【电力系统】考虑分布式电源运行特性的有源配电网智能软开关SOP规划方法【IEEE33节点】附Matlab代码

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🔥 内容介绍

近年来，随着能源结构转型的加速推进，分布式电源（Distributed Generation, DG）在配电网中的渗透率日益提高。然而，大规模DG接入也给传统配电网的运行带来了新的挑战，例如电压波动、潮流逆向流动、电网稳定性降低等。为了应对这些挑战，有源配电网（Active Distribution Network, ADN）的概念应运而生，并得到了广泛的关注。智能软开关（Solid-State Open Switch, SOP）作为ADN的核心设备之一，能够实现配电网潮流的灵活控制、电压的有效调节以及故障的快速隔离，对于提高配电网运行的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。因此，针对考虑DG运行特性的有源配电网智能软开关SOP规划方法的研究，具有重要的理论意义和应用价值。本文将以IEEE 33节点系统为例，探讨一种考虑DG运行特性的SOP规划方法，旨在为提升ADN的运行效率和可靠性提供理论依据和技术支撑。

一、研究背景与意义

传统配电网通常采用辐射状结构，潮流方向固定，无法有效地利用DG产生的电力。随着DG的普及，配电网的运行模式发生了显著变化，传统的被动式配电网逐渐向有源配电网过渡。ADN通过引入先进的控制技术和智能设备，可以实现对DG的有效控制和利用，提高配电网的整体效率和可靠性。SOP作为一种新型的电力电子设备，可以替代传统的机械式开关，实现配电网潮流的灵活控制和电压的有效调节。相比于传统的机械式开关，SOP具有以下显著优势：

快速响应能力：
SOP基于电力电子技术，开关速度更快，能够实现毫秒级的切换，显著提高配电网的故障隔离和自愈能力。
潮流控制能力：
SOP能够精确地控制线路潮流的大小和方向，优化配电网的潮流分布，降低线路损耗，提高电压稳定性。
电压调节能力：
SOP可以通过控制其两端电压差来实现电压的有效调节，缓解因DG接入导致的电压波动问题，提高供电质量。
灵活组网能力：
SOP可以实现配电网不同区域之间的互联互通，形成更加灵活和可靠的网架结构，提高电网的抗风险能力。

然而，SOP的规划也面临着诸多挑战。一方面，SOP的成本较高，大规模部署会显著增加配电网的建设成本。另一方面，SOP的运行会受到DG出力特性、负荷变化以及电网运行状态的影响，需要综合考虑这些因素才能实现SOP的最优规划和运行。因此，如何在保证配电网运行安全可靠的前提下，合理规划SOP的位置和容量，充分发挥SOP的优势，降低建设成本，是当前研究的热点和难点。

二、相关研究现状

目前，国内外学者对SOP的规划方法进行了广泛的研究，主要集中在以下几个方面：

基于优化算法的SOP规划：
该方法通常以配电网的运行成本、网损、电压质量等指标为优化目标，采用不同的优化算法（例如遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等）来确定SOP的最佳位置和容量。例如，一些学者提出了基于多目标遗传算法的SOP规划方法，综合考虑了配电网的网损、电压稳定性和可靠性等多个目标。
基于灵敏度分析的SOP规划：
该方法通过分析不同节点对电压和潮流的灵敏度，确定SOP的最佳安装位置。例如，一些学者提出了基于节点电压灵敏度分析的SOP规划方法，选择对电压波动影响最大的节点安装SOP，以提高电压稳定性。
考虑DG运行特性的SOP规划：
该方法着重考虑DG出力特性的不确定性和波动性，通过采用不同的场景模拟方法或鲁棒优化方法，来保证SOP在各种运行场景下的稳定性和可靠性。例如，一些学者提出了基于蒙特卡洛模拟的SOP规划方法，模拟了不同DG出力场景下的电网运行状态，从而确定了SOP的最佳位置和容量。
基于多目标优化模型的SOP规划：
该方法综合考虑配电网的经济性、可靠性和安全性等多个目标，建立多目标优化模型，并采用相应的优化算法进行求解。例如，一些学者提出了基于非支配排序遗传算法（NSGA-II）的多目标SOP规划方法，综合考虑了配电网的网损、电压稳定性和供电可靠性等多个目标。

尽管上述研究取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处：

对DG运行特性的考虑不够全面：
现有研究大多只考虑DG出力的随机性，而忽略了DG的间歇性、波动性以及出力与负荷之间的相关性。
优化目标较为单一：
现有研究大多只考虑经济性或可靠性中的某一个或几个指标，而忽略了配电网运行的安全性、灵活性等其他重要指标。
优化算法的效率不高：
现有的优化算法在求解大规模配电网的SOP规划问题时，容易陷入局部最优解，且计算时间较长。

三、基于IEEE 33节点的SOP规划方法

本文以IEEE 33节点系统为例，提出一种考虑DG运行特性的有源配电网智能软开关SOP规划方法。该方法主要包括以下几个步骤：

DG运行特性建模：
首先，对DG的出力特性进行建模，包括DG的出力功率概率分布模型、DG出力时间序列模型以及DG出力与负荷之间的相关性模型。考虑到光伏发电的间歇性和波动性，可以采用Beta分布或Weibull分布来描述光伏发电的出力功率概率分布。考虑到风力发电的随机性和波动性，可以采用风速概率分布模型和风力发电功率曲线来描述风力发电的出力特性。
配电网潮流计算：
采用潮流计算方法，计算配电网在不同DG出力场景下的潮流分布、节点电压和线路潮流。可以采用牛顿-拉夫逊法、前推回代法等潮流计算方法。
SOP优化模型建立：
建立SOP的优化模型，包括目标函数和约束条件。目标函数可以包括配电网的网损、电压稳定性和可靠性等指标。约束条件可以包括潮流约束、电压约束、SOP容量约束以及开关状态约束等。
优化算法选择：
选择合适的优化算法，求解SOP的优化模型。可以采用遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等智能优化算法。为了提高优化算法的效率和精度，可以采用混合优化算法或改进的优化算法。
SOP规划方案评估：
对SOP的规划方案进行评估，包括对配电网的网损、电压稳定性、可靠性和经济性等指标的评估。