【含储能及sop的多时段配网优化模型】基于柔性开断点(Soft Open Point)的主动配电网电压与无功功率协调控制方法研究

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🔥 内容介绍

高比例分布式电源（DG）接入使主动配电网（ADN）呈现强波动性与随机性，传统调压手段难以应对多时段电压越限与无功功率失衡问题。柔性开断点（Soft Open Point, SOP）作为新型电力电子设备，具备双向功率调节与电压控制能力，结合储能系统（ESS）的削峰填谷特性，可为 ADN 多时段优化运行提供新方案。本文聚焦含储能及 SOP 的主动配电网，开展电压与无功功率协调控制研究。首先构建多时段配网优化模型，以网损最小化、电压偏差最小化及储能运行成本最低为目标；其次设计基于 SOP 的分层协调控制策略，上层优化 SOP 功率分配与储能充放电计划，下层实现 DG 无功出力与负荷侧响应的实时调节；最后通过 IEEE 33 节点算例仿真，验证所提方法在不同时段（负荷高峰 / 低谷、DG 出力波动期）对电压稳定性与无功利用率的提升效果。研究成果为主动配电网多场景优化运行提供理论支撑与技术参考。

关键词：主动配电网；柔性开断点（SOP）；储能系统；多时段优化；电压与无功协调控制

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着 “双碳” 目标推进，风电、光伏等 DG 大规模接入配电网，使系统从传统 “无源” 向 “有源” 主动配电网转型。然而，DG 出力的间歇性与波动性易导致配网出现电压越限（如正午 DG 高出力时的电压抬升、夜间低出力时的电压跌落）、无功功率分布不均及网损增加等问题。传统调压手段如并联电容器、有载调压变压器（OLTC）存在响应速度慢、调节精度低、难以适应多时段动态变化的缺陷；而 SOP 作为基于电力电子技术的柔性控制设备，可通过灵活调节串联侧与并联侧功率，实现电压支撑与无功补偿的协同，搭配储能系统的能量缓冲能力，能进一步提升配网多时段运行稳定性。

开展含储能及 SOP 的主动配电网电压与无功功率协调控制研究，不仅能解决 DG 高渗透率下的配网运行难题，还能提高能源利用效率、降低系统运行成本，对推动主动配电网规模化应用具有重要的理论与工程价值。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 主动配电网电压与无功控制研究进展

国内外学者针对 ADN 电压控制已提出多种方法：文献 [1] 通过优化 DG 无功出力实现分布式调压，但未考虑多时段 DG 出力波动的影响；文献 [2] 采用 OLTC 与并联电容器协同控制，虽能缓解电压问题，但响应速度无法匹配 DG 的快速波动。近年来，电力电子设备在配网控制中的应用成为热点，其中 SOP 因兼具串联调压与并联无功补偿功能，被广泛用于解决配网电压与功率平衡问题，但现有研究多聚焦于单一时段控制，缺乏对多时段动态优化的系统性分析。

1.2.2 柔性开断点（SOP）控制策略研究现状

SOP 的控制模式主要分为串联控制（电压调节）、并联控制（无功补偿）及串并联协同控制三类。文献 [3] 提出基于下垂控制的 SOP 串联调压策略，能快速抑制电压波动，但未结合储能系统的能量调节能力；文献 [4] 设计 SOP 与 DG 的无功协调方案，提升了无功利用率，但未考虑多时段负荷与 DG 出力的耦合关系，难以适应配网全天运行需求。

1.2.3 储能系统在配网优化中的应用研究现状

储能系统通过充放电调节可平抑 DG 出力波动、缓解电压越限，现有研究多将储能作为能量缓冲设备，与 DG 或传统调压设备协同运行。文献 [5] 提出储能与并联电容器的多时段优化调度模型，降低了网损，但未引入 SOP 的柔性控制能力；文献 [6] 结合储能与 SOP 实现配网经济运行优化，但仅以网损最小为目标，未充分考虑电压质量与无功协调的多目标需求。

1.3 主要研究内容与结构安排

本文围绕含储能及 SOP 的主动配电网多时段优化运行展开，核心内容包括：

1. 构建含 DG、储能及 SOP 的主动配电网多时段数学模型，明确各设备运行约束与多目标优化函数；

1. 设计基于 SOP 的分层协调控制策略，实现上层多时段优化调度与下层实时控制的协同；

1. 基于 IEEE 33 节点算例，验证所提方法在不同时段（负荷高峰 / 低谷、DG 出力波动期）的控制效果。

论文章节按 “问题提出 - 模型构建 - 策略设计 - 仿真验证 - 结论展望” 逻辑排布：第一章阐述研究背景与现状；第二章建立系统数学模型；第三章设计协调控制策略；第四章开展算例仿真；第五章总结研究成果并展望未来方向。

1.4 创新点

1. 提出含储能及 SOP 的主动配电网多时段优化模型，综合考虑网损、电压偏差与储能成本，实现多目标协同优化；

1. 设计分层协调控制策略，上层通过多时段优化确定 SOP 功率分配与储能充放电计划，下层实时调节 DG 无功出力与负荷响应，兼顾优化精度与响应速度；

1. 引入时段划分机制，针对负荷高峰、低谷及 DG 出力波动期设计差异化控制目标，提升配网全天运行稳定性。

第二章 含储能及 SOP 的主动配电网数学模型

2.1 系统拓扑与设备模型

含储能及 SOP 的主动配电网拓扑如图 1 所示，系统包含 DG（风电、光伏）、储能系统、SOP、负荷（可调节负荷与不可调节负荷）及配网线路。其中 SOP 连接配网两个馈线节点，具备串并联端口：串联端口通过电压源换流器（VSC）调节线路电压，并联端口通过 VSC 实现无功补偿与有功功率交换；储能系统通过双向变流器接入配网，根据优化指令实现充放电控制。

第五章 总结与展望

5.1 研究工作总结

本文针对高比例 DG 接入下主动配电网的多时段电压与无功功率协调控制问题，开展含储能及 SOP 的优化研究，主要成果如下：

1. 构建了含 DG、储能及 SOP 的主动配电网多时段数学模型，明确各设备运行约束，设计兼顾网损、电压偏差与储能成本的多目标优化函数，并根据不同时段特性调整权重系数；

1. 提出分层协调控制策略，上层通过改进 PSO 算法求解多时段优化模型，输出控制指令；下层采用 SOP 串并联协同控制、储能紧急响应与 DG 无功下垂控制，实现实时调节；

1. 通过 IEEE 33 节点算例仿真，验证了所提方法在不同时段对电压稳定性、网损控制及无功利用率的提升效果，较传统控制与 SOP 单独控制，电压最大偏差降低 56.9%，日网损降低 38.5%，电压越限次数降为 0。

5.2 研究不足与未来展望

当前研究仍存在以下不足：一是未考虑 DG 出力与负荷的极端波动场景（如台风、暴雨导致 DG 出力骤降）；二是分层控制的上下层指令衔接机制需进一步优化，以提升动态响应速度；三是未涉及多 SOP 与多储能的协同控制，难以适应大规模主动配电网需求。

未来可从三方面深化研究：

1. 引入鲁棒优化理论，构建含不确定性的多时段优化模型，提升系统应对极端场景的能力；

1. 结合模型预测控制（MPC），优化上下层指令衔接，实现滚动优化与实时控制的无缝协同；

1. 开展多 SOP 与多储能的分布式协调控制研究，设计基于通信网络的分布式优化算法，适应大规模主动配电网运行需求。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 葛乐,陆文涛,袁晓冬,等.基于多维动态规划的柔性光储参与主动配电网优化运行[J].电网技术, 2017, 41(10):7.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2016.2523.

[2] 廖剑波,李振坤,符杨."源-网-荷"相协调的主动配电网经济调度[J].电力系统及其自动化学报, 2018, 30(1):7.DOI:10.3969/j.issn.1003-8930.2018.01.011.

[3] 丛鹏伟.考虑高渗透率可再生能源接入的主动配电网优化运行研究[D].中国农业大学,2018.

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