华中科技大学专家在柔性多状态开关互联的微配网研究上取得新成果

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柔性多状态开关是未来微配网的新型电力电子设备，可用于改善电网潮流分布、提高分布式电源渗透率，并可在微电网孤岛运行后，实现较小冲击的柔性再并网。鉴于其造价高昂，针对由多微电网基于FMS互联构成的主动配电网，强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学）、易事特集团股份有限公司的研究人员李正天、叶雨晴、王子璇、吴宇奇、徐海波，在2021年《电工技术学报》增刊2上撰文，以运行经济性为目标，探究了柔性多状态开关接入位置和时序运行值。

传统配电网属于无源电网，从主网受电后，经由拓扑各异的配电网络对负荷进行供电。新能源出现后，配电网进化为有源配电网。渗透率较低时，分布式电源（Distributed Generation, DG）的工况不会影响电网运行。随着主动负荷的出现，部分区域的DG、负荷可以组织成有源微电网，继而借助合适的手段连接成配电网，此时，配电网便进化为主动配电网。

传统的联接媒介主要为交流联络线，但此类联接模式不易控制潮流，局部的扰动也会直接传导到配电网其他环节。与此同时，在微电网因外部故障或其他原因形成局部孤岛后，其再并网过程易产生新的冲击，影响配电网稳定运行。因此，需考虑先进的设备对各有源微电网进行互联。

柔性多状态开关（Flexible Multi-state Switch, FMS）是智能软开关（Soft Normal Open Point, SNOP）研究领域的最新成果，可以将不同电压等级和相位的微电网柔性互联，实现有功功率在配电网间的柔性传输。目前关于FMS的研究主要集中于控制策略和分区接入方法的研究，其运行优化特性可以参看FMS的相关研究成果。

FMS的接入可以改变配电网中的潮流流动，降低配电网的网损，帮助提升配电网运行的经济性。但FMS不同的安装位置、个数及时序运行值均会影响配电网的经济运行。因此，需针对上述因素对FMS进行合理规划。然而，当计及时序优化的规划模型与配电网整体经济性优化问题相结合后，将大大增加规划工作的复杂度。对此，可以将时序因素作为约束体现，将问题侧重点放在如何实现含FMS的配电网规划上，以确保模型的复杂程度落于能够有效求解的合理区间内。

强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学）、易事特集团股份有限公司的研究人员首先建立了主动式配电网的潮流模型，在此基础上充分计及FMS接入的影响，对其进行优化建模；然后，建立以配电网运行及建设成本为指标的目标函数，针对最终优化过程中的非线性求解问题，采用二阶锥模型转换的方式提高求解效率；最后，基于IEEE 33节点系统进行算例验证，对比了无FMS接入及不同FMS接入方案的配电网经济性指标和电压偏移量，进而做出最优评估和不同工况的运行分析，展现了FMS对于优化配电网运行的显著优势，通过对比显示了所提算法的计算高效性。

研究人员最后仿真分析验证了FMS在实现孤岛微电网零冲击并网中的有效性，并得到如下结论：

1）利用凸松弛技术将计及配电网动态运行时序的大规模非线性规划问题转换为二阶锥规划问题，能在保证最优解的同时，大幅提升模型的求解效率，减小占用内存。

2）算例结果显示，在FMS的调节下，配电网中的节点电压优化效果十分明显，潮流分布更加均衡，在不同运行场景下均能有效提升含新能源主动配电网的运行性能。随着接入配电网的FMS数量的增多，配电网中各节点电压越发趋于1(pu)。但是，FMS数量的增加也将带来更高的安装运维费用，从而导致目标配电网的运行经济性先变好再变差。

3）同时，在电网发生孤岛并且需要再并网时，FMS的接入可以发挥积极的作用，实现在电网恢复供电后的较短时间内完成微电网与大电网的功率联接，从而大大缓解了微电网运行的压力，为微电网预同步提供了可靠的支撑及充足的时间。

研究人员指出本课题在研究FMS接入的主动配电网经济性规划时，尚未考虑FMS的故障对电网运行所造成的损失。虽然本工作还不能断言含FMS的方案更优，但是在某个侧面体现了这类新型配电网的优势。目前，合理计及FMS的可靠性因素还存在较大的难度，未来将对此开展进一步研究。

本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“基于柔性多状态开关互联的微配网一体化规划及运行评估”，作者李正天、叶雨晴 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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