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💥1 概述
高比例清洁能源接入下计及需求响应的配电网重构研究
一、配电网重构的基本概念与核心目标
配电网重构（Distribution Network Reconfiguration, DNR）是通过调整开关状态改变网络拓扑结构，以优化系统运行的技术。其核心目标包括：
- 降低网损：通过优化潮流分布减少有功功率损耗，目标函数通常表达为总网损最小化（如公式：min∑i=1NPloss,imin∑i=1NPloss,i）。
- 改善电压质量：均衡节点电压分布，避免电压越限问题。
- 提升可靠性与经济性：通过动态调整网络结构适应负荷变化，减少停电风险并降低运行成本。
- 促进清洁能源消纳：优化分布式电源（DG）和电动汽车（EV）的接入路径，缓解反向潮流对电网的冲击。
配电网重构可分为静态重构（基于某一时刻状态优化）和动态重构（考虑时间序列变化），后者通过多时段优化实现更灵活的负荷平衡，但需权衡开关操作频率与经济性。
二、高比例清洁能源接入的挑战
清洁能源（如光伏、风电）的间歇性和高比例接入对配电网带来多重挑战：
- 潮流复杂性与电压波动：分布式光伏的随机出力导致逆向功率流动，引发节点电压超限（如380V配电网中电压偏差达±7%）。
- 谐波污染与电能质量下降：电力电子设备（逆变器、变流器）大规模接入导致谐波含量增加，三相不平衡问题加剧。
- 系统稳定性风险：高渗透率场景下，DG出力不确定性可能引发连锁脱网事故，降低系统惯量。
- 经济性矛盾：新能源渗透率超过60%时，弃风弃光费用和网损费用显著增加（如渗透率从60%提升至80%，总费用增加147.36元/天）。
三、需求响应（DR）的作用机制
DR通过价格或激励信号引导用户调整用电行为，与配电网重构形成协同：
- 负荷削峰填谷：分时电价、尖峰电价等策略转移高峰负荷，缓解配电网过载（如峰谷电价策略可降低峰谷差达26.78%）。
- 灵活性资源整合：聚合电动汽车、空调等可调负荷，提供向上/向下调节能力，应对清洁能源出力波动。
- 经济性优化：DR与重构协同可降低弃风弃光率（如某案例中重构费用减少49.48元/天）。
DR实施模式包括：
- 价格型DR：实时电价、分时电价等市场化机制。
- 激励型DR：直接补贴或容量补偿，引导用户参与负荷调整。
四、技术挑战与解决方案
多目标优化复杂性：
- 需同时考虑网损、电压偏差、开关操作成本及清洁能源消纳率。
- 混合整数二阶锥规划（MISOCP）：将非凸模型转化为凸优化问题，提升求解效率（如黄鸣宇等提出的模型通过二阶锥松弛实现）。
动态重构的开关操作约束：
- 引入开关动作次数限制（如每日操作不超过5次），避免频繁切换降低设备寿命。
- 结合模糊C均值算法划分重构时段，减少冗余操作。
不确定性建模：
- 采用鲁棒优化或随机规划处理DG出力与负荷预测误差（如基于Wasserstein距离的分布鲁棒模型）。
- 融合储能系统平抑功率波动（如分布式储能与重构协同降低电压偏差34.5%）。
实时性与计算效率：
- 基于数据驱动的快速重构方法（如CNN挖掘历史数据生成拓扑方案）。
- 压缩开关候选集合，减少优化变量规模（如最优匹配回路流法）。
五、典型应用模式
DR与重构分阶段优化：
- 第一阶段通过DR调整负荷曲线，第二阶段基于优化后的负荷进行网络重构。
- 案例：结合分时电价与智能软开关（SOP），网损费用降低96.22元/天，新能源消纳率提升至100%。
多资源协同调度：
- 动态重构与移动储能协同，利用储能时空灵活性弥补重构调节滞后性。
- 虚拟电厂（VPP）聚合DG、储能和可调负荷，通过市场机制参与重构。
交直流混合配电网重构：
- 柔性直流互联技术提升潮控能力，解决高比例光伏接入的电压越限问题。
六、国内外研究进展
国内研究：
- 黄鸣宇等提出计及DR的混合整数二阶锥模型，验证了DR降低重构费用和提高消纳能力的效果。
- 章博等结合DR与智能软开关（SOP），实现新能源完全消纳并减少网损。
- 孙伟卿等提出动态重构与移动储能协同优化方法，解决高渗透率下的弃风弃光问题。
国际研究：
- IntechOpen提出网络重构需兼顾稳态电压约束与故障恢复能力。
- 日本虚拟电厂（VPP）通过DR机制提升可再生能源消纳率至24%，并降低电网扩容需求。
- 美国加州案例显示，DR与重构协同可降低峰值负荷26.78%，减少储能投资需求。
七、未来研究方向
- 多时间尺度协同：分钟级DR响应与小时级重构的耦合优化。
- 新型电力电子设备集成：如固态变压器、SOP的精细化建模。
- 人工智能深度融合：基于强化学习的自适应重构策略。
- 政策与市场机制设计：DR参与电力现货市场的定价机制探索。
结论
高比例清洁能源接入下的配电网重构需深度融合需求响应、储能和智能控制技术，通过动态优化网络拓扑与负荷分布实现安全经济运行。未来研究应聚焦多目标协同、不确定性建模及市场化机制创新，为新型电力系统提供技术支撑。
📚2 运行结果
2.1 数据
以含 DG 和储能(ES)的 IEEE 33 节点配电网为例进行算例分析，算例网络结构如图 1 所示，系统
的网络与线路参数可参考文献[24]。图 1 中，实线为支路，虚线为联络开关；节点编号标于图 1 中；系统最大负荷 3 715 kW+2 300 kvar。假设所有同类型 DG 和负荷服从图 2 所示功率分布曲线[24]。
2.2 DG 与负荷 24 h 功率分布曲线
复现结果图：
2.3 需求响应措施对重构结果的影响
2.4 计及需求响应前后配电网重构节点电压曲面图
2.5 计及需求响应前后配电网重构节点电压曲线图
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2.6 计及需求响应前后配电网重构节点电压曲线图
2.7 不同清洁能源渗透率下的节点电压曲面图
2.8 不同清洁能源渗透率下节点电压曲线图
2.9 结论
在高比例清洁能源接入下，本文以综合考虑网损费用、弃风弃光费用、开关操作惩罚费用的成本
最小为目标函数，构建了计及需求响应的配电网重构模型。针对模型的非凸性，引入中间变量并进行二阶锥松弛，获得混合整数凸规划模型；最后使用改进 IEEE 33 节点配电网进行算例仿真，分析了需求响应措施和清洁能源渗透率对配电网重构结果的影响。
🎉3参考文献
部分理论来源于网络，如有侵权请联系删除。
[1]黄鸣宇,张庆平,张沈习等.高比例清洁能源接入下计及需求响应的配电网重构[J].电力系统保护与控制,2022,50(01):116-123.DOI:10.19783/j.cnki.pspc.210284.
