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原文发表在《电力系统自动化》2017年第41卷第5期，欢迎品读。
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肖峻, 刚发运, 黄仁乐, 等. 柔性配电网的最大供电能力模型 [J]. 电力系统自动化, 2017, 41(5): 30-38. DOI: 10.7500/ AEPS20160713007.
XIAO Jun, GANG Fayun, HUANG Renle, et al. Total Supply Capability Model for Flexible Distribution Network [J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(5): 30-38. DOI: 10.7500/ AEPS20160713007.
柔性配电网的最大供电能力模型
DOI: 10.7500/AEPS20160713007
肖峻，刚发运，黄仁乐，舒彬，杨楠，余潇潇
一、研究背景
传统城市中压配电网因短路电流控制的原因被迫采取闭环设计开环运行的模式，开环模式对可靠性、供电能力的进一步提升带来很大困难。随着柔性直流电力电子技术的发展，通过电力电子技术柔性化是未来城市配电网的一个新发展方向。将柔直技术应用到交流配电网中，能改变现有闭环设计开环运行的模式，实现配电网的柔性闭环运行，有希望解决城市配电网发展中的一些瓶颈问题。
最大供电能力(TSC)是配电网规划的关键指标，同时反映了电网的安全性与效率。目前TSC的研究已有较多进展，但对于电力电子化配电网的TSC研究尚未见报道。本文提出一种柔性配电网的TSC模型与求解方法，并在国内外首个多端柔性中压配电网示范工程可行性研究中成功应用。
二、柔性配电网概念
为解决传统配电网开环运行方式所带来的问题，可将馈线间的联络开关用柔性开关（软开关SOP）代替，柔性开关是安装于联络开关处的一种柔性电力电子装置。开闭站是普遍使用的构成城市配电网主体结构的关键设施。为此，本文提出了柔性开闭站（Flexible Switching Station，FSS）概念，FSS由柔性开关构成，是一种多端的柔性配电设施，能根据相关馈线的负载情况实时连续地进行功率分配，并具有良好的动态响应特性，在潮流控制能力上，明显强于只是对功率进行简单单向分配的传统开闭站。
当多回馈线通过一定数量的FSS组网后，将形成柔性配电网（Flexible Distribution Network，FDN）。FDN采用柔性闭环运行方式，在闭环点实现潮流的柔性可控，一定程度改变了潮流的自然分布。典型的FDN组网形态如图1所示。
图1 典型的FDN组网形态
三、FDN的TSC模型
FDN的TSC定义：基于N-1安全校验准则，定义为在一定的供电区域内所有馈线N-1校验和变电站主变N-1校验均满足时，该供电区域所能带的最大负荷。
模型将FDN中所有主变(馈线)所带的负荷之和作为目标函数。
模型将以下三个条件作为等式约束：
1）馈线负荷分配等式约束，表示FSS将馈线负荷按需连续分成几部分，其中每一部分转带给不同的馈线，所有转带出去的负荷之和等于该馈线的总负荷。
2）主变-馈线负荷等式约束，表示主变所带的负荷等于其母线上所出的所有馈线负荷之和。
3）主变-馈线负荷转带等式约束，表示主变发生N-1故障时转带给其他主变的负荷是通过与两台主变相连的馈线之间的负荷转带完成的。
模型将以下三个条件作为不等式约束：
1）馈线负荷-FSS容量不等式约束，表示主变上的馈线发生N-1故障后，其馈线所带的负荷必须不大于FSS的端口容量。
2）馈线N-1不等式约束，表示主变上的馈线发生N-1故障后，其负荷通过与FSS联络的馈线转带给其他主变上的馈线，负荷转带后接受负荷转带的馈线不能过载。
3）主变N-1不等式约束，表示主变接受故障主变转移的负荷后不超过自身主变的允许容量。
四、FDN的TSC规律总结
1）TSC总量大小
FDN的TSC总量在某些情况下有所提升，对于三端FSS，当多联络馈线容量小于单联络馈线时，TSC有提升，这种情况适合FSS连接某些主干与某些分支馈线组网的情况。
2）TSC负荷分布
FDN的TSC无论是否提升，在实际运行中都更易实现，允许负荷达到TSC时任意分布，而传统配电网必须要求负荷按一定分布才能达到TSC。
3）网络结构复杂程度
达到同等总量TSC，FDN组网结构简单，所用联络开关明显少于传统电网，原因是FDN的多端负荷转移无需借助分段开关将负荷分为几个部分。
上述FDN优势的原因是传统配电网需分段开关与联络开关配合才能将负荷转移到多回馈线；而FDN能连续调节潮流，无需分段开关就能将负荷优化分配给其他馈线，即更充分地利用了电网剩余容量。
五、结语
本文提出了柔性配电网FDN以及柔性开闭站FSS的概念，并提出了FDN的最大供电能力模型与求解方法。FDN是电力电子化背景下配电网的一个新概念，直接作用于配电网的一次系统，将改变配电网长期开环运行的方式，还赋予网络很强的潮流调控能力。FDN会给研究者带来很多感兴趣的课题，例如：如何利用FDN的闭环运行深度提高可靠性、如何利用FDN与现有主动配电网技术结合消纳间歇性DG。
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《电力系统自动化》2017年第5期新鲜出炉啦！
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肖峻，博士，天津大学电气自动化与信息工程学院教授，博士生导师，。主要研究方向：城市电网规划、评估与微网规划方面的研究和应用。在该领域三次获国家奖，第一作者发表SCI/EI论文70余篇，获国际国内发明专利13项，主持完成了北京、上海等几十个城市的配网规划。在安全高效配电网的规划理论方面，国内外最早提出并初步建立了配电系统最大供电能力TSC与安全域DSSR理论，获3项国家自然科学基金面上项目支持。
作者所在团队：、综合能源系统仿真与监控实验室、微电网实验室、直流配电系统实验室、智能用电实验室等。
实验室拥有中国工程院院士1人、俄罗斯工程院院士1人、国家千人计划引进人才1人、长江学者特聘教授1人，国家杰出青年基金获得者2人、国家973项目首席科学家1人。
近年来，实验室研究成果获得国家技术发明奖1项，国家科技进步奖2项，省部级奖多项，。
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