与安全可靠性割裂开来,从而具有一定的片面性。将柔性分析方法引入到配电网运行方式优化中,提出了对配电网运行的柔性程度进行评价的指标,将传统配电网运行方式优化模型的约束条件所构成的刚性边界进行柔性化处理,建立了基于柔性分析的配电网运行方式柔性综合优化模型,从而使所求得的运行方式能够达到兼顾经济性与安全可靠性情况下的综合最优,较大地提高了配电网运行的灵活性。     

Research on optimal schedule strategy for active distribution network using particle swarm optimization combined with bacterial foraging algorithm

Comparing with the traditional distribution network, a significant feature of the active distribution network (ADN) is that the performance of distributed generation (DG) units, energy storage units and micro-grid (MG) in the network is controllable for the distribution network operator. Considering the characteristics of the distributed power supply and micro-grid, and giving full play to the advantages of distributed generation technology in the economic, environmental and energy aspects, this paper highlights an environmental protection and energy saving optimal schedule model for ADN. The scheduling model focuses on the minimum network loss, minimum voltage deviation and minimum difference between peak and valley load. In addition, the two stage algorithm is presented to solve the proposed multi-objective scheduling model of ADN. First, a set of Pareto solutions are obtained by using the proposed particle swarm optimization combined with bacterial foraging algorithm (PSO-BFO) to solve multi-objective optimization problems, then the optimal schedule strategy of ADN is gained through evaluating the Pareto solutions with entropy weight decision-making method. To avoid the search falling into local optimal solution, the two-value crossover operator is introduced to exchange the information among subpopulations and update the position of related particles. Meanwhile, the adaptive adjusting inertia constant strategy is used to improve the algorithm convergence speed. Finally, the case study results demonstrate the rationality of the proposed optimal schedule model and the validity of its solution algorithm for ADN.     

考虑可靠性与故障后负荷响应的主动配电网供电能力评估

针对传统供电能力评估中难以同时解决既避免单纯以负荷高峰时刻全网N-1准则为基础又细致计及分布式电源、储能和负荷需求响应影响等问题,提出了考虑可靠性柔性需求与故障后负荷响应的主动配电网供电能力评估方法。首先,结合出力不确定性与用户差异化的响应能力,对主动配电网中的分布式电源、储能与可响应负荷等基本元素进行建模;其次,构建了以最大供电能力为目标、以可靠性需求和故障后负荷响应经济性为主要约束的主动配电网供电能力评估模型;继而,发展了考虑分布式光伏、蓄电池以及需求响应的主动配电网可靠性评估准序贯蒙特卡洛模拟法,并提出了基于遗传算法的供电能力评估模型优化求解方法;最后,通过算例验证了所提方法可有效挖掘主动配电网供电能力,提升资产利用效率。     

计及柔性负荷调节能力的有源配电网动态优化方法

为了解决复杂配电网的优化运行问题,提出了一种配电网综合运行优化方法。首先,通过量测数据获取配电网运行状态,当配电网出现电压异常或过载时,通过粒子群算法调整分布式电源出力值和柔性负荷值,优化配电网运行状态;检测配电网是否恢复正常,若配电网运行指标未恢复正常,进一步对配电网的网络拓扑进行重构优化,继而进一步调整分布式电源出力值和柔性负荷值,优化配电网运行状态。IEEE 33节点和实际85节点配电网两个算例结果表明,优化方法可降低配电网网损量39.9%,同时提高分布式电源出力29.4%,并使得配电网的柔性负荷补偿成本降低50%,激励负荷成本值降低14.8%。该方法充分利用了柔性负荷的调节能力,实现了供需互动。     

计及分布式电源转供能力的配电网供电能力计算

随着分布式电源的广泛接入,其对配电网供电能力的影响日趋重要,而目前配电网供电能力计算模型中尚未计及变电站低压母线上分布式电源的转供能力。为精确分析分布式电源转供能力对配电网供电能力的影响,首先根据分布式电源特性建立计及分布式电源转供能力的配电网最大供电能力计算模型;然后针对模型中遇到的最优化求解问题,引入基于配电系统联络特征的解析化求解方法,提出基于馈线联络的网络拓扑简化思想;最后通过具体电网算例验证该模型和算法的正确性,并对结果进行校验分析,结果表明分布式电源接入可提升区域最大供电能力,加强配电系统应对N1故障的能力。     

分布式电源对配电网的影响及优化配置模型

随着用电负荷的急剧增长,分布式发电成为了当今电力系统的研究热点。为了更好地发挥分布式电源的经济效应,本文首先对分布式电源接入电网后对传统配电网的影响作了分析研究。在此基础上,建立了电源的优化配置模型,确立了以减少节点电压偏移量、降低系统损耗量和提高并网电压稳定度的多目标函数优化模型,并利用自适应混沌粒子群算法进行函数求解。最后通过算例分析,验证了模型的实际效果和求解算法的准确性。     

基于BAS-IGA的含分布式电源配电网故障定位

针对遗传算法解决含分布式电源配电网故障区段定位易早熟收敛的问题,提出了一种基于天牛须搜索算法和改进遗传算法相结合的故障定位方法。该方法首先利用天牛须搜索算法产生高质量的初始种群,其次通过构造遗传算法数学模型、优化3种遗传算子和调节交叉变异概率对遗传算法进行改进,最终经遗传迭代产生最优解,达到精确定位故障区段的目的。以IEEE33节点配电网模型为例,分别针对单重故障、多重故障以及信息畸变情况进行仿真。仿真结果表明,提出的优化算法定位准确率为100%,且收敛速度快、容错性好。     

An improved load flow technique based on load current injection for modern distribution system

This paper presents load current injection based improved load flow (LF) technique for modern distribution system. The proposed LF technique is derived by promulgating the concept of conventional backward forward sweep technique. This proposed technique uses a single load current to bus voltage (LCBV) matrix to perform both the backward and the forward sweeps of power flow calculation in a single step. Utilizing the concept LCBV, the bus voltages can be determined, directly, from the load current injections. Due to the distinctive solution technique of the proposed approach, the time-consuming lower–upper factorization and forward–backward substitution or any derivative operation required in the traditional LF technique are no longer necessary. These unique features make the proposed technique faster in operation. The proposed approach is flexible enough to accommodate any sort of change in network structure due to reconfiguration. Along with the modeling of various equipments of distribution system (viz. distribution transformer, voltage regulator, voltage dependent loads, distributed generations, etc.), special treatments for weakly meshed system are also presented in this work. It is experimented on several test systems of varying complexities (viz. 28-, 69- and 30-bus balanced radial distribution system (RDS), 10-bus and IEEE 34-bus unbalanced RDS and 33- and 69-bus weakly meshed system) and the obtained results demonstrate the effectiveness of the proposed approach while comparing to the existing methodologies. Furthermore, it is revealed that the proposed algorithm is, computationally, faster, robust and more suitable for modern distribution network than the contemporary techniques available in the state-of-the-art literature.     

柔性互联配电网概率潮流算法研究

随着柔性直流配电技术的快速发展,直流配电网通过电压源换流器连接交流配电网构成的柔性互联配电网已成为当前的研究热点,但到目前为止,对于不确定性分布式电源接入的柔性互联配电网概率潮流计算尚未有文献进行研究。针对缺乏这种柔性互联配电网概率潮流研究的现状,文章开展不确定性研究,在分析了几种常规概率潮流计算方法后,以三点估计法结合改进交直流交替迭代算法作为柔性互联配电网概率潮流实现算法;以Nataf变换方法结合Cholesky分解进行不确定非正态输入变量的相关性处理;以IEEE 33节点配电系统结合国内首个五端直流示范工程-直流配电中心作为算例,验证了所提算法的有效性。     

计及灵活配电单元的分布式电源优化配置方法

分布式电源(distributed generation,DG)接入位置和容量的不合理规划会对配电网造成不利影响，而灵活配电单元具有灵活控制系统潮流分配和改善电压等优点，因此文中提出在规划中计及灵活配电单元的稳态计算模型和控制策略。为更合理地对DG进行选址和定容，文中首先建立基于全寿命周期成本(life cycle cost,LCC)、网络损耗和电压偏差3个指标的综合接受度标准模型。然后提出采用改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm，ISSA)对模型进行求解，并在算法中引入高斯变异和Tent混沌，提高算法的全局搜索能力及收敛速度。最后以IEEE 33节点配电网系统为例进行仿真，考虑未接入和接入灵活配电单元2种情况，分别运用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法、麻雀搜索算法(sparrow search algorithm，SSA)和ISSA进行求解。结果表明，计及灵活配电单元可以有效控制系统潮流，改善配置DG后的系统运行状态，并且ISSA比其他算法的优化结果更高效准确。     

基于自适应步长ADMM的柔性配电网光-储协同分布鲁棒优化配置

针对柔性配电网的显著分区特征以及光伏出力的不确定特性,提出了一种区域间分布式优化及区域内两阶段优化方法,建立了基于自适应步长交替方向乘子法的光-储协同分布鲁棒优化配置模型。基于耦合支路法将柔性互联装置解耦,通过一致性约束协调各区域间的边界条件,利用自适应步长交替方向乘子法进行全局迭代分布式优化。以最小化柔性配电网的投资运行总成本为优化目标,建立基于数据驱动的各子区域两阶段分布鲁棒优化模型,并提出一种交直流混合凸松弛方法处理非线性非凸模型以便快速求解。基于改进相对熵构建光伏典型出力场景的不确定概率分布模糊集,通过列与约束生成算法求解两阶段分布鲁棒优化模型。以改进的某实际293节点柔性配电网为算例验证所建模型的有效性。