楊德龍

（江西理工大學）

0 引言

中國旨在2030年前實現“碳排放達峰”，在2060年前實現“碳中和”，這將使可再生能源發(fā)電技術迎來跨越式發(fā)展，而風電、光伏等新能源的高比例接入配電網將改變原有電壓分布情況［1］。與此同時，儲能、電容器組、靜止無功發(fā)生器（StaticVARGenerator，SVG）等裝置的廣泛應用使得傳統(tǒng)配電網升級為主動配電網（ActiveDistributionNetwork，ADN）。如何利用ADN的控制特性，使得在接納新能源并網的同時降低配電網的網絡損耗，從而提高配電網的運行經濟性，是一個值得研究的問題［2－4］。

最優(yōu)潮流模型的求解主要分為人工智能方法與數值分析方法。粒子群算法［5］、飛蛾撲火算法［6］等人工智能算法適用性較高，但是無法保證求解最優(yōu)性和實效性，而混合整數規(guī)劃模型［7］、二階錐松弛模型［8］等數值分析方法由于在一定程度上克服了這些問題，得到了廣泛應用。

綜上所述，本文首先介紹了二階錐規(guī)劃理論及其特性。其次，計及儲能、分布式電源、無功調節(jié)裝置等設備的運行，構建了以全網有功損耗最低為目標的多時段配電網最優(yōu)潮流模型。最后，通過算例驗證了所提模型的有效性。

1 二階錐規(guī)劃模型

二階錐規(guī)劃是一種凸優(yōu)化模型，其形式可以表示為：

式中，變量x∈RN；常系數c∈RN，A∈RM×N，b∈RM；C表示凸錐空間，分為兩種形式。

二階錐規(guī)劃模型具有良好的可求解性和求解時效性，本文將其用于ADN的最優(yōu)潮流建模。

2 ADN多時段最優(yōu)潮流模型

典型的輻射式配電網結構如圖1所示，通過i→j表示從節(jié)點i指向節(jié)點j的支路，iij、zij、sij分別表示i→j支路的復電流、復阻抗、首端復功率，si表示節(jié)點i的注入復功率。

圖1 輻射式配電網

儲能、分布式電源等設備的引入產生了時序性變量，基于文獻［9］所提出的distflow支路潮流模型，提出以全網所有支路全時段有功損耗最低為目標的配電網多時段最優(yōu)潮流二階錐規(guī)劃模型。

2.1 目標函數

以ADN多時段全網有功損耗最小為目標，可以表示為：

式中，Δt表示每個調度時段的時長，T表示優(yōu)化周期的調度時段數，rij和lij，t分別表示i→j支路的電阻以及t時段支路電流模值的平方。

2.2 約束條件

由于分布式電源、無功調節(jié)設備等裝置的引入，需要在考慮潮流安全約束的基礎上考慮附加設備的運行約束。

3 算例分析

3.1 算例參數

算例基于如圖2所示的改進IEEE-33節(jié)點配電網，采用標幺制計算，設定基準容量SB＝10MVA，基準電壓UB＝12.66kV，分布式電源、儲能、無功調節(jié)裝置等設備的接入點和容量等信息列于下表，線路及負荷等電氣參數參考文獻［10］。利用Python語言構建優(yōu)化模型，并調用Gurobi包求解。

圖2 改進的IEEE-33配電網結構

表 配電網接入設備信息

3.2 ADN運行狀態(tài)分析

為對比優(yōu)化模型的有效性，設情景1下不考慮分布式電源、儲能、無功裝置等設備的接入，設情景2計及這些設備的接入，分別分析兩種情景下的ADN運行狀態(tài)。

將情景1下配電網在調度周期內的節(jié)點電壓、支路電流、支路有功和無功功率繪制于圖3。分析可知，配電網中各支路的電流和流通功率呈現明顯的峰谷效應，位于配電饋線末段的18號節(jié)點電壓最低，谷值為11.51kV，1→2支路通過電流最高，峰值為0.212kA。調度周期內，配電網累計消耗有功電量77.9MWh，消耗無功電量48.4Mvarh，全網所有支路有功損耗3.4MWh。

圖3 情景1下配電網運行狀態(tài)

將情景2下的配電網運行狀態(tài)繪制于圖4。分析可知，位于配電饋線末段的18號節(jié)點電壓最低，谷值為12.02kV，比情景1提高了4.43%，1→2支路通過電流最高，峰值為0.142kA，比情景1降低了33.02%。由于電容器組和SVG的調節(jié)作用，無功曲線波紋較為明顯，同時線路中流通的無功功率顯著降低。

圖4 情景2下配電網運行狀態(tài)

調度周期內，儲能系統(tǒng)累計充電電量1.62MWh，累計放電1.42MWh，光伏和風電的累計并網電量為6.01MWh和13.41MWh，接于30號節(jié)點的電容器組補償量最高，累計發(fā)出無功12.33Mvarh，接于27號節(jié)點的SVG補償量最低，累計吸收無功2.31Mvarh。配電網累計消耗有功電量56.2MWh，比情景1降低了27.86%，消耗無功電量9.1Mvarh，比情景1降低了81.20%，全網所有支路全時段累計有功損耗為1.1MWh，比情景1降低了67.65%。

4 結束語

配電網的潮流優(yōu)化是一個非凸非線性問題，本文以配電網全網有功損耗最小為目標，提出了一種主動配電網的最優(yōu)潮流模型。首先介紹了二階錐規(guī)劃理論及其特性。其次基于distflow支路潮流方程，將儲能、分布式電源、無功調節(jié)裝置的運行納入模型約束，得到多時段的最優(yōu)潮流模型。最后，基于IEEE-33節(jié)點系統(tǒng)的算例驗證了所提模型能有效降低配電網中流通的無功功率，使網絡損耗下降67.75%，證明了模型的有效性。后續(xù)的研究中，還應當根據數據中心、虛擬電廠等技術的發(fā)展，進一步擴展模型的適用范圍。