吴俊勇， 裴丛仙子， 边国潮

(北京交通大学电气工程学院， 北京 100044)

光伏并网配电网中柔性环网开关的优化运行控制策略研究

吴俊勇， 裴丛仙子， 边国潮

(北京交通大学电气工程学院， 北京 100044)

分布式光伏发电的快速普及，使得配电网中光伏发电的比例日益提高。但大量光伏发电的并网运行却给配电网带来了一系列的电能质量问题。如何解决光伏大量接入带来的电压越限问题已经成为一个重点研究方向。柔性环网开关可以主动调节配电网的潮流，本文主要研究在光伏并网配电网中柔性环网开关的优化运行控制策略，重点解决电压越限问题。本文首先介绍了基于电压源型变流器的柔性环网开关的原理，分析了柔性环网开关稳定运行的约束条件，提出了一种基于扰动观察法的柔性环网开关实时优化运行控制策略，该方法不需要预先知道配电网的拓扑结构和参数，具有一定的工程实用价值。最后通过两个算例，验证了柔性环网开关有助于将光伏并网配电网的电压维持在正常水平内。

柔性环网开关； 配电网； 电压越限； 优化运行控制

1 引言

随着社会的快速发展，全球能源消耗速度惊人，人类正面临着日益严峻的能源危机问题。而且随着经济不断增长，人民生活水平不断提高，能源消耗将继续保持高速增长，能源短缺问题将会变得越来越突出[1]。从全球来看，光伏发电量占总发电量的比例正逐步提高。2011年，意大利有3.46%的电力需求由光伏发电满足，捷克、德国和西班牙的这一份额依次为3.14%、3.05%和2.93%。根据截至2011年实现的并网装机容量测算，光伏发电大约能够满足欧洲2%的总电力需求和4%的高峰电力需求，能够满足全球0.5%的总电力需求和1%的高峰电力需求[2]。为了规范和促进光伏产业的健康发展，我国出台了一系列政策法规，提出加强光伏发电的应用规划工作、鼓励开展多种形式的光伏发电应用、完善光伏发电的发展模式、完善光伏发电接网和并网运行的服务、加强配套电网技术和管理体系的建设等多个方面的相关政策。

但是光伏发电与传统的火力发电、水力发电在固有特性以及接纳方式等方面有着很大的不同，其并网运行给传统电网带来了一系列电能质量问题。大规模光伏接入电网带来的电能质量问题主要包括电压、谐波以及频率问题。这些问题都制约着更多光伏电源的接入，但是就目前的电网而言，制约光伏发电进一步大规模接入的关键问题还是电压偏差过大所带来的电压越限问题[3]。所以解决光伏接入引起的电压越限问题就变得至关重要。

国内外专家也对于这个问题展开了研究，文献[4]研究了柔性环网开关(Soft Normally-Open Point，SNOP)在提高配电网负荷承载能力以及提高光伏渗透率上的作用，并给出了相应的目标函数，算例结果表明，柔性环网开关可以提高配电网可承载负荷的比例和配电网的光伏渗透率。文献[5]研究了利用静止无功补偿器 (Static Var Compensator，SVC)和柔性环网开关控制含有分布式发电的配电网的电压，对于SVC和柔性环网开关分别给出了不同的控制方法，比较了不同分布式发电渗透率下，两者在控制电压方面发挥的作用。文献[6]提出了一种含柔性环网开关的配电网优化运行模型，用以研究柔性环网开关在降低配电网损耗、改善电压水平以及应对分布式电源出力突变上的作用。文献[7]提出了一种柔性环网开关的运行控制方法，可以有效改善含有大量光伏发电的馈线的电压质量，但是需要柔性环网开关有一个端口连接一条大容量的工业馈线，并通过该馈线来实现柔性环网开关各端口之间必须满足的有功功率平衡约束条件。

综上所述，柔性环网开关可以实现对馈线上潮流的主动控制，并最终通过改变配电网的潮流来实现不同的配电网优化运行目标。本文首先详细介绍了柔性环网开关的工作原理和稳定运行约束条件，分析了利用柔性环网开关来解决光伏发电接入配电网时对电压的影响，本文提出了一种基于扰动观察法的柔性环网开关优化运行控制策略，最后用两个算例验证了该策略可以有效改善含光伏发电配电网的电压质量，使配电网运行在正常电压水平范围内。

2 柔性环网开关

柔性环网开关一般可以通过全控型电力电子器件实现，目前背靠背电压源型变流器和统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)是实现柔性环网开关比较理想的选择。文献[8]介绍了这两种柔性环网开关模型，并研究了这两种模型在中压配电网中平衡馈线间负荷的作用。文献[9]研究了柔性环网开关在平衡配电网馈线间负荷的作用，特点是所研究的配电网中含有大量的光伏发电，基于真实配电网的算例实验结果表明，柔性环网开关可以有效实现配电网馈线间的负荷平衡，同时还可以减少配电系统的损耗。

可以实现柔性环网开关功能的电路结构有多种，本文通过多个电压源型变流器来实现不同端口数量的柔性环网开关。

2.1柔性环网开关的工作原理

两端口柔性环网开关可以通过背靠背电压源型变流器实现，柔性环网开关与有源交流配电网相连时的系统结构图如图1所示。

图1 与有源交流配电网相连时的柔性环网开 关系统结构图Fig.1 Block diagram for SNOP connecting to distribution network

柔性环网开关两端都采用电压源型变流器，且结构完全相同，两者通过中间的直流环节联系在一起。图1中L1和L2为换流电抗器，是变流器与交流电源进行能量交换的纽带，同时起到滤波作用；R1和R2为换流电抗器和变流器开关管损耗的总等效电阻；C为直流侧电容，起直流电压支撑、缓冲桥臂关断时的冲击电流及减小直流侧谐波的作用[10]。

由于柔性环网开关两端结构完全对称，所以本文仅分析左侧变流器VSC1，且只考虑其在基波下的稳态特性。左侧交流侧电源电压基波相量为E1，变流器电网侧输出电压基波相量为U1，且U1滞后E1的角度为δ1。忽略损耗总等效电阻R1，可得到交流电源流入变流器的有功功率和无功功率分别为：

(1)

(2)

由式(1)可知，有功功率的传输主要取决于δ1，控制δ1就可以控制有功潮流的方向以及输送功率的大小。当δ1>0时，变流器吸收有功功率，即变流器作为整流器运行；当δ1<0时，变流器发出有功功率，即变流器作为逆变器运行。

由式(2)可知，无功功率的传输主要取决于(E1-U1cosδ1)，而且通过控制U1大小就可以控制变流器吸收或发出无功功率以及无功功率值的大小[11]。

VSC1采用PWM技术控制，由脉宽调制原理可知，δ1和U1的大小可以由调制波的相角和调制度决定，所以通过控制调制波即可控制VSC1输出的有功功率和无功功率值。

VSC1稳态运行时的相量图如图2所示。图2中，取E1相量与Q轴重合，由于幅值U1和相角δ1可控，相量U1的终点可以落在PQ坐标系4个象限的任一象限中。当δ1>0，即E1超前U1时，由式(1)可知P1>0，此时U1终点落在第一象限和第四象限；当δ1<0时，P1<0，此时U1终点落在第二、三象限。而当E1>U1cosδ1时，由式(2)可知Q1>0，此时U1终点落在第三、四象限中；当E1

图2 VSC1稳态运行相量图Fig.2 Phasor diagram of VSC1

从交流系统的角度出发，由上述分析可知，柔性环网开关中的变流器可以看作一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎可以瞬时地实现有功功率和无功功率的四象限独立控制，这个基本特性使得柔性环网开关在电力系统的应用具有十分卓越的性能。

2.2柔性环流开关控制策略与约束条件

现有的PWM变流器控制策略主要可分为以下几类：直接电流控制策略、直接功率控制策略以及其他一些非线性控制策略。

其中直接电流控制以快速电流反馈控制为特征，是比较成熟、占主导地位的控制策略[12]。柔性环网开关中的变流器采用直接电流控制策略进行控制，该策略控制系统为双环控制结构，即功率外环和电流内环。对于整流侧变流器，功率外环的作用是根据系统的控制目标实现定直流电压控制以及定无功功率控制；对于逆变侧变流器，功率外环的作用则是根据系统的控制目标实现定有功功率控制和定无功功率控制。而电流内环的作用则均是按功率外环输出的电流指令对网侧电流进行控制。由于网侧采用了电流闭环控制，使变流器网侧电流动态、静态性能得到了提高，同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感，从而增强了电流控制系统的鲁棒性。

对于三个端口及以上的多端口柔性环网开关，采用通过直流侧接入更多的变流器来实现，对于控制方式，这些新增加的变流器均采用定有功功率控制和定无功功率控制。

配电网正常运行时，含n个端口的柔性环网开关与配电网馈线相连的示意图如图3所示。需要说明的是图3并不严格区分柔性环网开关是直接或者通过变压器间接接入配电网。

图3 多端口SNOP示意图Fig.3 Schematic diagram of multi-port SNOP

图3中柔性环网开关每个端口处的变流器对应控制一条馈线上有功功率和无功功率，本文取有功功率和无功功率流入柔性环网开关方向为正方向。

柔性环网开关稳定运行需满足以下约束条件：

(1)有功功率约束

维持柔性环网开关直流母线电压恒定是保证其稳定运行的基础，为了使直流母线电压保持恒定，流入和流出直流母线的有功功率必须相等，即：

(3)

(2)各端口变流器容量约束

柔性环网开关各端口变流器都有各自的额定容量，变流器运行时的视在功率不能超过其额定容量值，即：

(4)

式中，Pi和Qi分别为柔性环网开关端口i处的有功功率和无功功率控制量；Si为柔性环网开关端口i处变流器的容量。

柔性环网开关各端口上的有功功率和无功功率可以实现解耦控制，光伏大量接入主要改变的是配电网中的有功潮流，并最终使部分节点出现电压越限，针对配电网中有功潮流的改变，可以仅通过控制柔性环网开关各端口的有功功率来改善配电网的有功潮流，使电压越限的节点恢复到正常水平；此外，基于无功功率在改善配网系统电压水平上的有效性，以及为了更充分利用柔性环网开关各端口处变流器的容量，还可以通过同时控制柔性环网开关各端口的有功功率和无功功率来改善配电网的电压水平，使各节点电压维持在正常范围之内。

3 基于柔性环网开关的扰动观察法

柔性环网开关端口所在节点上的有功功率和无功功率发生变化，节点上的电压也会发生改变，这时可以得到节点的电压幅值对有功功率的灵敏度KP和电压幅值对无功功率的灵敏度KQ，即：

(5)

对于求解配电网中任意一个节点i的KP和KQ值，可以先将配电网简化成如图4所示的等值电路。

图4 配电网等值电路图Fig.4 Equivalent circuit diagram of distribution network

图4中VS为配电网电源母线电压，Vi为节点i处的电压，P+jQ为节点i处的负荷，R+jX为节点i与配电网电源节点之间的等效阻抗，后续计算时忽略该阻抗上的功率损耗。

节点i上的功率没有发生改变时，节点i的电压幅值为：

(6)

节点i上的功率发生改变，变为(P+ΔP)+j(Q+ΔQ)后，节点i的电压幅值变为：

(7)

由式(7)-式(6)可得：

(8)

由式(8)可得：

(9)

由式(9)可得：

(10)

由式(10)可以看出，在某一确定的时间断面下，节点电压幅值对有功功率的灵敏度KP和节点电压幅值对无功功率的灵敏度KQ是一个定值。

由式(9)可知，在该时间断面下，节点电压幅值与节点功率之间呈现出线性关系如图5所示。所以得到了这个时间断面下节点i的KP和KQ值后，该节点的电压幅值就可以通过柔性环网开关改变节点功率来进行调节。

图5 节点电压幅值与节点功率关系图Fig.5 Relationship between node voltage amplitude and node power

由于配电网中的负荷、光伏的出力甚至是配电网的拓扑结构都会随着时间的变化发生改变，使得等效阻抗R+jX也随着时间变化，因此KP和KQ值也会随着时间逐渐地发生变化，即不同时间断面下，KP和KQ值是不同的。图6和图7分别给出了IEEE 33节点配电网节点18和节点33的KP、KQ值全天变化曲线。从图6和图7可以看出，KP和KQ的值会随着时间的变化而发生改变。

图6 节点18的KP和KQ值Fig.6 Values of KP and KQ at node 18

图7 节点33的KP和KQ值Fig.7 Values of KP and KQ at node 33

为了利用式(9)对配电网节点电压进行调节，获取节点KP和KQ值的方法就变得至关重要。显然，KP和KQ的值可以通过潮流计算的方法求得，但由于配电网中的负荷及光伏出力随着时间变化，使得配电网潮流计算所需的部分参数时刻在发生变化，如果通过实时的潮流计算来获得这两个参数就需要能够实时获得负荷、光伏出力等配电网运行参数，这对配电网的智能化程度、数据通信系统的可靠性等要求都非常高，尤其当要处理的配电网非常庞大、非常复杂时，这两个参数的获取将会非常困难。

本文提出一种扰动观察法来实时地获取柔性环网开关各端口的KP和KQ参数。该方法并不需要知道配电网的结构以及参数，在不同时间断面下，只需通过柔性环网开关对各端口节点分别施加有功功率扰动和无功功率扰动即可得到KP和KQ值。

利用该方法来获取某一时间断面下的KP和KQ值的具体步骤如下：

(1)测量柔性环网开关每一个端口调节前的节点电压幅值Vi(0)。

(2)在满足柔性环网开关稳定运行约束的条件下，将柔性环网开关每一个端口的有功控制指令由原来的Pi调整为Pi+ΔPi，即对每一个端口所在节点施加一个小的有功功率扰动ΔPi，测量加入有功功率扰动后各端口节点的电压幅值VPi，得到电压幅值的增量ΔVPi=VPi-Vi(0)。

(3)与步骤(2)类似，在满足柔性环网开关稳定运行约束的条件下，利用柔性环网开关对每一个端口所在节点施加一个小的无功功率扰动ΔQi，测量加入无功功率扰动后各端口节点的电压幅值VQi，得到电压幅值的增量ΔVQi=VQi-Vi(0)。

(4)计算得到各端口节点的电压幅值对有功功率的灵敏度KPi和电压幅值对无功功率的灵敏度KQi值：KPi=ΔVPi/ΔPi，KQi=ΔVQi/ΔQi。

基于该扰动观察法可以实时地、在线地得到柔性环网开关的各端口KP和KQ，具备了工程实用价值，为柔性环网开关在配电网中的应用打下了基础。

4 基于扰动观察法的优化运行控制策略

由上述分析可知，采用扰动观察法可以获得任意时间断面下，柔性环网开关各端口的节点电压幅值对有功功率的灵敏度KP和对无功功率的灵敏度KQ。这样，根据式(9)通过柔性环网开关改变其各端口所在节点的有功功率和无功功率值，就可以实现对这些节点电压的控制，从而有助于改善整个馈线节点的电压质量。本文提出了一种基于扰动观察法的含光伏并网配电网多端口柔性环网开关优化运行控制策略。

4.1优化运行控制策略数学模型

(1)目标函数

由于配电网的末端节点电压一般是整个网络中偏离正常范围最严重的节点，也是柔性环网开关的接入节点，通过柔性环网开关的主动潮流控制使这些端点电压回归允许的正常范围，由于节点电压的线性变化，网络中的其他节点电压品质也会大幅改善。因此，本文提出的优化运行控制策略是以柔性环网开关各端口所在节点的电压偏差最小为目标函数，该目标函数可以表示为：

(11)

(2)约束条件

在求解目标函数的过程中，需要满足以下约束条件：

1)柔性环网开关稳定运行约束条件：

有功功率约束：

(12)

各端口变流器容量约束：

(13)

2)柔性环网开关各端口接入节点的电压约束：

Vi,min≤Vi≤Vi,max

(14)

式中，Vi,min和Vi,max分别为端口i处节点电压的下限值和上限值。

4.2优化运行控制的实施步骤

该优化运行控制策略首先通过扰动观察法得到某时刻柔性环网开关各端口所在节点的电压幅值对有功功率的灵敏度KP和节点电压幅值对无功功率的灵敏度KQ，然后通过线性规划算法求解目标函数，得到该时刻柔性环网开关各端口的最佳有功和无功控制指令，最后柔性环网开关按得到的控制指令工作，实现对配电网电压的控制。

SNOP优化运行控制策略的具体步骤如下：

(1)测量SNOP每一个端口t时刻的节点电压幅值Vi(t)。

(2)利用SNOP对每一个端口节点施加有功扰动ΔPi。

(3)测量SNOP每一个端口所在节点电压幅值VPi，得到有功电压增量ΔVPi=VPi-Vi(t)。

(4)利用SNOP对每一个端口节点施加无功扰动ΔQi。

(5)测量SNOP每一个端点所在节点的电压幅值VQi，得到无功电压增量ΔVQi=VQi-Vi(t)。

(6)采用线性规划法求解目标函数，得到SNOP各端口的最优控制指令：Pi(t′)，Qi(t′)，SNOP按照控制指令运行。

(7)SNOP进入下一个功率调节时刻t=t+Δt，重复以上步骤。

5 算例分析

5.133节点配电网优化运行

含光伏和柔性环网开关的33节点配电网络如图8所示，其中柔性环网开关两端口变流器的容量均为1MVA,分别接入18节点和33节点。3个光伏的安装容量为：PPV1=1890.104kW，PPV2=1305.108kW，PPV3=1480.347kW。

图8 含光伏和柔性环网开关的33节点配电网络Fig.8 Diagram of 33 nodes distribution network with PV generation and SNOP

实际光伏发电功率输出具有一定波动性，这三个光伏发电单元的日有功输出曲线如图9所示。

图9 三个光伏发电单元的日有功输出曲线Fig.9 Three photovoltaic generation daily output curves

图10给出了配电网中不含柔性环网开关(优化前)以及配电网中含有柔性环网开关且按优化运行控制策略运行(优化后)时的18节点和33节点24h电压变化曲线。由图10可以看出，当配电网中不含柔性环网开关时，随着光伏输出功率的逐渐增大，18节点和33节点的电压会逐渐上升并越过配电网允许的电压上限值，使得配电网运行于不正常状态；而当配电网中安装了柔性环网开关，且柔性环网开关按照优化运行控制策略运行时，这两个节点的电压始终维持在配电网所允许的电压范围内。仿真结果表明，配电网其余节点24h的电压也均能维持在正常水平。由此可见，该优化运行控制策略是切实可行的。

图10 18和33节点24h电压变化曲线Fig.10 Voltage change curve of node 18 and 33 in 24 hours

图11和图12分别给出了24h柔性环网开关有功功率和无功功率控制量的变化图，由图11和图12可以看出，随着配电网的负荷以及光伏的出力按时间不断的变化，柔性环网开关按照优化运行控制策略实时地调整了有功功率控制量以及无功功率控制量，从而有效地控制了18节点和33节点的电压值，大大提高了配电网的电压质量。

图11 33节点配电网柔性环网开关24h有功控制量Fig.11 Daily active power control parameters of SNOP in 33 nodes distribution network

全天24h柔性环网开关各端口变流器的容量利用率如图13所示，即使用容量占额定容量的百分比。由图13对比图10的电压变化曲线可以看出，当柔性环网开关各端口变流器有剩余可使用容量时，可以将该端口所在节点的电压控制在电压参考值1.0；而当变流器容量被100%使用，没有剩余时，18节点和33节点的电压会随着光伏输出功率和负荷功率的变化而偏离电压参考值。而且，从图13中也可以看出，一天中，在光伏输出大量有功功率以及配电网负荷高峰这两个时段，柔性环网开关容量利用率较高，因为在这两个时段由于光伏的大功率输出以及配电网携带大量负荷，导致电压严重偏离参考值，需要依靠柔性环网开关大幅改变配电网潮流才能使得电压偏差减小。

图12 33节点配电网柔性环网开关24h无功控制量Fig.12 Daily reactive power control parameters of SNOP in 33 nodes distribution network

图13 柔性环网开关各端口变流器容量利用率Fig.13 Capacity utilization percentage of each port converter in SNOP

5.2102节点配电网优化运行

含光伏和柔性环网开关的102节点配电网络如图14所示，采用同样的方法对102节点配电网进行优化运行，其中柔性环网开关各端口变流器的容量均为1MVA，分别接入18节点、60节点和87节点。6个光伏的安装容量为：PPV1=1177.902kW，PPV2=1299.030kW，PPV3=905.821kW，PPV4=241.711kW，PPV5=124.109kW，PPV6=2566.976kW。

图14 含光伏和柔性环网开关的102节点配电网络Fig.14 Diagram of 102 nodes distribution network with PV generation and SNOP

6个光伏发电单元的日有功功率输出曲线如图15所示。

图15 六个光伏发电单元的日有功输出曲线Fig.15 Six photovoltaic generation daily output curves

图16给出了配电网中不含柔性环网开关(优化前)以及配电网中含有柔性环网开关且按优化运行控制策略运行(优化后)时的18节点、60节点和87节点24h电压变化曲线。由图16可以看出，当配电网中不含柔性环网开关时，随着光伏输出功率的逐渐增大，18节点、60节点和87节点的电压会逐渐升高并越过配电网允许的电压上限值，使得配电网运行于不正常状态；而当配电网中安装了柔性环网开关，且柔性环网开关按照优化运行控制策略运行时，这两个节点的电压能始终维持在配电网所允许的电压范围内。仿真结果表明，配电网其余节点24h的电压也均能维持在正常水平。由此可见，该优化运行控制策略是切实可行的。

图16 18、60和87节点24h电压变化曲线Fig.16 Voltage change curve of node 18, 60 and 87 in 24 hours

图17和图18分别给出了24h柔性环网开关有功功率和无功功率控制量的变化图，由图17和图18可以看出，随着配电网的负荷以及光伏的出力按时间不断的变化，柔性环网开关按照优化运行控制策略实时地调整了有功功率控制量以及无功功率控制量，从而有效地控制了18节点、60节点和87节点的电压值，大大提高了配电网的电压质量。

图17 102节点配电网柔性环网开关24h有功控制量Fig.17 Daily active power control parameters of SNOP in 102 nodes distribution network

图18 102节点配电网柔性环网开关24h 无功控制量Fig.18 Daily reactive power control parameters of SNOP in 102 nodes distribution network

全天24h柔性环网开关各端口变流器的容量利用率如图19所示。由图19对比图16的电压变化曲线可以看出，当柔性环网开关各端口变流器有剩余可使用容量时，可以将该端口所在节点的电压控制在电压参考值1.0附近；而当变流器容量被100%使用，没有剩余时，18节点、60节点和87节点的电压会随着光伏输出功率和负荷功率的变化而偏离电压参考值。同样地，从图19中还可以看出，一天中，在光伏发电输出大量有功功率以及配电网负荷高峰这两个时段，柔性环网开关容量利用率非常高，并且其中绝大部分时间柔性环网开关全容量运行，而原因同样是由于在这两个时段光伏发电的大功率输出以及配电网携带大量负荷，导致电压严重偏离参考值，需要依靠柔性环网开关大幅改变配电网潮流才能使得电压偏差减小。

图19 柔性环网开关各端口变流器容量利用率Fig.19 Capacity utilization percentage of each port converter in SNOP

6 结论

本文首先介绍了柔性环网开关的原理和约束条件，提出了扰动观察法来实时在线地获取柔性环网开关各端口节点的电压幅值对有功变化量的灵敏度和对无功变化量的灵敏度。该方法不需要事先已知配电网的拓扑结构、线路阻抗、负荷以及光伏出力等参数，在不同时间断面下，只需通过柔性环网开关对各端口节点分别施加有功功率扰动和无功功率扰动，即可实时在线地获得这些节点的电压幅值对有功功率的灵敏度和对无功功率的灵敏度，具有一定的工程实用价值。

在此基础上，提出了基于扰动观察法的多端口柔性环网开关的优化运行控制策略，通过优化柔性环网开关和各馈线的潮流分布来控制馈线末端节点电压在给定的范围内，从而有助于改善整个含光伏发电配电网的电能质量，并通过两个算例验证了该优化运行控制策略的正确性和有效性。

[1] 殷帅 (Yin Shuai). 我国光伏发电项目规模化发展研究(Study on scale development of photovoltaic generation project in China) [D]. 北京: 北京交通大学(Beijing: Beijing Jiaotong University), 2012.

[2] 王文祥, 史言信 (Wang Wenxiang, Shi Yanxin). 我国光伏产业困境的形成: 路径, 机理与政策反思 (The formation of China’s photovoltaic industry dilemma: path, mechanism and policy reflection) [J]. 当代财经 (Contemporary Finance & Economics), 2014 (1): 87-97.

[3] Kupzog F, Brunner H, Prüggler W, et al. DG demonet-concept-a new algorithm for active distribution grid operation facilitating high dg penetration [A]. 2007 5th IEEE International Conference on Industrial Informatics [C]. 2007, 2: 1197-1202.

[4] Romero-Ramos E, Gomez-Exposito A, Marano-Marcolini A, et al. Assessing the loadability of active distribution networks in the presence of DC controllable links [J]. IET generation, transmission & distribution, 2011, 5(11): 1105-1113.

[5] Hatta H, Uemura S, Kobayashi H. Demonstrative study of control system for distribution system with distributed generation [A]. 2009 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition [C]. 2009. 1-6.

[6] 王成山, 孙充勃, 李鹏, 等 (Wang Chengshan, Sun Chongbo, Li Peng, et al.). 基于 SNOP 的配电网运行优化及分析 (SNOP-base operation optimization and analysis of distribution networks) [J]. 电力系统自动化 (Automation of Electric Power Systems), 2015, 39(9): 82-87.

[7] Chaudhary S K, Guerrero J M, Teodorescu R. Enhancing the capacity of the AC distribution system using DC interlinks-a step toward future DC grid [J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015, 6(4): 1722-1729.

[8] Cao W, Wu J, Jenkins N. Feeder load balancing in MV distribution networks using soft normally-open points [A]. IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies [C]. 2014.1-6.

[9] Chen C S, Tsai C T, Lin C H, et al. Loading balance of distribution feeders with loop power controllers considering photovoltaic generation [J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2011, 26(3): 1762-1768.

[10] 沈阳武, 彭晓涛, 孙元章 (Shen Yangwu, Peng Xiaotao, Sun Yuanzhang). 背靠背双PWM变流器的协调控制策略 (Study on cooperative control strategies of back-to-back dual-PWM converter) [J]. 电网技术 (Power System Technology), 2012, 36(1): 146-152.

[11] 陈海荣, 徐政 (Chen Hairong, Xu Zheng). 基于同步坐标变换的VSC-HVDC暂态模型及其控制器 (Transient model and controller design for VSC-HVDC based on synchronous reference frame) [J]. 电工技术学报 (Transactions of China Electrotechnical Society), 2007, 22(2): 121-126.

[12] Kazmierkowski M P, Malesani L. Current control techniques for three-phase voltage-source PWM converters: a survey [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1998, 45(5): 691-703.

Studyoncontrolstrategyforoptimumoperationofsoftnormally-openpoints(SNOPs)indistributionnetworkwithPVgeneration

WU Jun-yong, PEI Cong-xian-zi, BIAN Guo-chao

(School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China)

With the rapid development of photovoltaic (PV) generation industry, the proportion of PV generation in power network is increasing. However, with a large number of PV generation connected to the distribution network, there came a series of power quality problems. How to solve this issue has become a key research direction. The soft normally-open point (SNOP) can control the power flow of the distribution network. The paper mainly studies control strategy for optimum operation of SNOPs in distribution network with PV generation. It is focused on the voltage violation issues. Firstly, the principle of SNOP based on voltage source converters is introduced, the constraints that the SNOP must satisfy are analyzed, and a new optimal operation control strategy of the SNOP based on Perturbation and Observation approach is proposed. Finally, the simulation results of two cases indicate that, by adopting the proposed control strategy, the SNOP can keep the voltage of distribution network within normal level.

SNOP; distribution network; voltage violation; optimal operation control strategy

2017-04-18

吴俊勇(1966-)， 男， 湖北籍， 教授， 博士， 研究方向为智能电网， 主动配电网， 能源互联网； 裴丛仙子(1993-)， 女， 湖北籍， 硕士研究生， 研究方向为需求侧响应仿真与协调控制策略研究。

10.12067/ATEEE1704055

： 1003-3076(2017)09-0020-09

： TM71