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摘要
柔性互聯技術是解決高比例分布式電源（distributed generation，DG）配電網面臨諸多問題的有用手腕之一。提出了一種基于多層優化的配電網中壓與低壓柔性互聯協調規劃方式。起首，樹立基于電力電子柔性互聯設備（flexible interconnected devices，FID）的中低壓柔性互聯配電網潮水模子。然后，構建三層協調規劃模子，上層以低壓FID年運行本錢及臺區變汽車材料報價壓器負載率的年方差最小為目標，中層以中壓FID年運行本錢及從上級電網年購電本錢最小為目標，分別決策低壓和中壓FID的安裝地位與容量，下層以各場景的從上級電網購電本錢最小為目標優化系統運行，并采用自適應粒子群優化和二階錐規劃相結合的混雜算法求解。最后，采用含高比例DG的IEEE 33節點配電Benz零件網進行算例剖析，通過柔性互聯規劃系統的年綜合運行本錢下降了19.01%，臺區變壓器負載率的年方差減少了82.59%，驗證了所提規劃模子的有用性。
01 基于VSC的中低壓柔性互聯潮水模子
配電網柔性互聯規劃，起首須確定中低壓柔性互聯采用的基礎結構。VSC具有雙向功率流動和低本錢的優勢，能夠實現潮水的四象限瞬時靈活把持，合適配電網柔性互聯的需求。低壓柔性互聯常采用VSC作為低壓FID，根據臺區接進的DG特徵及負荷需求，互聯結構可采用公共直流母線集中設置裝備擺設和分段疏散式設置裝備擺設，后者包含直流母線分段鏈式和直流母線分段環狀2種結構，適用于互聯臺區的間距較遠及供電靠賓士零件得住性請求較高的場景。中壓柔性互聯常以SOP作為中壓FID，SOP具體實現方法之一是采用背靠背電壓源型變流器（back to back voltage source converter，B2B VSC）。本文采用基于低壓VSC的直流母斯柯達零件線分段鏈式低壓柔性互聯結構，以及基于中壓B2B VSC的中壓柔性互聯結構。
圖1為一個中低壓柔性互聯配電網表示，配電網通過110 kV/10 kV變壓器從上級電網取電，中壓饋線和低壓臺區均接進DG，DG重要為風光發電；配電網含2條10 kV中壓饋線，其結尾節點通過中壓B2B VSC進行柔性互聯，中壓B2B VSC正常運行下常采用PQ–UdcQ把持方法，實現對2條饋線之間傳輸功率的靈活把油氣分離器改良版持；各低壓臺區通過10 kV/0.4 kV變壓器從中壓饋線取電，低壓VSC和交通負荷接在0.4 kV交通母線上，低壓臺區DG和直流負荷接到低壓VSC直流側母線上；不允許低壓臺區倒送電給中壓饋線，互聯臺區之間通過直流聯絡線相連，共同低壓VSC進行臺區間功率交換。
圖1 中低壓柔性互聯配電網表示
Fig.1 Schematic diagram of distribution network with medium-voltage and low-voltage flexible interconnection
在此基礎上，樹立基于VSC的中低壓柔性互聯配電網潮水模子。
1）節點功率均衡方程為
式中：Pi(t)、Qi(t)分別為配電網節點i在t時刻的注進有功和無功功率，取中壓B2B VSC 向電網節點注進功率為正標的目的；Ui(t)為節點i的電壓幅值；δik(t)、Gik、Bik別為節點i、k的相位差及其連接線路電導和導納，δik(t)=δi(t)–δk(t)，δi(t)、δk(t)分別為節點i、k的相位；Nbus為節點數；PDGM,i(t)、QDGM,i(t)，PVSCM,i(t)、QVSCM,i(t)分別為t時刻節點i的中壓饋線風光消納出力，中壓B2B VSC注進有功和無功功率；PTH,i(t)、QTH,i(t)為t時刻臺區i變壓器高壓側有功和無功功率。
2）中壓B2B 保時捷零件VSC將配電網節點i和節點m進行中壓柔性互聯，互聯功率方程為
式中：PVSCM,im(t)為t時刻中壓B2B VSCi–m節點間傳輸損耗；AVSCM,i、AVSCM,m為節點i、m處變流器的損耗系數；SVSCM,i(t)、SVSCM,m(t)為t時刻節點i、m處變流器的視在功率。
3）低壓柔性互聯功率方程。
低壓VSC將低壓臺區劃分為交通區域和直流區域，此中交通區域功率方程為
式中：PTL,i(t)、ΔPT0,i、ΔPTk,i分別為t時刻低壓臺區i變壓器低壓側有功功率、空載和額定負載有功損耗；βi(t)為低壓臺區變壓器負載率；PAI,i(t)、Audi零件PAO,i(t)、PDI,i(t)、PDO,i(t)分別為流進和流出臺區i變壓器的低壓VSC交通、直流端口有功功率，t時刻下PAI,i(t)、PAO,i(t)其一為0，PDI,i(t)、PDO,i(t)其一為0；PAL,i(t)為低壓臺區i的交通負荷有功功率；SVSCL,i(t)為低壓VSC的視在功率；QAI,i(t)為臺區德系車材料i流進低壓VSC交通端口的無功功率；AVSCL,i為低壓VSC的損耗系數。
直流區域功率方程為
式中：Ωi為與低壓臺區i互聯的臺區聚集；PDGL,i(t)為t時刻低壓臺區i的風光消納出力；PDL,i(t)為臺區i的直流負荷功率；PDL,ij(t)為互聯臺區i、j的直流聯絡線有功功率，PDL,ij(t)＞0表現臺區i向互聯臺區j輸送有功功率，反之，表現互聯臺區j向臺區i輸送有功功率；ADL,ij為直流聯絡線的功率傳輸損耗系數。
02 中低壓柔性互聯協調規劃模子
配電網中低壓柔性互聯規劃的目標是通過FID進行中壓饋線間及低壓臺區間的功率交互，實現分布式動力跨中壓饋線和低壓臺區消納，以及低壓臺區重載變壓器的負載轉移，進而實現配電網經濟優化與平安運行。
由中低壓柔性互聯配電網潮水模子可知，中壓互聯與低壓互聯的潮水具有耦合特征；此外，低壓柔性互聯裝置的安裝地位與安裝容量規劃問題重要受低壓VW零件臺區間距、有無接進DG，及負荷和臺區變壓器容量鉅細的影響。由此，本文將中壓互聯與低壓互聯進行協調規劃，并考慮到規劃與運行的聯合優化，采用分層的思惟，構建配電網中低壓柔性互聯三層協調規劃模子框架如圖2所示，此中，上層模子用于實現低壓柔性互聯的優化規劃，目標函數為低壓互聯裝置汽車材料年運行本錢及低壓臺區變壓器負載率的年方差最小；中層模子用于實現中壓柔性互聯的優化規劃，目標函數為中壓互聯裝置年運行本錢及從上級電網年購電本錢最小；下層模子以每個場景的從上級電網購電本錢最小為目標，實現中低壓柔性互聯配電網系統的運行優化。
圖2 中低壓柔性互聯三層規劃模子框架
Fig.2 Framework of medium-voltage and low-voltage flexible interconnection tri-level planning model
2.1 上層規劃模子
上層模子以低壓柔性互聯設備年運行本錢及低壓臺區變壓器負載率的年方差最小為目標，進行低壓柔性互聯的安裝地位及低壓VSC安裝容量的規劃，將其轉化為最小化函數為
式中：Fup為上層目標函數；ξ1、ξ2為子優化目標的系數；FFIDL為低壓柔性互聯設備年運行本錢，包含投資本錢等年值和年運行維護本錢；DVLR為低壓臺區變壓器負載率的年方差。
基于低壓VSC的直流母線分段鏈式低壓柔性互聯結構下，低壓柔性互聯裝置包含低壓VSC和直流聯絡線，考慮到直流聯絡線的電壓等級低且長度較短，其維護本錢作疏忽處理，則有
式中：Ω1為低壓臺區可聯組合聚集；xn表現Ω1中第n個組合的臺區能否互聯，xn=1表現該組合的臺區互聯，xn=0表現不互聯；Ω2為低壓臺區可聯聚集；SVSCLI,i為Ω2中臺區i低壓VSC的安裝容量；Ln為第n個組合的臺區間直流聯絡線長度；λVS小姑娘又坐回服務台，開始刷短視頻，也不知看到什CL、ωVSCL分別為低壓VSC的單位容量的投資本錢和年運行維護價格；уVSCL、уL分別為低壓VSC和直流聯絡線的應用年限；ρL為直流聯絡線的單位長度投資本錢；d為貼現率。
低壓臺區變壓器負載率的年方差為
式中：STH,i(t)為t時段臺區i變壓器高壓側視在功率，由下層前往；CT,i為汽車零件貿易商低壓臺區i變壓器的額定容量；NT為低壓臺區變壓器個數；πd為一年中典範日d包括的天數；D為典範日聚集；T為典範日的一切時段聚集。
上層規劃模子的約束條件為
式中：SVSCLm,i為臺區i低壓VSC的最年夜可安裝容量；SVSCLI為單位低壓VSC安裝容量，即低壓VSC最小可優化安裝容量；mVSCL,i為非負整數。
2.2 中層規劃模子
中層模子在由上層模子給定低壓柔性互聯的安裝地位及低壓VSC安裝容量下，以中壓互聯裝置年運行本錢與從上級電網年購電本錢之和最小為目標，獲得最優的中壓柔性互聯裝置的安裝地位與容量。該模子的目標函數為
式中：Fmed為中層目標函數；FFIDM為中壓柔性互聯設備年運行本錢；Fbuy為向上級電網年購電本錢，包含低壓臺區年購電本錢和網損。
中壓柔性互聯設備年運行本錢由中壓B2B VSC的投資本錢等年值和年運行維護本錢構成，為
式中：Ω3為中壓柔性互聯裝置可選安裝地位聚集；SVSCMI,i表現Ω3的中壓柔性互聯裝置i的安裝容量，取值為0時認為該地位不需求安裝中壓B2B VSC，在確定容量的同時也確定了安裝地位；λVSCM、ωVSCM分別為中壓B2B VSC的單位容量投資本錢和年運行維護價格；уVSCM為中壓B2B VSC的應用年限。
式中：PTHd,i(t)、PDGd,i(t)、PVSCMd,i(t)、Pd,l(t)、Qd,l(t)分別為典範日d下t時段的低壓臺區i變壓器高壓側有功功率、節點i的中壓饋線風光消納出力、中壓B2B V汽車零件報價SC注進有功功率、第l條線路有功和無功功率；NDA為低壓臺區個數，本文設置NDA=NT；Rl為第l汽車零件條線路電阻，Ue為配電網額定電壓；L為線路聚集；f(t)為分時購電價格；Δt為經濟運行優化周期。
中層規劃模子的約束條件為
式中：SVSCMm,i為中壓B2B VSC i的最年夜可安裝容量；SVSCMI為單位中壓B2B VSC安裝容量，即安裝中壓B2B VSC最小可優化安裝容量；mVSCM,i為非負整數。
2.3 台北汽車材料下層規劃模子
