学术简报︱考虑动态网络重构的主动配电网优化运行策略
华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室、电力安全与高效湖北省重点实验室、中国电力科学研究院有限公司、国网安徽省电力有限公司电力科学研究院的研究人员李超、苗世洪、盛万兴、张迪、胡世骏，在2019年第18期《电工技术学报》上撰文指出，动态网络重构（DNR）技术可以有效降低配电网的经济运行成本和可再生分布式电源（RDG）的弃风/光率。
建立一种考虑DNR的主动配电网优化运行模型，该模型以配电网综合运行成本最低为目标，综合考虑DNR开关、RDG、无功补偿装置等可调资源，在满足配电网运行约束的条件下有效提升配电网的RDG消纳率；提出基于二阶锥松弛及变量乘积线性化的模型转化方法，通过对约束条件中的非凸源进行凸化处理，将原始非凸优化模型转化为一个混合整数二阶锥规划（MISOCP）问题，从而大大降低求解的复杂度；最后采用扩展IEEE 33节点配电网系统进行仿真计算，计算结果证明了所提模型及其转化方法的有效性。
近年来，为应对气候变化、解决能源危机和促进节能减排，大力发展风电发电和太阳能发电等可再生能源已成为国内外的共识。根据《能源发展“十三五”规划》和《可再生能源发展“十三五”规划》，国家将继续大力发展风电发电和太阳能发电，通过多种措施实现可再生能源的分布式开发和就地消纳。
随着可再生能源大规模以分布式发电的方式接入配电网，在某些局部配电网的部分时段，甚至出现了可再生分布式电源（Renewable Distributed Generation, RDG）渗透率超过100%的状况，而一些接在配电网末端的分布式电源会带来严重的过电压问题，影响配电网对可再生能源的消纳能力。
为了解决大规模RDG接入配电网带来的问题，“主动配电网”的概念应运而生。
已有部分研究机构和学者从经济性、安全性等不同角度研究了主动配电网协调运行机制：有学者从多时间尺度角度研究主动配电网协调运行策略；有学者提出配电网越限风险指标，将越限风险指标融入配电网优化调度，兼顾了配电网运行经济性和安全性。在提高配电网RDG消纳能力方面，有学者通过协调调度配电网中的各种调度资源实现能量优化调度。
中国配电网正朝着智能化的方向发展，《配电网建设改造行动计划》（2015—2020年）明确将全面加快现代配电网建设改造，以满足新能源、分布式电源的发展和接入需求。其中，智能化远程控制开关（Remote Control Switch, RCS）的应用为DNR的实施提供了条件。
作为一种网络拓扑灵活可变的调度资源，网络重构可以有效提升配电网的经济运行水平和RDG的消纳率。近年来国内外对网络重构在配电网中应用的关注日益增多，考虑动态网络重构的主动配电网经济运行首先需要关注配电网的优化模型。由于配电网网架参数不满足R《X的条件，配电网网损无法忽略，且配电网的分布式电源消纳在渗透率过高时会带来过电压问题，因此需要考虑潮流方程约束。
目前处理潮流方程约束的方法有启发式方法、线性近似法和松弛法等，其中启发式算法和线性近似法并不能保证解的全局最优性，而二阶锥松弛由于兼具全局最优性和高效求解性，在配电网优化中得到广泛应用。
有学者论证了二阶锥规划的数学严谨性和求解效率；有学者基于二阶锥松弛，提出了一种配电网有功无功协调的多时段优化运行机制，构建了一个混合整数二阶锥模型，并利用数学方法实现了快速求解。
配电网的开关状态需要满足配电网辐射结构约束来保证配电网结构的完整性和有序性，因此考虑动态重构的主动配电网运行优化需要研究配电网辐射结构约束的数学描述。大部分文献都是通过支路交换法、开环法等枚举法进行重构的优化。
E. Romero Ramos最早提出了配电网保持辐射状约束的数学表达。M. Lavorato等也对此展开了一系列讨论。Jabra R. A. 等提出了配电网保持辐射状约束的改进表达式并探究了网络重构对减小网损的作用。基于此，有学者将网络重构引入配电网优化运行机制中，实现配电网减少RDG削减、阻塞管理和改善电压分布的目的。
针对网络重构开关的动作时间尺度问题，有学者探究了时间尺度对网络重构效益的影响，但主要还是集中于长时间尺度（年、月、周）。以上文献均只考虑单一时间断面的静态网络重构，并未研究日内的小时级DNR在配电网优化运行中的意义。
为了进一步提高配电网的RDG消纳能力，有学者提出DNR的概念，将DNR作为一种灵活性控制手段用来应对变化性的电源（风/光），并构建了一个随机的混合整数线性问题，但是其采用的是线性近似模型且没有考虑开关频繁动作给配电网带来的安全性影响。
综上所述，已有文献对DNR在提升配电网RDG消纳能力方面的研究不够深入。为此，本文将小时级的DNR引入配电网优化运行机制，考虑了潮流方程约束和开关动作次数约束，以降低配电网综合运行成本为目标，建立了考虑动态网络重构的配电网优化运行模型；然后利用二阶锥松弛技术对非凸的潮流约束进行凸化处理，并提出“支路电压”对非凸的变量乘积项进行变量分离线性化，将模型转化为一个MISOCP问题；最后基于扩展IEEE 33节点配电网系统进行仿真计算，计算结果表明，所提考虑DNR的主动配电网运行优化策略可以有效提高配电网的RDG消纳能力。
图1 扩展IEEE 33节点配电网系统
本文以提高主动配电网的RDG消纳水平为目标，提出了一种考虑动态重构的主动配电网运行优化策略，得出了以下结论：
1）本文以配电网综合运行成本最低为目标，计及了潮流方程约束和开关动作次数约束条件，同时整合RDG、无功补偿装置等可调资源，建立了考虑DNR的主动配电网优化运行模型，该模型可以准确地描述考虑大规模RDG接入时主动配电网的运行需求。
2）所提出的基于二阶锥松弛及变量乘积线性化的模型转化方法可以对非凸的潮流方程和变量乘积项进行凸化处理，进而将原模型转化为容易求解的MISOCP问题，大大降低求解难度。
3）利用扩展IEEE 33节点配电网系统进行算例验证。算例结果表明：在RDG渗透率较高时，DNR可以大幅提高配电网的RDG消纳水平，改善配电网运行状态；所考虑的开关动作次数约束可以自动剔除收益较少的重构方案，从而实现重构带来的经济性和风险性之间的平衡。
考虑到配电网运行的经济性和安全性，如何选择分段开关及联络开关的RCS安装位置是值得进一步研究的问题。