含電動(dòng)汽車和智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)

林文鍵，朱振山，2，溫步瀛

（1. 福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350108；2. 智能配電網(wǎng)裝備福建省高校工程研究中心，福建 福州 350108）

0 引言

配電網(wǎng)是電能從生產(chǎn)者到消費(fèi)者之間傳輸?shù)淖罱K環(huán)節(jié)，對(duì)能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重大影響?，F(xiàn)行的配電網(wǎng)存在以下問題：分布式能源（DG）的接入使配電網(wǎng)的潮流雙向流動(dòng)，線路損耗更加復(fù)雜且難以控制，這給配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來影響［1］；電動(dòng)汽車（EV）的普及使得負(fù)荷側(cè)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性，降低了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)僅通過配電網(wǎng)重構(gòu)（DNR）提高配電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性［2］。DNR 是指通過改變配電系統(tǒng)的開關(guān)組合尋求更好的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行拓?fù)?，從而改善?jié)點(diǎn)電壓以及降低網(wǎng)損。DNR 方法主要分為靜態(tài)重構(gòu)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)2 種。靜態(tài)重構(gòu)［3］在進(jìn)行DNR 時(shí)僅考慮單一時(shí)間斷面，假定整個(gè)時(shí)段的負(fù)荷恒定不變，局限性較大；動(dòng)態(tài)重構(gòu)［4］是對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的配電網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，以提升網(wǎng)絡(luò)的靈活性。實(shí)際配電網(wǎng)的負(fù)荷總是不斷變化的，動(dòng)態(tài)重構(gòu)更能應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

同時(shí)，由于EV的接入會(huì)加劇配電網(wǎng)末端節(jié)點(diǎn)的電壓降落以及增大網(wǎng)損［5-6］，為減輕EV 充電的隨機(jī)性對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的影響，需對(duì)EV充電負(fù)荷進(jìn)行有序調(diào)度。文獻(xiàn)［7］提出“延時(shí)”和“錯(cuò)峰”2 種充電策略，對(duì)EV 無序充電負(fù)荷進(jìn)行引導(dǎo)，但這2 種策略針對(duì)的均是EV 集群，不能實(shí)現(xiàn)EV 的分散式調(diào)度，存在較大的誤差。文獻(xiàn)［8］提出拉格朗日分散式優(yōu)化方法，但其對(duì)于需求響應(yīng)采用的是固定分時(shí)電價(jià)策略，不能實(shí)時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)。文獻(xiàn)［9］提出虛擬電價(jià)理論，可結(jié)合配電網(wǎng)的基礎(chǔ)負(fù)荷制定實(shí)時(shí)電價(jià)，用于提升EV負(fù)荷錯(cuò)峰填谷的效果。

近幾年，電力電子器件的發(fā)展為打破傳統(tǒng)配電網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)提供了新的思路，以智能軟開關(guān)（SOP）［10］為代表的電力電子柔性互聯(lián)器件，可用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的配電網(wǎng)物理開關(guān)，起到提升配電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性的作用。文獻(xiàn)［11］提出SOP接入位置和接入數(shù)量的不同會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大的影響。文獻(xiàn)［12］提出需求響應(yīng)和SOP的協(xié)同優(yōu)化可以減少配電網(wǎng)的運(yùn)行成本?，F(xiàn)有關(guān)于SOP 應(yīng)用的研究主要關(guān)注配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行方面［13-14］，而較少以SOP代替DNR時(shí)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。SOP在DNR 時(shí)代替聯(lián)絡(luò)開關(guān)，可以起到控制線路潮流和電壓水平的作用，從而增加配電網(wǎng)的靈活性。

目前，已有一些研究關(guān)注EV有序調(diào)度在配電網(wǎng)中的應(yīng)用［15］，但較少有研究應(yīng)用拉格朗日分散式優(yōu)化方法進(jìn)行EV調(diào)度，且一般采用固定分時(shí)電價(jià)策略來引導(dǎo)EV 的有序調(diào)度，EV 負(fù)荷的錯(cuò)峰填谷效果較差。此外，現(xiàn)有關(guān)于EV 調(diào)度的研究均未考慮與SOP和DNR 的聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行，不能充分發(fā)揮配電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)的能力。

綜上，本文在新能源接入的背景下，提出綜合考慮EV 和SOP 的多時(shí)段DNR 策略，有效利用EV 的有序調(diào)度和SOP 靈活控制潮流的特性，進(jìn)一步降低DNR 費(fèi)用，提高新能源的消納率。在算法方面，提出基于拉格朗日松弛分散式優(yōu)化方法和虛擬電價(jià)對(duì)EV 進(jìn)行有序調(diào)度，將包含DG、EV 和SOP 的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃（MISOCP）問題進(jìn)行求解。為提升求解速度，在DNR 模型中加入3類加速條件。為驗(yàn)證本文所提方法對(duì)于DNR經(jīng)濟(jì)性和電壓幅值的提升作用，在MATLAB 中采用CPLEX求解器進(jìn)行算例仿真分析。

1 EV調(diào)度模型

本文采用拉格朗日松弛分散式優(yōu)化方法和虛擬電價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)EV 進(jìn)行調(diào)度。拉格朗日松弛分散式優(yōu)化方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每輛EV 的充電優(yōu)化。以虛擬電價(jià)代替固定分時(shí)電價(jià)可實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)負(fù)荷的實(shí)時(shí)匹配，但虛擬電價(jià)本身不作為電價(jià)的真實(shí)結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)，僅用于根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷引導(dǎo)EV 負(fù)荷實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰填谷。

1.1 EV充電負(fù)荷基礎(chǔ)模型

假定在充電結(jié)束時(shí)EV電量可達(dá)到其期望值，且每輛EV 均愿服從充電調(diào)度。從出行需求角度考慮EV 到達(dá)目的地時(shí)是否需要充電，以預(yù)測(cè)每輛EV 的充電時(shí)段分布，得到預(yù)測(cè)的無序EV負(fù)荷［8］。

1）EV用戶的行駛里程。

每輛EV 上下班的行駛里程分布用對(duì)數(shù)概率密度函數(shù)fm(·)表示，如式（1）所示。

式中：tw、th分別為EV 到達(dá)單位和回到住宅的時(shí)間；期望μw=8.5；期望μh=17.5；標(biāo)準(zhǔn)差σs=0.5。

3）初始荷電狀態(tài)（SOC）。

根據(jù)實(shí)際情況，假定EV電量在上班之前都滿足車主出行的最低電量要求，數(shù)學(xué)模型為：

式中：SRd為EV 從單位（住宅）到住宅（單位）單程所需SOC；Sd1為1 km所消耗的SOC。

根據(jù)EV 的單程行駛距離，為考慮每輛EV 初始SOC的差異，可將EV的初始SOC表示為：

式中：Ss，i為第i輛EV 的初始SOC；Ai為N維（0，1）取值隨機(jī)行向量中的第i個(gè)值，N為EV數(shù)量。

對(duì)于已知初始SOC 和上下班單程距離的EV，首先應(yīng)判斷該EV 在到達(dá)單位或回到住宅后是否具有充電需求：若到達(dá)單位或回到住宅后EV的SOC滿足式（6），則為保證EV電量可以滿足出行要求，需對(duì)該EV進(jìn)行充電。

式中：SSOC(i)為第i輛EV 到達(dá)單位或回到住宅時(shí)的SOC；SRd(i)為第i輛EV 單程所需SOC；a為很小的常數(shù)，用于模擬電池的自放電。假設(shè)符合式（6）的EV均服從優(yōu)化調(diào)度，且其充電需求均能被滿足。

1.2 基于虛擬電價(jià)的EV充電調(diào)度

本文設(shè)定虛擬電價(jià)［9］的調(diào)度周期T=24 h，將調(diào)度周期離散成若干等長(zhǎng)的時(shí)段，每個(gè)時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)ΔT=0.25 h。虛擬電價(jià)和配電網(wǎng)基礎(chǔ)負(fù)荷的關(guān)系為：

式 中：γ(Pl，a(t)，t)為EV 接 入 時(shí) 刻t的 虛 擬 電 價(jià)，Pl，a(t)為t時(shí)刻接入配電網(wǎng)的總負(fù)荷，如式（9）所示；φ0、φ1、φ2為制定虛擬電價(jià)時(shí)的調(diào)整系數(shù)，為使虛擬電價(jià)與現(xiàn)行的峰谷電價(jià)處于同一比例金額，令φ0=-0.21元／（kW·h）；φR，0為負(fù)荷基準(zhǔn)值；[·]+表示max{0，·}；k取值1、2 分別表示峰時(shí)段、谷時(shí)段，Ppri，1、Ppri，2分別為峰時(shí)段、谷時(shí)段電價(jià)，φR，1、φR，2分別為峰時(shí)段、谷時(shí)段負(fù)荷均值。對(duì)式（7）求負(fù)荷的偏導(dǎo)，可得φ1≥0，因此總體上虛擬電價(jià)與當(dāng)前負(fù)荷水平呈正相關(guān)性，φ2的設(shè)置是為了使總負(fù)荷大于負(fù)荷基準(zhǔn)值時(shí)的虛擬電價(jià)有一個(gè)更大的提升。

式中：Pl，bc(t)為t時(shí)刻的基礎(chǔ)負(fù)荷；Pl，EV(t)為t時(shí)刻接入配電網(wǎng)的EV負(fù)荷。

1.3 拉格朗日松弛分散式優(yōu)化

1.3.1 集中式模型

集中式優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為在滿足EV用電需求的前提下EV的充電費(fèi)用F最小，即：

式中：Se，i為第i輛EV 的期望SOC；Cc為電池容量；η為充電效率。

2）EV可調(diào)度時(shí)間約束［16］。

設(shè)定EV 僅在接入時(shí)段末和離開時(shí)段的前一個(gè)時(shí)段末接受虛擬電價(jià)的調(diào)度，因此有：

式中：Pl，m為配電網(wǎng)所能承受的最大負(fù)荷。

1.3.2 拉格朗日松弛分散式優(yōu)化模型

1.3.1 節(jié)的優(yōu)化模型是針對(duì)集中式優(yōu)化方法的，本文采用拉格朗日松弛分散式優(yōu)化方法將集中式模型轉(zhuǎn)化為分散式模型。算法流程圖［17］如圖1 所示。圖中：ξ為約束條件數(shù)；λ（v）為第v次迭代的拉格朗日乘子；α(v)為第v次迭代的步長(zhǎng)；h(x(v))為第v次迭代對(duì)應(yīng)的次梯度與該次梯度對(duì)應(yīng)的1范數(shù)的比值。

圖1 拉格朗日松弛法的一般流程圖Fig.1 General flowchart of Lagrange relaxation method

根據(jù)圖1，將集中式優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為分散式模型的步驟如下。

1）目標(biāo)函數(shù)不變，仍為1.3.1節(jié)式（10）。

式中：λt為t時(shí)刻的拉格朗日乘子?？稍賹⑹剑?5）分解為針對(duì)每輛EV的子問題，如式（16）所示。

4）原問題與對(duì)偶問題的解。

將步驟2）中求得的Jt i代入原問題和對(duì)偶問題。若求得的原問題和對(duì)偶問題目標(biāo)函數(shù)的差值滿足精度要求，則可近似認(rèn)為對(duì)偶問題的解即為原問題的解；否則，對(duì)λt進(jìn)行更新。

5）采用次梯度法對(duì)λt進(jìn)行更新。

由于對(duì)偶問題是非光滑的，因此采用次梯度法。次梯度法是從一個(gè)初值出發(fā)，沿著次梯度的方向進(jìn)行迭代，設(shè)k為迭代次數(shù)，k=1時(shí)先給λt一個(gè)初值，迭代公式為：

式中：ε為拉格朗日乘子的迭代率。此時(shí)對(duì)偶問題的下確界為原問題的最優(yōu)解，迭代結(jié)束。

2 DNR的MISOCP模型

本文對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的研究分為2 個(gè)階段：第1 階段根據(jù)配電網(wǎng)提供的基礎(chǔ)負(fù)荷信息制定虛擬電價(jià)，再通過拉格朗日松弛分散式優(yōu)化方法和虛擬電價(jià)實(shí)現(xiàn)EV 負(fù)荷的有序調(diào)度；第2 階段根據(jù)制定的EV 充電計(jì)劃以及配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的區(qū)域劃分和負(fù)荷分配，將EV負(fù)荷接入配電網(wǎng)，在風(fēng)、光等清潔能源接入的背景下，建立含EV和SOP的多時(shí)段配電網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)模型，提升配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電壓水平。對(duì)于模型中存在的非線性約束，采用二階錐松弛和大M法進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化。

2.1 DNR的目標(biāo)函數(shù)

本文提出的模型以棄風(fēng)懲罰、棄光懲罰、網(wǎng)損費(fèi)用、SOP 損耗費(fèi)用和開關(guān)動(dòng)作費(fèi)用之和最小為目標(biāo)函數(shù)，即：

式中：C為DNR 模型的總費(fèi)用；Bline為配電網(wǎng)中含聯(lián)絡(luò)線的所有支路集合；Bsop為配電網(wǎng)中接入SOP的節(jié)點(diǎn)集合；Bwind為配電網(wǎng)中接入風(fēng)電機(jī)組的節(jié)點(diǎn)集合；Bpv為配電網(wǎng)中接入光伏的節(jié)點(diǎn)集合；Closs、Cswitch、Csoploss、Cwindloss、Cpvloss分別為網(wǎng)損費(fèi)用系數(shù)、開關(guān)動(dòng)作費(fèi)用系數(shù)、SOP 運(yùn)行費(fèi)用系數(shù)、棄風(fēng)費(fèi)用系數(shù)和棄光費(fèi)用系數(shù)；It ij為t時(shí)刻流經(jīng)支路ij的電流；αtij為支路ij的開閉狀態(tài)，是0-1變量，其值為0時(shí)表示t時(shí)刻支路ij斷開，為1時(shí)表示t時(shí)刻支路ij閉合；Pt，soplossi為t時(shí)刻SOP 接入節(jié)點(diǎn)i上換流器的損耗；Pt，windfi和Pt，pvfi分 別為t時(shí)刻風(fēng)電接入節(jié)點(diǎn)和光伏接入節(jié)點(diǎn)發(fā)出的有功功率；Pt，windi和Pt，pvi分別為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組節(jié)點(diǎn)和光伏節(jié)點(diǎn)接入電網(wǎng)的實(shí)際功率。

2.2 約束條件

1）DistFlow潮流約束。

DistFlow［18］是一種以支路功率為研究對(duì)象的潮流模型，本文所用的DNR的DistFlow潮流模型為：

式中：Bn為配電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的集合；Bf為配電網(wǎng)中根節(jié)點(diǎn)的集合；Nn和Nf分別為所有節(jié)點(diǎn)數(shù)和所有根節(jié)點(diǎn)數(shù)。

為減少開關(guān)狀態(tài)的尋優(yōu)時(shí)間，本文對(duì)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)約束［19］。根據(jù)IEEE 33 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的拓?fù)涮攸c(diǎn)，將支路分為不在環(huán)中的“樹狀支路”和在環(huán)中的“環(huán)狀分支”2 種。在滿足配電網(wǎng)輻射狀且無孤島運(yùn)行的要求下，增加3 種“加速性約束”：放射型支路全部閉合；非環(huán)狀分支路集合至多有1 條支路斷開；環(huán)狀支路集合至少有1條支路斷開。

3）開關(guān)動(dòng)作次數(shù)約束。

為了保證開關(guān)在使用周期內(nèi)正常運(yùn)行，減少開關(guān)動(dòng)作對(duì)開關(guān)使用壽命的影響，保證配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，需要對(duì)開關(guān)動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行限制，即：

6）DG出力模型。

對(duì)于DG 的建模，本文考慮風(fēng)電和光伏出力的特點(diǎn)不同，設(shè)置不同的出力上限來限制DG 的出力，不考慮DG出力的不確定性，模型為：

8）ESS模型。

ESS 的設(shè)置可以起到平緩常規(guī)發(fā)電機(jī)出力以及提升風(fēng)、光出力的作用，因此配電網(wǎng)中需加上ESS。但ESS 需滿足多時(shí)段的約束限制，ESS 的存在會(huì)使DNR過程中存在時(shí)間上的耦合，約束如下。

（1）充放電狀態(tài)約束，即：

2.3 優(yōu)化流程

本文的優(yōu)化調(diào)度流程圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化調(diào)度流程圖Fig.2 Flowchart of optimal scheduling

3 仿真和優(yōu)化

3.1 EV優(yōu)化分析與負(fù)荷分配

設(shè)置配電網(wǎng)一天內(nèi)服務(wù)的EV數(shù)量為100輛，EV電池容量為30 kW·h，額定充電功率為10 kW，充電效率為0.9，EV 充電后離開的期望SOC 均為0.9。通過判定EV 早晚出行到達(dá)目的地后的SOC 是否滿足下一次出行要求來確定EV是否需要充電。

附錄A 圖A1 為配電網(wǎng)基礎(chǔ)負(fù)荷疊加無序EV 充電負(fù)荷示意圖。由圖可以看出，無序充電的EV車主充電習(xí)慣與生活用電習(xí)慣有重疊部分，這造成配電網(wǎng)負(fù)荷峰值進(jìn)一步提升，出現(xiàn)“峰上加峰”的現(xiàn)象，而通過與配電網(wǎng)負(fù)荷匹配的動(dòng)態(tài)虛擬電價(jià)調(diào)度之后，有序EV負(fù)荷接入配電網(wǎng)改變了高峰時(shí)段EV車主的充電習(xí)慣，將高峰時(shí)段的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到了低谷時(shí)段，起到了較好的填谷作用，如附錄A 圖A2配電網(wǎng)基礎(chǔ)負(fù)荷疊加有序EV充電負(fù)荷示意圖所示。

在提取出無序充電的EV 負(fù)荷和有序充電的EV負(fù)荷數(shù)據(jù)后，對(duì)配電網(wǎng)的區(qū)域劃分進(jìn)行改進(jìn)，將配電網(wǎng)分為商業(yè)區(qū)、辦公區(qū)和住宅區(qū)。假設(shè)：白天時(shí)，80%的EV 車主出行到辦公區(qū)，15%的EV 車主出行到商業(yè)區(qū)，5%的EV 車主留在住宅；傍晚時(shí)，95%的EV車主回到住宅區(qū)，5%的EV車主留在辦公區(qū)。無序充電的EV負(fù)荷和有序充電的EV負(fù)荷均按照該規(guī)律進(jìn)行負(fù)荷分配。配電網(wǎng)的區(qū)域劃分圖如附錄B 圖B1所示。

3.2 SOP接入對(duì)配電網(wǎng)的影響

3.2.1 SOP接入位置和接入數(shù)量分析

對(duì)于DNR 模型，本文通過二階錐松弛將模型轉(zhuǎn)化為可用求解器CPLEX 求解的MISOCP 問題。配電網(wǎng)的額定電壓為12.66 kV，基準(zhǔn)容量為10 MW，母線0為根節(jié)點(diǎn)，電壓為1.00 p.u.，為維持配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，設(shè)定電壓最小值為0.95 p.u.，最大值為1.05 p.u.。在節(jié)點(diǎn)19 和節(jié)點(diǎn)32 接入ESS。DNR 的目標(biāo)函數(shù)中網(wǎng)損費(fèi)用系數(shù)、開關(guān)動(dòng)作費(fèi)用系數(shù)、SOP 運(yùn)行費(fèi)用系數(shù)、棄風(fēng)費(fèi)用系數(shù)和棄光費(fèi)用系數(shù)分別取為400元／（MW·h）［20］、2元／次［20］、400元／（MW·h）［21］、400 元／（MW·h）［22］和400 元／（MW·h）［22］。在聯(lián)絡(luò)線支路涉及的節(jié)點(diǎn)接入容量為1 MW 的SOP。在節(jié)點(diǎn)11 和節(jié)點(diǎn)24 接入風(fēng)電機(jī)組，在節(jié)點(diǎn)17 和節(jié)點(diǎn)21接入光伏電站，所有DG 均為恒功率因數(shù)發(fā)電，功率因數(shù)為0.95，DG出力曲線如附錄C圖C1所示。

在無EV 接入時(shí)，設(shè)置如下5 個(gè)場(chǎng)景來分析SOP對(duì)DNR 的影響：場(chǎng)景1，未接入SOP 的DNR；場(chǎng)景2，線路8-14 接入SOP 的DNR；場(chǎng)景3，線路11-21 接入SOP 的DNR；場(chǎng)景4，線路8-14 和線路11-21 接入SOP 的DNR；場(chǎng)景5，線路8-14、線路11-21 和線路17-32 接入SOP 的DNR。DG 滲透率均為40%。

各場(chǎng)景下的DNR運(yùn)行費(fèi)用如表1所示。由表可知：滲透率為40%時(shí)DG 可以被配電網(wǎng)完全消納；與場(chǎng)景1 相比，場(chǎng)景2 的網(wǎng)損費(fèi)用減少23.46%，SOP 費(fèi)用增加24.63 元，總費(fèi)用減少60.12 元；場(chǎng)景2 和場(chǎng)景3 在不同位置接入單一SOP 對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響不同，但是相較于場(chǎng)景1，接入SOP 均會(huì)減少總費(fèi)用和網(wǎng)損費(fèi)用；與場(chǎng)景1 相比，場(chǎng)景4 的總費(fèi)用減少69.28 元，網(wǎng)損費(fèi)用減少26.21%，與場(chǎng)景3 相比，場(chǎng)景4 的總費(fèi)用減少24.81 元，網(wǎng)損費(fèi)用減少30.46元；與場(chǎng)景4 相比，雖然場(chǎng)景5 的SOP 運(yùn)行費(fèi)用增加12.39 元，但是網(wǎng)損費(fèi)用減少47.63 元，總費(fèi)用減少35.24元。

表1 無EV接入場(chǎng)景下DNR運(yùn)行費(fèi)用Table 1 DNR operation cost of scenarios without EVs

3.2.2 SOP對(duì)DNR節(jié)點(diǎn)電壓的影響

為更好地體現(xiàn)SOP 維持電壓的作用，選用19:00時(shí)各節(jié)點(diǎn)的電壓。附錄D 圖D1 為未接入SOP 和接入單一SOP 的節(jié)點(diǎn)電壓圖。由圖可以看出，接入SOP時(shí)DNR的電壓質(zhì)量更好。

3.3 EV接入分析

3.3.1 EV接入下SOP的作用分析

為分析EV接入時(shí)SOP在有序和無序EV充電模式下的作用，設(shè)置以下5 個(gè)場(chǎng)景：場(chǎng)景6，接入無序EV 和不接入SOP 的DNR；場(chǎng)景7，接入有序EV 和不接入SOP 的DNR；場(chǎng)景8，接入無序EV 和線路7-20接入SOP 的DNR；場(chǎng)景9，接入有序EV 和線路7-20接入SOP的DNR；場(chǎng)景10，接入有序EV和線路7-20、11-21接入SOP的DNR。DG滲透率均為40%。

各場(chǎng)景下的DNR運(yùn)行費(fèi)用如表2所示。由表可知：在接入無序EV 和有序EV 時(shí)40%滲透率的DG仍可以完全被配電網(wǎng)消納；未接入SOP 時(shí)，對(duì)EV 進(jìn)行有序調(diào)度之后再將其接入配電網(wǎng)中，可以在一定程度上減少總費(fèi)用；若再接入SOP，則會(huì)更進(jìn)一步減少總費(fèi)用；配電網(wǎng)接入有序調(diào)度的EV 之后，再在線路7-20、11-21 接入SOP，會(huì)大幅減少網(wǎng)損費(fèi)用，從而使總費(fèi)用減少。

表2 有EV接入場(chǎng)景下的DNR運(yùn)行費(fèi)用Table 2 DNR operation cost of scenarios with EVs

3.3.2 EV和SOP接入下DG滲透率靈敏度分析

本節(jié)在線路8-14 接入單一SOP 和接入有序EV背景下進(jìn)行算例仿真分析。表3 為不同DG 滲透率下的模型求解結(jié)果。

表3 不同DG滲透率下的模型求解結(jié)果Table 3 Model solution results under different permeabilities of DG

由表3 可知：DG 滲透率為20%時(shí)，DNR 總費(fèi)用較高，這是由于此時(shí)雖然DG 完全被配電網(wǎng)消納，但是還需要較多變電站節(jié)點(diǎn)出力，因此網(wǎng)損費(fèi)用較高；DG 滲透率為40%和60%時(shí)，DG 出力完全被配電網(wǎng)消納，由于負(fù)荷較多地利用較近的DG 出力，這使網(wǎng)損費(fèi)用減少，從而使DNR 總費(fèi)用減少；DG 滲透率提高到80%時(shí)，此時(shí)DG 出力無法完全被配電網(wǎng)消納，網(wǎng)損費(fèi)用增加，同時(shí)產(chǎn)生棄風(fēng)、棄光費(fèi)用，導(dǎo)致配電網(wǎng)總費(fèi)用增加。

4 結(jié)論

本文在風(fēng)、光等新能源接入背景下，考慮負(fù)荷特性的不同，對(duì)EV 充電負(fù)荷進(jìn)行有序調(diào)度，以DNR 總費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，建立計(jì)及SOP和EV的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的二階錐模型，通過算例分析得到以下結(jié)論。

1）EV 車主的充電習(xí)慣與生活習(xí)慣息息相關(guān)，無序EV 負(fù)荷接入配電網(wǎng)會(huì)使負(fù)荷“峰上加峰”。應(yīng)用拉格朗日松弛分散式優(yōu)化方法和虛擬電價(jià)可有效引導(dǎo)EV有序充電，提升錯(cuò)峰填谷的效果。

2）采用SOP 代替配電網(wǎng)的傳統(tǒng)開關(guān)，通過算例分析可知，SOP 的接入可有效減少網(wǎng)損費(fèi)用和配電網(wǎng)總費(fèi)用以及提高節(jié)點(diǎn)電壓水平。

3）通過比較SOP接入位置和接入數(shù)量的不同對(duì)配電網(wǎng)的影響發(fā)現(xiàn)，接入位置的不同對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用的減少效果有所不同，但總趨勢(shì)是減少配電網(wǎng)運(yùn)行的總費(fèi)用，同時(shí)多個(gè)位置接入SOP 對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用的減少效果更加明顯。

4）同時(shí)考慮SOP和EV的有序調(diào)度，可降低配電網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)提高風(fēng)、光能源的消納率。

5）配電系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力有一定限度。當(dāng)新能源滲透率過高導(dǎo)致系統(tǒng)無法消納時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生棄風(fēng)、棄光費(fèi)用，還會(huì)加劇配電系統(tǒng)的負(fù)荷峰谷差，增加網(wǎng)損費(fèi)用。

本文中尚未考慮EV 充電站和SOP 的選址與定容問題，后續(xù)筆者將對(duì)這2 類問題進(jìn)行進(jìn)一步研究，使得配電網(wǎng)能夠更有效地應(yīng)對(duì)負(fù)荷側(cè)和電源側(cè)的波動(dòng)。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.epae.cn）。