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作者与机构
本研究由李昀宸、吕志鹏、刘文龙和李月恒共同完成。作者分别来自上海电力大学电子与信息工程学院、国网上海能源互联网研究院有限公司以及南京则鸣新能源技术有限公司。研究发表于《高电压技术》2023年10月31日第49卷第10期，DOI为10.13336/j.1003-6520.hve.20221640。
学术背景
随着“双碳”目标的提出和“新基建”的推进，配电网中新增了分布式电源（Distributed Generation, DG）、电动汽车快充站等新型源荷储元素。这些元素的接入对配电网的供电可靠性、设备容量利用率和运行损耗提出了更高要求。传统配电网在应对这些挑战时存在不足，例如故障后短时断电、设备容量利用率低以及分布式电源消纳效率低等问题。因此，研究新型配电系统的组网方案及其配置方法具有重要意义。
本研究的核心目标是提出一种考虑“n-1”转供对配电设备容量配置要求的台区柔性互联系统优化配置方法。通过优化配置，旨在增强供电可靠性、提高设备容量利用率、降低配电系统损耗，并提升分布式电源的接纳能力。
研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
台区柔性互联系统的基本概念与应用前景介绍
研究首先简要介绍了台区柔性互联系统的基本概念及其在配电网中的应用前景。柔性互联系统通过柔性直流技术实现配电台区间的互联互供，优化负荷分配，降低运行损耗，并促进源荷储的高效互动。
建立优化配置模型
研究以固定资产投资与设备电能损耗构成的综合成本最小为目标，建立了包含“n-1”转供约束的互联系统优化配置模型。模型考虑了变压器、换流器及储能单元的容量配置，以确定变压器是否需要扩容，并尽量降低换流器及储能的投资成本。
模型求解
研究采用MATLAB软件中的遗传算法求解器对混合整数非线性模型进行求解。通过优化，确定了各台区变压器、换流器及储能单元的容量配置方案。
算例分析
研究通过6个场景的算例对比分析，验证了柔性互联系统在增强供电可靠性、提高设备容量利用率、降低配电系统损耗以及消纳分布式电源方面的有效性。算例优化对象为由3个配电台区构成的配电系统，分析了不同场景下的设备配置、运行损耗及综合成本。
主要结果
1. 负荷分配优化
台区柔性互联后，各台区负荷波动显著降低，1号台区负荷峰谷差从392.06 kW减少至143.28 kW，降幅达63.5%。互联后各台区变压器负载率基本一致，接近理想的负荷分配状态。
运行损耗降低
台区互联前后，变压器损耗降低了20.21 MWh，换流器损耗降低了34.2 MWh，整体设备运行损耗降低了34.0%。这得益于负荷分配的优化以及分布式电源的就地消纳。
设备配置优化
柔性互联后，配电设备固定成本显著降低。例如，场景4的固定成本为117.1万元，相较于场景1的202.3万元降低了42.1%。此外，配置储能的场景5进一步降低了最大负荷，其固定成本为116.2万元，为所有场景中最低。
综合成本分析
场景4的年综合成本为18.43万元，相较于场景2的27.69万元降低了9.26万元。场景5在柔性互联基础上配置储能，其年综合成本进一步降低至18.37万元。
“n-1”转供能力
场景6为满足“n-1”转供约束，设备配置有较高的冗余容量，其固定成本为227.1万元，为所有场景中最高。尽管如此，其年综合成本仍低于场景1的30.41万元。
结论
本研究提出的台区柔性互联系统优化配置方法，结合了柔性互联和储能的技术优势，为规模化分布式资源接入提供了经济合理的配置方案。研究结果表明，柔性互联系统在增强供电可靠性、提高设备容量利用率、降低配电系统损耗以及消纳分布式电源方面具有显著效果。同时，满足“n-1”转供约束的互联系统在提高供电可靠性的同时，其经济性仍然优于常规交直流混供配电系统。
研究亮点
1. 创新性方法：提出了包含“n-1”转供约束的台区柔性互联系统优化配置模型，结合了柔性互联和储能的技术优势。 2. 显著效果：通过算例分析，验证了柔性互联系统在降低运行损耗、提高设备容量利用率及消纳分布式电源方面的有效性。 3. 经济性优化：研究表明，柔性互联系统在满足“n-1”转供约束的同时，其投资运营成本低于常规配电系统。
其他价值
本研究为配电网的规划与运行提供了新的思路，特别是在应对规模化分布式电源和电动汽车快充站接入的挑战方面，具有重要的科学价值和应用价值。研究结果为配电网的优化配置和运行管理提供了理论依据和实践指导。