配電系統(tǒng)智能軟開關(guān)技術(shù)及應(yīng)用

王成山，季 節(jié)，冀浩然，于 浩，吳建中，李 鵬

（1. 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（天津大學(xué)），天津市 300072；2. 卡迪夫大學(xué)工程學(xué)院，卡迪夫CF24 3AA，英國）

0 引言

隨著電氣與信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，在國家政策與日益完善的市場(chǎng)機(jī)制激勵(lì)下，配電網(wǎng)進(jìn)入快速發(fā)展階段。分布式電源的接入比例不斷提升，電能替代在社會(huì)生產(chǎn)、居民生活、電氣化交通等領(lǐng)域被廣泛推進(jìn)，配電網(wǎng)所涵蓋的技術(shù)要素、所面臨的技術(shù)需求更為豐富，由此帶來了諸多挑戰(zhàn)［1］。面向未來配電網(wǎng)發(fā)展需求，如何利用電氣裝備與運(yùn)行調(diào)控等技術(shù)的創(chuàng)新，使系統(tǒng)能夠有效承載清潔能源的接入與消納、提供用戶側(cè)差異化電力服務(wù)，以及滿足配電網(wǎng)與社會(huì)生產(chǎn)生活多領(lǐng)域的協(xié)調(diào)互動(dòng)，成為當(dāng)前面臨的重要課題。

電力電子裝備的廣泛應(yīng)用是柔性配電網(wǎng)的重要特征之一［2］，新型電力電子裝置將以各種不同的形式存在于配電網(wǎng)中，并能夠通過對(duì)電能的靈活變換與控制，使源荷行為更加“柔性”和“主動(dòng)”，從而釋放各種源荷新要素的運(yùn)行調(diào)度潛力，共同支撐配電網(wǎng)運(yùn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)［3］。例如，借助新型電力電子拓?fù)浜涂刂撇呗裕植际焦夥軌蛟诓⒕W(wǎng)發(fā)電的同時(shí)參與系統(tǒng)的無功電壓控制［4］；各種源荷可組成微電網(wǎng)等形式，以整體可控形態(tài)參與配電網(wǎng)運(yùn)行［5］；在高級(jí)量測(cè)和信息通信技術(shù)的支撐下，分散負(fù)荷也能夠利用虛擬電廠等組織形式，通過需求響應(yīng)支撐電網(wǎng)運(yùn)行；對(duì)電動(dòng)汽車充電站、數(shù)據(jù)中心等新型負(fù)荷，還能夠利用自身的能量管理能力獲得節(jié)能和支撐電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的雙重收益。

源荷側(cè)設(shè)備的柔性化豐富了配電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度資源，但由于其空間分布的不均衡性和傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)約束，其調(diào)節(jié)效用往往限于局部而難以有效傳導(dǎo)至整個(gè)系統(tǒng)。如何高效、協(xié)同地利用柔性資源成為亟待解決的難題［6］。智能軟開關(guān)（soft open point，SOP）技術(shù)即在這一背景下提出，其基本結(jié)構(gòu)由大功率全控型電力電子元件組成的背靠背型交-直-交變流器構(gòu)成，通常SOP 各端變流器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱［7］。SOP 是一種取代傳統(tǒng)常開聯(lián)絡(luò)開關(guān)（normally open point，NOP）的新型電力電子裝置，可實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的柔性閉環(huán)運(yùn)行［8］。隨著SOP 應(yīng)用價(jià)值的不斷發(fā)掘，其“常開”特性逐漸弱化，在名稱上也演化為“智能軟開關(guān)”或“柔性多狀態(tài)開關(guān)”［9］，以凸顯其對(duì)系統(tǒng)智能運(yùn)行的支撐作用和多種運(yùn)行狀態(tài)靈活切換等特征。SOP 能實(shí)現(xiàn)饋線層面的實(shí)時(shí)、精細(xì)功率控制［10］，進(jìn)而在更大的空間尺度下統(tǒng)籌各種柔性源荷資源，調(diào)節(jié)和優(yōu)化系統(tǒng)層面的潮流分布［11］。近年來，圍繞配電網(wǎng)SOP 的配置規(guī)劃、運(yùn)行優(yōu)化、控制保護(hù)等問題已開展了大量研究工作，實(shí)現(xiàn)了基于SOP 的分布式電源消納提升、電壓無功支撐、運(yùn)行損耗降低、線路負(fù)載平衡、不確定環(huán)境下魯棒運(yùn)行、自愈能力提升等多元化運(yùn)行支撐，并在一批實(shí)際工程中得到應(yīng)用，取得了良好的示范效果。

隨著SOP 研究的不斷深入，SOP 裝置本身及其柔性互聯(lián)思想在配電網(wǎng)中的應(yīng)用場(chǎng)景也逐漸得到擴(kuò)展。但由于SOP 的成本較高，必須更充分地發(fā)掘其技術(shù)潛能，探索SOP 與配電網(wǎng)供給側(cè)、需求側(cè)、市場(chǎng)機(jī)制等新技術(shù)和新體系的融合機(jī)制，提高其綜合收益以使柔性互聯(lián)裝置在投資建設(shè)上現(xiàn)實(shí)、可行。這些技術(shù)形式雖然應(yīng)用場(chǎng)景各有不同，但共同遵循了柔性互聯(lián)的核心思想，在控制方式、調(diào)控能力、運(yùn)行策略等方面具有共性特征，在技術(shù)方法上具有相互借鑒的價(jià)值。因此，從SOP 相關(guān)基礎(chǔ)研究出發(fā)，系統(tǒng)性歸納基于SOP 的柔性配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行技術(shù)發(fā)展路徑和研究進(jìn)展，對(duì)解決各種柔性互聯(lián)場(chǎng)景的共性技術(shù)問題，以及開展柔性配電網(wǎng)整體的運(yùn)行規(guī)劃等，都具有重要意義。

本文首先對(duì)SOP 技術(shù)理念發(fā)展以及SOP 衍生出的多場(chǎng)景柔性互聯(lián)技術(shù)特征與應(yīng)用進(jìn)行了歸納；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)以SOP 為核心的柔性配電網(wǎng)在運(yùn)行優(yōu)化、故障自愈、配置規(guī)劃等不同階段的技術(shù)問題，對(duì)當(dāng)前主要的研究方向和研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)未來SOP 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用方向進(jìn)行了展望，希望能夠?yàn)镾OP 技術(shù)研究與應(yīng)用的進(jìn)一步拓展和深化提供思路與借鑒。

1 SOP 多場(chǎng)景柔性互聯(lián)應(yīng)用形態(tài)

配電網(wǎng)中，SOP 互聯(lián)應(yīng)用從最初的雙端饋線柔性互聯(lián)場(chǎng)景衍生出多端柔性互聯(lián)、跨電壓等級(jí)柔性互聯(lián)、交直流混合互聯(lián)、柔性變電站等多種技術(shù)形態(tài)，如圖1 所示，可滿足配電網(wǎng)多種柔性互聯(lián)需求［3］。基于SOP 的柔性配電技術(shù)不斷成熟，極大地促進(jìn)了配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)形態(tài)演化，本章重點(diǎn)闡述了應(yīng)用于不同柔性互聯(lián)場(chǎng)景的SOP 形態(tài)。

圖1 配電網(wǎng)SOP 柔性互聯(lián)多場(chǎng)景應(yīng)用Fig.1 Flexible interconnected multi-scenario application of SOP in distribution networks

1.1 雙端饋線柔性互聯(lián)

SOP 的核心理念是代替?zhèn)鹘y(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)以實(shí)現(xiàn)饋線間柔性電氣互聯(lián)，支撐饋線負(fù)載平衡和分布式電源高效消納等。圖2 所示的背靠背電壓源型換流器（back-to-back voltage source converter，B2B VSC）拓?fù)涫荢OP 的一種典型實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)換流器為對(duì)稱形式，可實(shí)現(xiàn)有功功率傳輸、無功功率實(shí)時(shí)控制和四象限靈活運(yùn)行。SOP 通過不同控制模式切換，以滿足正常狀態(tài)下的功率控制、外部故障狀態(tài)的電壓支撐等多場(chǎng)景應(yīng)用需求。

圖2 雙端SOP 的背靠背VSC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Back-to-back VSC topology of two-terminal SOP

如何研發(fā)更緊湊、高效的裝置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、靈活的控制響應(yīng)是SOP 技術(shù)長期面臨的基礎(chǔ)性問題。從拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)來看，面向中壓配電網(wǎng)的SOP結(jié)構(gòu)可采用升壓變壓器與兩電平變流器、模塊化多電平變流器（modular multilevel converter，MMC）［12］及其衍生形式等［13-14］。但不同拓?fù)涞姆€(wěn)態(tài)運(yùn)行約束條件［15］、故障特性［16-17］等存在一定的差異。因此，針對(duì)具體場(chǎng)景需求，考慮SOP 技術(shù)性能、裝備體積與投資成本等多因素影響，制定SOP 拓?fù)湓O(shè)計(jì)方案成為一個(gè)復(fù)雜的優(yōu)化問題［18］。

從運(yùn)行控制來看，SOP 控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需兩側(cè)換流器共同完成，具體包括直流側(cè)電壓的控制、SOP傳輸有功功率控制，以及兩側(cè)換流器發(fā)出的無功功率控制等。文獻(xiàn)［8］中給出了SOP 在正常和故障場(chǎng)景下的典型控制策略。近年來，圍繞如何提升直流側(cè)電壓抗干擾能力［19］、提高功率控制響應(yīng)速度和魯棒性［20］、正常-故障多場(chǎng)景控制策略無縫切換［21］等問題也取得了一些成果，為SOP 運(yùn)行功能的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用形式的拓展奠定了基礎(chǔ)。

在工程應(yīng)用方面，2007 年日本電網(wǎng)技術(shù)示范工程中投用了容量為1 MV·A、電壓等級(jí)為6.6 kV 的雙端環(huán)網(wǎng)功率平衡器（loop balance controller，LBC）［22］，雖未明確提出SOP 的概念，但在利用潮流改善電壓質(zhì)量與均衡負(fù)荷分布等方面已具有了柔性互聯(lián)思想的雛形；2015 年英國FUN-LV 示范工程中建造了容量為240 kV·A 的雙端SOP［23］，起到了良好的示范作用。

1.2 多端饋線柔性互聯(lián)

隨著配電網(wǎng)供電可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的放射形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，N供一備、多分段多聯(lián)絡(luò)等接線模式開始得到推廣應(yīng)用［22，24］。為了以更為經(jīng)濟(jì)的方式滿足多端饋線柔性互聯(lián)需求，在雙端SOP 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上進(jìn)一步衍生出了端口數(shù)量可靈活配置的多端SOP 裝置［25］。

多端SOP 將多個(gè)AC/DC 換流器的直流側(cè)并聯(lián)于公共母線，交流側(cè)分別連接不同饋線［26］，如圖3 所示。與雙端SOP 相比，多端SOP 在經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面都更具優(yōu)勢(shì)，原因在于:1）采用公共直流母線減少了變流器數(shù)量，降低了設(shè)備占地、投資與損耗；2）可采用高度模塊化裝置結(jié)構(gòu)，能夠靈活適應(yīng)不同數(shù)量的饋線連接需求；3）與多條饋線連接，由多變流器組成協(xié)同運(yùn)行模式，增強(qiáng)了SOP 在饋線負(fù)載平衡等應(yīng)用中的調(diào)控能力［27］；4）通過合理的變流器容量配置和饋線聯(lián)絡(luò)設(shè)計(jì)，發(fā)生故障時(shí)多條饋線靈活切換、互為備用，具有更高的供電可靠性［28］。

圖3 多端SOP 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.3 Topology of multi-terminal SOP

在工程應(yīng)用方面，與雙端SOP 相比，多端SOP能夠提供的接口數(shù)量更多、適用場(chǎng)景更廣、綜合收益更高、示范意義更強(qiáng)，因此成為目前國內(nèi)外工程示范中普遍采用的SOP 形式。例如，2015 年英國在FUN-LV 示范工程中進(jìn)一步建造了400 kV·A 容量的三端SOP，并于2020 年在ANGLE-DC 項(xiàng)目中投運(yùn)了容量為16 MV·A 的四端SOP，SOP 內(nèi)部直流電壓為±27 kV，外部可接入33 kV 交流電網(wǎng)［23］；在中國天津北辰柔性互聯(lián)配電網(wǎng)示范工程中，配置了各端換流器容量均為6 MV·A 的四端SOP，構(gòu)成以2 個(gè)110 kV 變電站為中心的柔性雙環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，通過與居民負(fù)荷用電互補(bǔ)提高了線路負(fù)荷均衡度［29］。在中國北京延慶地區(qū)智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)中，采用三端SOP 作為柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置，使2 個(gè)10 kV 單環(huán)網(wǎng)柔性閉環(huán)運(yùn)行，解決了設(shè)備利用率低、供電可靠性和供電能力提升受限等問題［30］。

1.3 交直流混合柔性互聯(lián)

直流配電已成為配電技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向［31］。為滿足交直流混聯(lián)配電網(wǎng)中的饋線柔性互聯(lián)需求，可將SOP 的換流器形式加以拓展，采用AC/DC 換流器與DC/DC 換流器組合的形式，各換流器一端并聯(lián)至公共直流母線，另一端則對(duì)應(yīng)連接交流或直流饋線，使其同時(shí)具備交流和直流饋線接入和功率交換的能力，如圖4 所示。采用上述結(jié)構(gòu)的SOP 可靈活交換交直流混聯(lián)配電網(wǎng)的饋線功率，有助于降低網(wǎng)損、優(yōu)化電壓水平等運(yùn)行狀態(tài)，改善系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)［32］。

圖4 交直流混合柔性互聯(lián)SOP 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4 Topology of AC/DC hybrid flexible interconnected SOP

基于SOP 進(jìn)行交直流混聯(lián)的另一思路是利用SOP 的內(nèi)部直流母線實(shí)現(xiàn)直流儲(chǔ)能、分布式電源、新型負(fù)荷等裝置接入，如圖5 所示。例如，將儲(chǔ)能裝置和SOP 進(jìn)行一體化集成，可形成兼具時(shí)間與空間調(diào)度能力的智能儲(chǔ)能軟開關(guān)（SOP with ESS integration，E-SOP），與常規(guī)SOP 相比能更好地應(yīng)對(duì)高滲透率分布式電源的出力波動(dòng)，在經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性等方面都具有優(yōu)勢(shì)［33］。SOP 內(nèi)部直流母線也可開放為配電網(wǎng)的對(duì)外直流接口，從而更好地支撐光伏、風(fēng)機(jī)等直流分布式電源和充電負(fù)荷的接入；同時(shí)，通過SOP 端口控制策略和分布式電源與儲(chǔ)能控制策略的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、滿足分布式電源即插即用、交直流負(fù)載不間斷供電等需求［34］。

圖5 基于SOP 直流母線接入的直流源荷儲(chǔ)Fig.5 Distributed generators, loads and energy storage systems integrated via DC-bus of SOP

交直流混合柔性互聯(lián)的技術(shù)理念在很多工程示范中得到了實(shí)踐。由于現(xiàn)有的直流配電線路較少，交直流混合柔性互聯(lián)在現(xiàn)階段需求有限，因此，大多數(shù)的交直流混合柔性互聯(lián)工程都采用了開放SOP直流母線接口的形式。例如，在中國貴州電網(wǎng)柔性直流配電示范工程中［35］，由4 個(gè)容量為1 MV·A 的AC/DC MMC 及1 個(gè)直流變壓器構(gòu)成3 條10 kV 交流饋線、0.4 kV 低壓交流微電網(wǎng)、0.375 kV 低壓直流微電網(wǎng)之間的柔性互聯(lián)。實(shí)現(xiàn)了交直流負(fù)荷和分布式電源、儲(chǔ)能裝置的靈活接入，可支持交流和直流微電網(wǎng)子系統(tǒng)間、各交流饋線間的功率控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度，以及系統(tǒng)故障情況下的運(yùn)行模式切換以提供相互支撐。

1.4 多電壓等級(jí)柔性互聯(lián)與柔性變電站

多電壓等級(jí)柔性互聯(lián)可應(yīng)用于饋線間聯(lián)絡(luò)，通過對(duì)不同電壓等級(jí)的SOP 換流器進(jìn)行拓?fù)湓O(shè)計(jì)、在SOP 內(nèi)部直流環(huán)節(jié)增加電壓變換模塊以及在SOP交流端增加變壓器［13］，使其能夠連接不同電壓等級(jí)饋線并控制互聯(lián)饋線間的功率流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多電壓等級(jí)饋線間功率的相互支撐［36］。多電壓等級(jí)柔性互聯(lián)也可應(yīng)用于獨(dú)立供電場(chǎng)景，作為柔性變電站連接上下級(jí)配電網(wǎng)，發(fā)揮電壓變換和電能靈活分配的作用［37］。2 種場(chǎng)景下的柔性互聯(lián)裝置在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上具有一定的相似性，均可以在B2B VSC 的基礎(chǔ)上增加電壓變換環(huán)節(jié)，如圖6 所示。

圖6 多電壓等級(jí)柔性互聯(lián)結(jié)構(gòu)Fig.6 Flexible interconnected structure with multiple voltage levels

相比較而言，多電壓等級(jí)柔性互聯(lián)裝備的成本更高，故大多以柔性變電站形式出現(xiàn)，以期更充分地發(fā)揮其運(yùn)行控制價(jià)值。從基本結(jié)構(gòu)來看，柔性變電站的內(nèi)部直流部分加設(shè)了以高頻變壓器為核心的電壓變換模塊，以實(shí)現(xiàn)可控的直流電壓變換；外部交流端連接對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的饋線［38-39］，形式較為緊湊。當(dāng)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，可提供電壓變換、功率分配、無功補(bǔ)償、諧波抑制等功能，以滿足系統(tǒng)的潮流優(yōu)化、電壓控制、電能質(zhì)量治理、定制化供電等需求［40］；當(dāng)配電系統(tǒng)故障時(shí)可限制短路電流、實(shí)現(xiàn)故障隔離、提供電壓支撐等［41］。此外，柔性變電站還可集成前文所述的交直流混合柔性互聯(lián)功能，為配電側(cè)源荷提供更多元化的入網(wǎng)選擇。

工程應(yīng)用方面，在中國杭州江東新城智能柔性直流配電網(wǎng)示范工程中［42］，采用了三端B2B MMC結(jié)構(gòu)的SOP 實(shí)現(xiàn)2 個(gè)交流10 kV 和1 個(gè)交流20 kV供電區(qū)域的柔性連接，解決了該地區(qū)多電壓混供互聯(lián)存在的電壓差和相角差問題，提高了供電區(qū)域的互濟(jì)能力；在中國張北交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程中［43］，以10 kV 柔性變電站為核心，實(shí)現(xiàn)了10 kV 交流、±10 kV 直流、750 V 直流、380 V 交流4 個(gè)電壓等級(jí)的雙向輸入輸出，提高了區(qū)域清潔能源和交直流負(fù)荷靈活接入、源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)互動(dòng)的能力。

2 含SOP 配電網(wǎng)運(yùn)行控制架構(gòu)

當(dāng)前，SOP 等柔性互聯(lián)裝置主要通過配電網(wǎng)主站能量管理系統(tǒng)進(jìn)行集中式調(diào)度。但未來源儲(chǔ)荷側(cè)將大量接入如分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心等多類型新型設(shè)備，運(yùn)行需求更為靈活多變。集中式的能量管理系統(tǒng)在通信架構(gòu)、計(jì)算能力、信息安全等方面將面臨沉重負(fù)擔(dān)。

本章主要闡述含SOP 配電網(wǎng)控制架構(gòu)方面的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)是在集中式控制策略的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并采用分層分布式控制架構(gòu)，在系統(tǒng)控制效果的最優(yōu)性與計(jì)算負(fù)擔(dān)之間尋找最佳的平衡。例如，基于部分就地信息優(yōu)化的系統(tǒng)運(yùn)行策略，可能在保證具有近似集中式控制效果的同時(shí)，減小通信與計(jì)算規(guī)模，如圖7 所示。

圖7 SOP 運(yùn)行控制實(shí)現(xiàn)Fig.7 Implementation of SOP operation control

2.1 SOP 集中式運(yùn)行控制

在集中式運(yùn)行控制架構(gòu)下，SOP 及各種柔性互聯(lián)裝置的二次系統(tǒng)將集中接入配電網(wǎng)調(diào)度主站，由主站中央控制系統(tǒng)經(jīng)過復(fù)雜的優(yōu)化計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)中各SOP 的有功功率傳輸和兩端無功功率輸出進(jìn)行調(diào)整，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流分布和改善電壓質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

集中式控制以系統(tǒng)全局最優(yōu)為目標(biāo)，統(tǒng)一調(diào)配可控資源，但面臨以下挑戰(zhàn):1）所有量測(cè)數(shù)據(jù)都要傳輸至主站，一旦中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個(gè)運(yùn)行控制體系就會(huì)瓦解；2）主站在接收到全網(wǎng)數(shù)據(jù)并完成大規(guī)模優(yōu)化計(jì)算后方可得到SOP 控制策略，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算資源的需求較高，對(duì)源荷波動(dòng)的快速響應(yīng)能力不足；3）隨著配電網(wǎng)規(guī)模的增大和調(diào)控資源的豐富，數(shù)據(jù)量也將呈爆發(fā)式增長，對(duì)信息通信系統(tǒng)的承載能力和可靠性要求大幅提高。

目前，受傳統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行管理模式的影響，大部分SOP 工程實(shí)踐都沿用了集中式運(yùn)行控制模式。但隨著配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)全局進(jìn)行集中信息采集、處理、分析和控制的難度增加，發(fā)展更加高效的SOP 運(yùn)行控制新架構(gòu)成為一種可能的方向。

2.2 SOP 分布式運(yùn)行控制

與集中式控制相比，分布式控制架構(gòu)具有通信量低、計(jì)算規(guī)模小、策略時(shí)效性強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)［44］。同時(shí)，在分布式架構(gòu)下對(duì)就地控制和集中控制方式進(jìn)行協(xié)調(diào)，能夠在一定程度上彌補(bǔ)單獨(dú)采用集中或就地控制模式的不足。

SOP 分布式控制需要對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行控制區(qū)域劃分，通過相鄰區(qū)域間交互邊界信息，兼顧控制快速性與全局協(xié)調(diào)能力，提高系統(tǒng)整體的優(yōu)化效果［45］。例如，文獻(xiàn)［46］利用靈敏度分析量化SOP 對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓的影響范圍，將大規(guī)模配電網(wǎng)劃分為若干個(gè)子區(qū)域，利用SOP 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)柔性互聯(lián)和運(yùn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)［47］提出一種虛擬微電網(wǎng)區(qū)域劃分方法，利用系統(tǒng)的電氣關(guān)聯(lián)強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了對(duì)微電網(wǎng)虛擬邊界的自動(dòng)劃分與優(yōu)化，其中以SOP 為可控邊界組建虛擬分區(qū)，是未來SOP 的一種可能應(yīng)用場(chǎng)景；文獻(xiàn)［48］基于靈敏度分析進(jìn)行分區(qū)后，利用各分區(qū)內(nèi)就地信息制定SOP 運(yùn)行策略，再通過區(qū)間協(xié)調(diào)計(jì)算SOP 有功功率傳輸值，實(shí)現(xiàn)近似全局優(yōu)化。

但分布式控制過程經(jīng)多次信息交互與算法迭代達(dá)到收斂，因而需要優(yōu)化各區(qū)域間的交互機(jī)制以降低通信與計(jì)算資源需求［49］。未來，還需繼續(xù)深化對(duì)分布式控制迭代時(shí)間的代價(jià)評(píng)估，確保分布式控制在設(shè)備控制時(shí)間尺度內(nèi)完成策略的制定與下發(fā)。

2.3 SOP 就地化運(yùn)行控制

相比于集中式與分布式控制，就地控制方式僅基于局部信息，由SOP 控制終端就地分析制定策略，需要的通信量更小，可快速響應(yīng)分布式電源和負(fù)荷的頻繁波動(dòng)［50］?，F(xiàn)有的就地控制策略主要基于局部量測(cè)電壓和量測(cè)功率整定就地控制曲線，用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)SOP 等可控設(shè)備的無功補(bǔ)償或有功出力，但其控制性能高度依賴于曲線參數(shù)的調(diào)整，且整定過程較為復(fù)雜。

此外對(duì)于SOP 等柔性互聯(lián)裝置，根據(jù)不同控制目標(biāo)和可用調(diào)控資源的特點(diǎn)，將就地控制與分布式、集中式控制架構(gòu)混合應(yīng)用。各區(qū)域SOP 控制器通過交互關(guān)鍵信息，制定區(qū)域間交互策略，保證SOP在具有近似于集中式控制效果的同時(shí)減小通信與計(jì)算規(guī)模，往往比只采用就地控制更加有效。例如，考慮SOP 有功和無功功率相對(duì)解耦，可在區(qū)內(nèi)采用無功-電壓就地控制曲線，根據(jù)本地信息對(duì)SOP 無功出力策略進(jìn)行就地整定，增強(qiáng)不確定運(yùn)行環(huán)境下SOP 電壓控制的魯棒性；對(duì)有功功率傳輸既可以采用集中式控制［51］，也可以采用分布式控制，以在減小系統(tǒng)通信量的同時(shí)保證控制策略的有效性［11］。

3 含SOP 的配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化

支撐配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化是SOP 的核心功能之一，為高效發(fā)揮SOP 的柔性可控能力，需要實(shí)現(xiàn)SOP 與多類型設(shè)備的多時(shí)間尺度協(xié)同調(diào)度，并進(jìn)一步利用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，配合大規(guī)模高級(jí)量測(cè)設(shè)備，挖掘配電系統(tǒng)海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)價(jià)值，降低SOP 控制策略制定中對(duì)實(shí)際物理模型的高度依賴，提高SOP 策略的準(zhǔn)確性與適應(yīng)性。本章主要從基于SOP 的多手段多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化、不確定性要素處理，以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的SOP 自適應(yīng)運(yùn)行優(yōu)化方面展開闡述。

3.1 基于SOP 的多手段協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化

配電網(wǎng)中既包含有載調(diào)壓變壓器、補(bǔ)償電容器等傳統(tǒng)控制手段，又包含分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車等新型調(diào)度資源。通過SOP 對(duì)多種差異化運(yùn)行控制手段進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，成為充分發(fā)揮SOP 運(yùn)行價(jià)值的關(guān)鍵。例如，針對(duì)SOP 與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的協(xié)調(diào)問題，文獻(xiàn)［52］將SOP 的主動(dòng)精細(xì)潮流調(diào)節(jié)與基于傳統(tǒng)開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法相結(jié)合，在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行前提下有效提高了分布式電源的消納水平；文獻(xiàn)［53］對(duì)比了SOP 和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作用下的分布式電源消納能力，表明將二者結(jié)合能夠更有效地提升消納水平。

SOP 的無功出力能夠與傳統(tǒng)電壓和無功調(diào)節(jié)設(shè)備在快、慢時(shí)間尺度上相互配合，實(shí)現(xiàn)電壓無功控制。例如，文獻(xiàn)［54］將SOP 的運(yùn)行優(yōu)化問題拓展為與有載調(diào)壓變壓器、補(bǔ)償電容器組等在多時(shí)間尺度下協(xié)調(diào)配合的電壓無功時(shí)序優(yōu)化問題；文獻(xiàn)［55］采用預(yù)動(dòng)作表確定離散的無功調(diào)節(jié)設(shè)備動(dòng)作時(shí)刻，并根據(jù)SOP 的功率儲(chǔ)備動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)動(dòng)作表，調(diào)節(jié)無功出力。

SOP 還能夠與可控分布式電源、儲(chǔ)能等設(shè)備相互配合，發(fā)揮負(fù)載均衡、潮流優(yōu)化、電壓控制等作用。例如，文獻(xiàn)［10］提出基于SOP 單相功率控制特性的三相不平衡運(yùn)行優(yōu)化策略，在緩解三相電壓、電流不平衡的同時(shí)，有效減小了系統(tǒng)損耗；同時(shí)可配合儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行時(shí)序優(yōu)化調(diào)度，針對(duì)分布式電源的出力波動(dòng)對(duì)SOP 三相出力進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)；文獻(xiàn)［56-57］研究了分屬于不同利益主體的多端SOP 與微電網(wǎng)日前-日內(nèi)協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，利用博弈確定日前有功出力，通過微電網(wǎng)無功余量減小電壓偏差，日內(nèi)對(duì)多端SOP 采用電壓-有功和電壓-無功雙下垂控制，與微電網(wǎng)聯(lián)合優(yōu)化下垂斜率，降低了網(wǎng)損和系統(tǒng)電壓偏差。

在求解算法方面，含SOP 的配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化問題模型一般具有大規(guī)模、混合整數(shù)、非凸非線性規(guī)劃特征。對(duì)此，可通過半正定規(guī)劃、二階錐規(guī)劃、凸差規(guī)劃等數(shù)學(xué)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化［58-60］，利用各種成熟工具包進(jìn)行高效求解；也可采用蟻群算法、粒子群算法等啟發(fā)式算法在可行空間搜索獲取最優(yōu)解。

3.2 計(jì)及不確定性的SOP 運(yùn)行優(yōu)化

配電網(wǎng)運(yùn)行中，分布式電源的出力波動(dòng)與負(fù)荷需求的不確定性會(huì)削弱SOP 運(yùn)行策略的有效性。這一問題可從進(jìn)一步精細(xì)化運(yùn)行調(diào)度周期以及更準(zhǔn)確地描述不確定性要素2 個(gè)方面來加以解決，從而提升運(yùn)行策略的魯棒性。

在相量測(cè)量單元（phasor measurement unit，PMU）等先進(jìn)量測(cè)技術(shù)的支持下，配電網(wǎng)狀態(tài)感知的精細(xì)度和實(shí)時(shí)性大幅提升，在日內(nèi)運(yùn)行中能夠利用更小尺度的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)日前確定的SOP 控制策略進(jìn)行修正。例如，文獻(xiàn)［61］在日前階段確定網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案后，在日內(nèi)階段利用短時(shí)間尺度預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)SOP 出力進(jìn)行閉環(huán)滾動(dòng)優(yōu)化，以減小分布式電源出力不確定性的影響；在實(shí)時(shí)控制階段，還可以基于極短時(shí)間尺度預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，控制SOP 和換流器出力以改善電壓分布。文獻(xiàn)［62］利用長短期多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)，對(duì)SOP 出力進(jìn)行魯棒優(yōu)化，以提升三相不對(duì)稱配電系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。

SOP 運(yùn)行優(yōu)化問題中的不確定性建模方面，主要包括基于不確定集合的魯棒優(yōu)化建模方法［63］、基于典型場(chǎng)景的概率分析描述法［64］、利用置信水平限制不滿足約束情況的機(jī)會(huì)約束法［65］，以及隨機(jī)優(yōu)化建模方法［66］等。例如，文獻(xiàn)［64］提出一種結(jié)合隨機(jī)優(yōu)化與魯棒優(yōu)化優(yōu)點(diǎn)的SOP 分布魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，基于歷史數(shù)據(jù)評(píng)估不確定性源荷出力的概率分布范圍，計(jì)算有源配電網(wǎng)靈活性指標(biāo)，在最劣場(chǎng)景下決策SOP 出力，以平衡策略的優(yōu)化水平與魯棒性。

3.3 面向復(fù)雜場(chǎng)景的SOP 多目標(biāo)優(yōu)化

在SOP 實(shí)際運(yùn)行中，往往需要經(jīng)濟(jì)性、安全性等多方面目標(biāo)的協(xié)調(diào)，而不同優(yōu)化目標(biāo)間存在互相制約的可能。目前，針對(duì)SOP 的多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化問題也開展了一些研究。

將多目標(biāo)線性加權(quán)求和轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題，是SOP 多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化中常用的方法，但存在權(quán)重系數(shù)設(shè)置主觀性過強(qiáng)的問題。為減小主觀性影響，文獻(xiàn)［67］采用權(quán)重分析法確定權(quán)重系數(shù)，同時(shí)明確了不同優(yōu)化目標(biāo)的起效范圍；文獻(xiàn)［68］提出一種網(wǎng)絡(luò)損耗與電壓優(yōu)化權(quán)重自適應(yīng)的SOP 時(shí)序優(yōu)化方法，結(jié)合電氣距離及源荷出力相關(guān)性分析節(jié)點(diǎn)電壓越限風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓越限的風(fēng)險(xiǎn)差異自適應(yīng)調(diào)整電壓優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重。

另一種思路是基于帕累托前沿對(duì)多目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，尤其適用于解決清潔性、可靠性等目標(biāo)函數(shù)存在沖突制約時(shí)的優(yōu)化問題，具體計(jì)算多采用智能算法搜索可行空間中的非劣解。例如，文獻(xiàn)［69］采用強(qiáng)度帕累托進(jìn)化算法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和柔性多狀態(tài)開關(guān)出力的帕累托最優(yōu)解集，并通過隸屬度函數(shù)選擇最終的運(yùn)行方案；文獻(xiàn)［70］將多目標(biāo)粒子群算法和局部搜索算法相結(jié)合，提高了求解效率和準(zhǔn)確性。

3.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的SOP 自適應(yīng)運(yùn)行優(yōu)化

當(dāng)前針對(duì)SOP 的就地式、分布式控制框架研究，盡管可在保證具有近似全局集中式優(yōu)化效果的同時(shí)減小通信與計(jì)算規(guī)模，但需掌握配電網(wǎng)拓?fù)鋮?shù)，且高度依賴于精確的物理機(jī)理模型。

在先進(jìn)量測(cè)、通信技術(shù)及人工智能相關(guān)成果的支持下，未來的配電系統(tǒng)將具備大量可用量測(cè)數(shù)據(jù)。挖掘配電系統(tǒng)海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)價(jià)值，基于量測(cè)數(shù)據(jù)分析建立數(shù)據(jù)模型替代傳統(tǒng)物理模型，降低SOP 控制策略制定中對(duì)實(shí)際物理模型的高度依賴，是SOP 技術(shù)應(yīng)用的未來發(fā)展方向之一。

目前，已有研究考慮數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的SOP 自適應(yīng)控制策略，初步結(jié)果表明，通過建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的SOP無模型自適應(yīng)優(yōu)化控制策略，能夠有效發(fā)揮SOP 的快速響應(yīng)能力。例如，文獻(xiàn)［71］提出一種在分布式電源和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)未知情況下，基于靈敏度分析調(diào)整SOP 出力實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)化的方法，由SOP 施加功率擾動(dòng)得到SOP 外部端口所接入節(jié)點(diǎn)的電壓-功率靈敏度系數(shù)，根據(jù)電壓偏差反饋結(jié)果調(diào)整SOP 出力。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法建立無模型自適應(yīng)控制的SOP 優(yōu)化控制策略，SOP 無須反饋直接自適應(yīng)調(diào)整出力，能夠進(jìn)一步發(fā)揮SOP 的快速響應(yīng)能力［72］。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)SOP 的優(yōu)化調(diào)度，能夠有效提升SOP 的控制效果和自趨優(yōu)能力。此外，研究在不同的運(yùn)行場(chǎng)景下，將傳統(tǒng)優(yōu)化控制策略與基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化策略相互配合，對(duì)提高配電網(wǎng)在復(fù)雜場(chǎng)景下的運(yùn)行水平至關(guān)重要。

4 含SOP 的配電網(wǎng)故障自愈

高度靈活可控的SOP 與保護(hù)裝置協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)快速故障恢復(fù)，是配電網(wǎng)故障時(shí)快速故障隔離與供電恢復(fù)的關(guān)鍵設(shè)備［73］。為充分發(fā)掘SOP 的自愈控制支撐能力，需考慮SOP 多端口間、多SOP 間的配合，以及SOP 與保護(hù)裝置間的多步供電恢復(fù)操作協(xié)同。根據(jù)SOP 端口連接饋線的電源情況及其自身運(yùn)行方式等，制定供電恢復(fù)策略，合理切換運(yùn)行模式。本章主要從基于SOP 的配電網(wǎng)供電恢復(fù)機(jī)制及供電恢復(fù)策略方面展開闡述。

4.1 基于SOP 的配電網(wǎng)供電恢復(fù)機(jī)制

基于全控型電力電子裝置的SOP 在系統(tǒng)故障下能快速閉鎖，響應(yīng)速度快于傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)動(dòng)作。故障發(fā)生后，SOP 可迅速實(shí)現(xiàn)各端互聯(lián)饋線間的電氣隔離，防止失電范圍擴(kuò)大。

在供電恢復(fù)能力上，SOP 可替代聯(lián)絡(luò)開關(guān)單獨(dú)進(jìn)行故障恢復(fù)，但SOP 接入系統(tǒng)的位置與容量限制了其供電恢復(fù)的有效作用范圍。另外，由于SOP 基本結(jié)構(gòu)多由B2B VSC 在直流側(cè)相連組成，接地點(diǎn)既可以選取在換流器直流側(cè)，也可以選擇在換流器交流側(cè)［74］；饋線不對(duì)稱故障下，零序與負(fù)序分量導(dǎo)致SOP 流入電流不對(duì)稱，可致使SOP 內(nèi)換流器橋臂過流、直流電壓基頻共模波動(dòng)等問題［75］；系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)若接地電流過大，可導(dǎo)致設(shè)備損壞。由于當(dāng)前SOP 應(yīng)用仍處于示范階段，對(duì)SOP 接地故障特性分析以及SOP 與保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)方法研究較少。文獻(xiàn)［74］考慮不同接地方式，提出一種可識(shí)別與隔離故障端的換流器交流側(cè)接地故障保護(hù)方案；文獻(xiàn)［75］分析了柔性互聯(lián)裝置的控制保護(hù)策略，并對(duì)柔性互聯(lián)裝置引起系統(tǒng)連鎖故障進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；文獻(xiàn)［76］提出了一種基于SOP 的主動(dòng)故障定位方法；文獻(xiàn)［77］利用SOP 附加三相對(duì)稱低頻電壓，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)式故障區(qū)段定位方法，為解決諧振接地配電網(wǎng)單相接地的故障定位困難問題提供了新思路。SOP 接地故障可能嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，SOP合理接地方式及與繼電保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)保護(hù)方案仍有待深入研究。

在基于SOP 的配電網(wǎng)供電恢復(fù)機(jī)制設(shè)計(jì)中，需關(guān)注以下方面:

1）對(duì)于B2B VSC 型SOP，必須分析合理接地方式，并實(shí)現(xiàn)SOP 與保護(hù)裝置的整定值有效配合，避免影響系統(tǒng)安全運(yùn)行；

2）SOP 控制模式的切換需要與保護(hù)裝置的動(dòng)作次序配合，以確保故障經(jīng)保護(hù)動(dòng)作隔離后，系統(tǒng)正常運(yùn)行區(qū)域不間斷供電，失電區(qū)域獲得電壓支撐；

3）當(dāng)SOP 同時(shí)連接失電區(qū)域和未失電區(qū)域時(shí)，SOP 可以對(duì)故障側(cè)一端進(jìn)行供電恢復(fù)，并對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行快速供電恢復(fù)［78］；

4）若SOP 不具備功率存儲(chǔ)能力，則對(duì)故障側(cè)的潮流轉(zhuǎn)供能力有限，難以完全恢復(fù)失電負(fù)荷，應(yīng)量化分析SOP 轉(zhuǎn)供能力，確定供電恢復(fù)范圍［79］。

針對(duì)上述問題，文獻(xiàn)［80］提出一種兼顧評(píng)估速度與精度的可靠性評(píng)估方法，量化分析表明，SOP接于系統(tǒng)末端、靠近重要負(fù)荷以及接入容量較大時(shí)對(duì)系統(tǒng)可靠性的提升最大；文獻(xiàn)［81］提出一種兼顧故障饋線失電負(fù)荷恢復(fù)與正常饋線電壓安全的多端SOP 快速在線負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略，采用多端SOP 對(duì)多條饋線進(jìn)行柔性互聯(lián)，先利用正常饋線上節(jié)點(diǎn)電壓與SOP 端口出力的靈敏度系數(shù)約束SOP 在供電恢復(fù)中的功率分配，再根據(jù)負(fù)荷重要等級(jí)優(yōu)化負(fù)荷切除量，在保證供電質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了故障端負(fù)荷全部恢復(fù)供電；文獻(xiàn)［82］以系統(tǒng)故障后的總供電負(fù)荷最大化為目標(biāo)，建立了SOP 配置的魯棒優(yōu)化模型，通過優(yōu)化SOP 的安裝位置、容量與出力，使其能夠?qū)Ψ枪收系氖щ妳^(qū)域進(jìn)行不間斷供電，以縮短系統(tǒng)供電恢復(fù)時(shí)間，最大化地提升配電系統(tǒng)自愈能力；文獻(xiàn)［83］建立了基于多階段彈性力學(xué)映射的配電網(wǎng)模型，分析和探討了SOP 安裝位置和容量對(duì)配電網(wǎng)彈性的影響；文獻(xiàn)［84］提出采用SOP 與常規(guī)開關(guān)并聯(lián)的混合結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供，由SOP 提供輔助支撐，可降低故障場(chǎng)景下對(duì)SOP 的容量需求。

4.2 基于SOP 的配電網(wǎng)供電恢復(fù)策略

基于SOP 的配電網(wǎng)故障隔離與恢復(fù)流程可概括為:在故障發(fā)生時(shí)SOP 快速閉鎖，而后配電網(wǎng)保護(hù)裝置進(jìn)行故障定位和隔離，形成失電區(qū)域；SOP連接失電區(qū)域一端的運(yùn)行模式切換為電壓-頻率控制，SOP 在維持自身穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)為失電區(qū)域提供電壓與頻率支撐，根據(jù)所連饋線情況迅速轉(zhuǎn)移功率，進(jìn)行供電恢復(fù)。

供電恢復(fù)策略的制定需遵循上述基本流程，此外SOP 可與多種設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，以提升故障隔離與供電恢復(fù)效果。例如，文獻(xiàn)［74，82］將SOP 與基于傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)相結(jié)合，在最大化恢復(fù)失電負(fù)荷的同時(shí)，減小了開關(guān)動(dòng)作次數(shù)，延長了設(shè)備壽命；文獻(xiàn)［85］提出一種考慮SOP、分布式電源和儲(chǔ)能協(xié)同的孤島運(yùn)行優(yōu)化策略，在孤島運(yùn)行中協(xié)調(diào)SOP、分布式電源和儲(chǔ)能控制策略，以擴(kuò)大供電恢復(fù)范圍，并確保供電恢復(fù)的持續(xù)性與魯棒性；文獻(xiàn)［86］提出一種多SOP 協(xié)同的有源配電網(wǎng)故障自愈方法，并為實(shí)際運(yùn)行建立了SOP 故障策略集；文獻(xiàn)［87］針對(duì)新能源出力及負(fù)荷需求不確定性，進(jìn)一步面向不對(duì)稱配電網(wǎng)提出一種多端SOP 與傳統(tǒng)開關(guān)協(xié)同的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)供電恢復(fù)方法，提高了對(duì)不確定性的應(yīng)對(duì)水平。

當(dāng)前，基于SOP 的供電恢復(fù)策略多是直接給出SOP、開關(guān)等設(shè)備的最終運(yùn)行狀態(tài)，而SOP 與多種設(shè)備的多時(shí)間尺度運(yùn)行特性會(huì)影響配電網(wǎng)供電恢復(fù)期間的負(fù)荷并網(wǎng)狀態(tài)與系統(tǒng)安全運(yùn)行狀態(tài)［88］。因此，未來有待開展基于SOP 的多階段協(xié)同供電恢復(fù)策略研究。

5 含SOP 的配電網(wǎng)配置規(guī)劃

通過SOP 的多端功率精細(xì)控制能力，可滿足配電網(wǎng)多主體間的端對(duì)端電能交易與共享經(jīng)濟(jì)等新場(chǎng)景對(duì)傳輸功率高度可控的硬性需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于SOP 建設(shè)成本較高，且接入數(shù)量與配電系統(tǒng)運(yùn)行水平提升程度間具有邊際遞減效應(yīng)，故合理規(guī)劃配置SOP，確定最佳的接入位置、容量和數(shù)量組合，成為SOP 技術(shù)應(yīng)用中亟待解決的問題。本章主要從含SOP 的配電網(wǎng)規(guī)劃場(chǎng)景生成、運(yùn)行策略對(duì)SOP 規(guī)劃的影響方面展開闡述。

5.1 SOP 規(guī)劃問題的多場(chǎng)景生成

SOP 通過提高配電網(wǎng)的運(yùn)行靈活性來有效應(yīng)對(duì)各種不確定性擾動(dòng)。因此，其優(yōu)化規(guī)劃中必須首先對(duì)配電網(wǎng)中的不確定因素進(jìn)行準(zhǔn)確描述，包括分布式電源的空間分布和出力規(guī)律、配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控機(jī)制、用戶側(cè)用電特征及交易機(jī)制等。與此同時(shí)，SOP 的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在正常場(chǎng)景下的運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化、故障場(chǎng)景下的供電恢復(fù)等多個(gè)方面，對(duì)SOP 進(jìn)行配置規(guī)劃必須全面考慮其在不同場(chǎng)景下的綜合價(jià)值，計(jì)及SOP 柔性互聯(lián)的綜合技術(shù)效益。

針對(duì)SOP 規(guī)劃的場(chǎng)景設(shè)置問題，文獻(xiàn)［89］根據(jù)資產(chǎn)績效評(píng)估理論，從電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)效益、性能效用3 個(gè)方面評(píng)估SOP 對(duì)配電網(wǎng)的影響。其中性能指標(biāo)包括SOP 對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行性能的提升作用，如可靠性提高、電壓質(zhì)量改善和分布式電源消納能力提升等；經(jīng)濟(jì)效益考慮成本減小和收益增加2 個(gè)部分，包括建設(shè)成本、網(wǎng)損減少和延緩升級(jí)改造收益等；文獻(xiàn)［90］構(gòu)建了計(jì)及配電網(wǎng)正常、故障運(yùn)行效益的雙層規(guī)劃模型，正常運(yùn)行層考慮SOP 的潮流調(diào)節(jié)作用對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化作用，故障運(yùn)行層基于序貫蒙特卡洛模擬可靠性評(píng)估方法計(jì)算故障成本。

針對(duì)SOP 規(guī)劃場(chǎng)景中的不確定性要素，現(xiàn)有研究多采用不確定性建模或場(chǎng)景生成法對(duì)其進(jìn)行描述。例如，文獻(xiàn)［91-92］根據(jù)風(fēng)、光歷史數(shù)據(jù)得到分布式電源出力的概率密度分布函數(shù)，從而采用基于Wasserstein 距離的最優(yōu)場(chǎng)景生成技術(shù)進(jìn)行典型場(chǎng)景構(gòu)建；文獻(xiàn)［93］采用K均值方法對(duì)分布式電源有功出力和負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，以減少場(chǎng)景數(shù)量和提取關(guān)鍵特征；文獻(xiàn)［94］采用拉丁超立方抽樣方法，隨機(jī)生成分布式電源出力波動(dòng)和負(fù)荷不確定性典型場(chǎng)景；文獻(xiàn)［95］采用快速搜索和發(fā)現(xiàn)密度峰聚類方法對(duì)年負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，可以避免聚類結(jié)果陷入局部最優(yōu)。

5.2 計(jì)及運(yùn)行策略影響的SOP 配置規(guī)劃

由于SOP 配置規(guī)劃與系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化策略存在強(qiáng)耦合性，不同運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)下同一配置的優(yōu)化效果差異很大。對(duì)此，常用的解決方法是建立多層優(yōu)化模型，迭代求解SOP 配置規(guī)劃與運(yùn)行優(yōu)化2 個(gè)子模型。其中，配置規(guī)劃模型的控制變量包括SOP 安裝數(shù)目、安裝容量等，運(yùn)行優(yōu)化模型控制變量包括SOP、分布式能源、儲(chǔ)能等設(shè)備出力等。

針對(duì)上述問題，文獻(xiàn)［96］建立了面向SOP、電容器組、分布式電源的雙層配置規(guī)劃模型，以多時(shí)間斷面的時(shí)序優(yōu)化模型為基礎(chǔ)，將機(jī)會(huì)約束算法嵌入模型上下層，在設(shè)定的置信水平下獲得最佳結(jié)果；文獻(xiàn)［97］提出SOP 與分布式電源的3 層協(xié)調(diào)規(guī)劃模型，利用場(chǎng)景分析法量化分布式電源出力的隨機(jī)性，上層對(duì)分布式電源配置進(jìn)行規(guī)劃，中層對(duì)SOP 配置進(jìn)行規(guī)劃，下層以每個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行成本最小為目標(biāo)對(duì)分布式電源與SOP 進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)［98］考慮負(fù)荷側(cè)響應(yīng)，兼顧電源側(cè)分布式電源不確定性、負(fù)荷側(cè)響應(yīng)及網(wǎng)絡(luò)側(cè)運(yùn)行優(yōu)化需求，構(gòu)建了SOP 三層時(shí)序規(guī)劃模型，選取波動(dòng)性源荷的典型場(chǎng)景，在網(wǎng)絡(luò)層以系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小為目標(biāo)優(yōu)化SOP 位置與容量，在負(fù)荷層考慮用戶對(duì)電價(jià)波動(dòng)的響應(yīng)來調(diào)整負(fù)荷水平，在運(yùn)行優(yōu)化層基于SOP 配置結(jié)果以最小化所有場(chǎng)景的運(yùn)行成本為目標(biāo)決定SOP 出力，通過源網(wǎng)荷綜合協(xié)調(diào)提高了SOP 配置的經(jīng)濟(jì)性。

因此，SOP 配置規(guī)劃問題研究不僅要注重投資經(jīng)濟(jì)性分析，還要考慮SOP 的接入位置、容量和數(shù)量組合對(duì)配電網(wǎng)整體運(yùn)行的支撐能力等。同時(shí)，SOP 選址定容規(guī)劃尺度較長，需考慮以年為時(shí)間尺度的配電系統(tǒng)形態(tài)演變趨勢(shì)影響等。

6 結(jié)語

SOP 技術(shù)理念自提出以來，迅速成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，得到了大量研究并取得了豐富成果。隨著技術(shù)逐漸成熟，SOP 逐步在國內(nèi)外實(shí)際工程中得到應(yīng)用，并因功能側(cè)重不同而演化為交直流混合柔性互聯(lián)、多端柔性互聯(lián)、多電壓等級(jí)柔性互聯(lián)等不同的技術(shù)形態(tài)。本文總結(jié)了SOP 的運(yùn)行控制架構(gòu)，由于進(jìn)行全局集中信息采集、處理、分析和控制的難度增加，發(fā)展更加高效的SOP 分布式運(yùn)行控制新架構(gòu)成為必然需求。本文進(jìn)一步歸納了系統(tǒng)正常運(yùn)行與故障運(yùn)行下的SOP 控制策略，利用大量可用歷史數(shù)據(jù)并結(jié)合先進(jìn)智能技術(shù)，提高復(fù)雜場(chǎng)景下的運(yùn)行水平是未來趨勢(shì)；針對(duì)SOP 的規(guī)劃研究，未來配電網(wǎng)將接入大量新型設(shè)備，以SOP 為核心的配電網(wǎng)柔性化結(jié)構(gòu)形態(tài)演變是未來的研究熱點(diǎn)。

在應(yīng)用實(shí)踐中，既驗(yàn)證了一些前期的技術(shù)構(gòu)想，又發(fā)現(xiàn)了一些新的共性問題。例如，在采用SOP 代替聯(lián)絡(luò)開關(guān)時(shí)，為保證配電網(wǎng)的供電可靠性，往往要求SOP 的容量能夠獨(dú)立承擔(dān)一條饋線負(fù)荷，這使得建設(shè)投資大幅增加，同時(shí)也降低了正常運(yùn)行時(shí)SOP的設(shè)備利用率；SOP 的運(yùn)行目標(biāo)更多是側(cè)重對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行損耗的降低和電壓水平的優(yōu)化，但與常規(guī)手段相比其技術(shù)優(yōu)勢(shì)不突出，技術(shù)的必要性尚未得到充分挖掘和體現(xiàn)。這些問題在一定程度上制約了SOP 技術(shù)的實(shí)踐推廣，需要繼續(xù)開展有針對(duì)性的研究來加以解決。

為進(jìn)一步促進(jìn)SOP 的發(fā)展和應(yīng)用，需要重點(diǎn)開展以下3 個(gè)方面的工作:1）發(fā)展新的SOP 運(yùn)行控制架構(gòu)與方法，特別是面向未來配電網(wǎng)就地源荷平衡、柔性分區(qū)互聯(lián)等新形態(tài)的協(xié)調(diào)運(yùn)行方法，使容量有限的SOP 發(fā)揮更大的優(yōu)化調(diào)控作用；2）進(jìn)一步降低SOP 的投資成本，這不僅依賴于電力電子技術(shù)和SOP 裝置設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)還應(yīng)緊密結(jié)合SOP的應(yīng)用場(chǎng)景需求，避免SOP 配置盲目求全、求大，導(dǎo)致資源浪費(fèi)；3）繼續(xù)發(fā)掘SOP 的技術(shù)潛力，將SOP與端對(duì)端交易、共享經(jīng)濟(jì)等新技術(shù)相結(jié)合，從而創(chuàng)造更多的附加效益。