来源：《中国电力》2024年第10期
引文：梁海深, 王康丽, 宋红宇, 等. 配电网柔性度对分布式发电消纳的影响规律和机理分析[J]. 中国电力, 2024, 57(10): 36-45.
在“双碳”目标下，中国能源结构向清洁、低碳化转型是必然趋势。配电网作为直接面向用户的重要环节，分布式发电（distributed generator，DG）的广泛接入是满足低碳要求的主要手段。与此同时，DG接入配电网也带来了双向潮流、电压越限、网络阻塞等问题，传统配电网的结构与技术约束使其调节效用往往限于局部，难以支撑馈负载平衡和更大范围的DG消纳。《中国电力》2024年第10期刊发了梁海深等撰写的《配电网柔性度对分布式发电消纳的影响规律和机理分析》一文。文章旨在通过观测发现柔性度对DG消纳的影响规律，并分析机理解释规律。首先，介绍柔性度和消纳率的定义，分别反映配电网的柔性化程度和DG消纳水平。然后，采用接线模式简单算例进行观测，总结规律。最后用算例结合机理分析验证规律的正确性和一般性。目前，在柔性电力电子装置的研究与应用中，SOP具有代表性，因此本文针对SOP进行研究。
电力电子柔性化和分布式发电（DG）消纳是配电网研究的2个热点问题，揭示了配电网柔性度对DG消纳的影响规律和机理。首先，介绍了配电网柔性度的概念，并改进了柔性度的定义。然后，以典型接线模式和IEEE RBTS-Bus4扩展算例为研究对象，观察随柔性度升高时DG消纳率的变化，并分析规律和机理。研究发现，配电网柔性化并非都能提升DG消纳，存在一个起效条件：智能软开关（soft open point，SOP）某一侧馈线存在DG相对负荷的盈余，同时另一侧存在DG缺额。然而满足起效条件后，消纳率和柔性度之间的规律性仍未显现。提出分析消纳提升限制条件和按SOP安装次序观察的2种方法，发现了隐藏的规律：当存在消纳提升可用空间且无SOP容量限制下，或者同一SOP安装次序下，柔性度和消纳率才具有正相关关系。发现的规律机理为指导配电网的柔性化发展和DG消纳提供了新的理论依据。接线模式是构成配电网的基本单元，也是最简单的配电网。因此，先采用接线模式分析典型场景下不同SOP方案的消纳效果，进而总结柔性化对DG消纳的影响规律和机理。选择常用的两分段两联络和两供一备接线进行分析。图1为两分段两联络接线的7种SOP配置方案Case0~Case6。设定如下3个典型场景，场景1：配网DG缺额、部分馈线DG盈余，代表配网能通过SOP在馈线间再分配功率，实现DG全额消纳；场景2：配网、部分馈线DG盈余，代表配网负荷需求小于DG出力，SOP对馈线间进行功率再分配后DG仍有盈余；场景3：配网、全部馈线DG缺额，代表配网能全额消纳DG，馈线间无须以消纳为目标进行功率再分配。不同场景下DG和负荷功率如表1所示。
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Fig.1 SOP configuration schemes of two-section-and-tie wiring
表1 典型场景的DG和负荷功率（两分段两联络接线）Table 1 DG and load power in typical scenarios (two-section-and-tie wiring)![]()
根据改进的柔性度定义，并采用专家打分结合层次分析法得到权重（w1,w2)=(0.7,0.3)，计算得到不同方案下的柔性度。分别计算不同SOP方案在各典型场景下消纳率，柔性度和消纳率结果如表2所示，并绘制成图2。由表2和图2可知，场景1和2下，多数情况下，柔性化对消纳有提升作用，即柔性度越高，消纳率也越高，同时存在一些例外情况；场景3下，柔性化对消纳无提升作用，无SOP方案Case0的消纳率已为100%。
表2 不同SOP方案的柔性度和消纳率（两分段两联络接线）Table 2 Flexibility degrees and accommodation ratios of different SOP schemes (two-section-and-tie wiring)![]()
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Fig.2 Relationships between flexibility degree and accommodation ratio (two-section-and-tie wiring)
表3为场景1和2下柔性化没有提升消纳例外情况的原因。由表3可知，例外情况下，可用空间不足是主要因素，其与SOP容量限制单独作用或共同作用导致消纳率与柔性度变化方向不一致。
Table 3 Reason for exception (two-section-and-tie wiring)![]()
当限制因素不存在时，消纳功率增量等于可用空间增量，例如，场景2的Case2和Case5，可用空间增加1 MW，消纳功率也增加1 MW。图3为两供一备接线的7种SOP配置方案Case0~Case6。同样设置3个典型场景，各场景下DG和负荷功率如表4所示。
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Fig.3 Different SOP configuration schemes of two-supply-one-backup wiring
Table 4 DG and load power in typical scenarios (two-supply-one-backup wiring)![]()
计算得到不同方案下的柔性度，以及不同SOP方案在各典型场景下消纳率，柔性度和消纳率结果如表5所示，并绘制成图4。由表5和图4可知，场景1和2下，多数情况下，柔性化对消纳有提升作用，即柔性度越高，消纳率也越高，同时存在一些例外情况；场景3下，柔性化对消纳无提升作用，无SOP方案Case0的消纳率已为100%。
表5 不同SOP方案的柔性度和消纳率（两供一备接线）Table 5 Flexibility degrees and accommodation ratios of different schemes (two-supply-one-backup wiring)![]()
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Fig.4 Relationships between flexibility degree and accommodation ratio (two-supply-one-backup wiring)
表6为场景1和2下柔性化没有提升消纳例外情况的原因。由表6可知，例外情况的原因是可用空间不足和SOP容量限制这2个因素，前者是主要原因。这2个因素单独作用或共同作用导致消纳率与柔性度变化方向不一致。
Table 6 Reasons for exception (two-supply-one-backup wiring)![]()
当限制因素不存在时，消纳功率增量等于可用空间增量。如，对比表5中场景1的Case1和Case5，可用空间增加2 MW，消纳功率也增加2 MW。总结2种接线的柔性度和消纳率数据，发现柔性化对DG消纳的影响规律如下。1）柔性化提升DG消纳的起效条件是SOP某一侧馈线DG盈余，同时另一侧DG缺额。当DG盈余和DG缺额同时存在，SOP才能将DG盈余支援DG缺额，此时才存在可用空间。这与文献[8]的结论一致。2）满足起效条件后，当存在可用空间不足和SOP容量限制时，柔性度升高，消纳率可能升高、不变甚至降低；当无可用空间不足和SOP容量限制时，柔性度越高，可用空间越大，其增量能被SOP全部转化为消纳功率增量，消纳率也就越高。
本文以IEEE RBTS-Bus4扩展算例为算例，网络结构如图5所示，包括3座35 kV/10 kV变电站，含6台主变，容量均为40 MV·A；16回馈线容量均为6.91 MV·A，总长59.45 km；83个负荷节点，其中14个节点接入DG。柔性需求系数取0.5。
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Fig.5 Expanded IEEE RBTS-Bus4 test system
由于SOP造价高，现有文献[9-15]采用IEEE 33节点、28节点、137节点等算例时，均将SOP数量限制在2台以内，故本文也设定SOP台数最大为2，总端口数最大为4。SOP待选位置以及规模标注于图5，SOP容量为1.59 MV·A。采用文献[16]穷举法生成101个SOP方案。此外，为进一步分析SOP台数增加的影响，额外增设了4个3台SOP方案，因此共105个方案，见表7。
Table 7 Flexibility degree and accommodation ratio of SOP schemes![]()
根据式（4） （5），计算各SOP方案的柔性度和DG消纳数据，结果显示，柔性度范围为0~0.454，消纳率范围为78.05%~90.98%。图6为SOP方案的柔性度和消纳率。
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Fig.6 Relationship between flexibility degree and accommodation ratio of SOP schemes
由表7和图6很难发现消纳率高低与柔性度大小间的规律。为揭示数据背后隐藏的规律，按SOP安装次序来观察数据。SOP安装次序指SOP从无到多安装的一个次序，本文按SOP安装次序对表7数据分组。从表7中选取4个SOP安装次序P1~P4，消纳率随柔性度变化见图7。![]()
Fig.7 Changes in accommodation ratio with flexibility degree under different SOP installation orders
从图7可以看出，按SOP安装次序连线后，消纳率随柔性度变化呈现出明显的规律。1）同一安装次序下，消纳率均随柔性度增长，即二者正相关。2）不同安装次序的效果不同，P1（红色曲线）消纳率最高。说明P1的SOP在配电网中位置最好。P4消纳率最低，P1仅安装1台SOP的消纳率就高于P4安装3台。从DG消纳角度，好的SOP位置具有如下特征。SOP连接的馈线较长，且同时存在较多的DG盈余和DG缺额。例如，P1的SOP连接馈线25.95 km，仅次于P4的26.8 km，柔性度也略低于P4；但P1的消纳率最高，为90.98%，这是因为SOP将DG盈余支援DG缺额的量最多。综合来看，安装次序P1的SOP位置最好。3）在可用空间不足和SOP容量限制时，同一安装次序下，消纳率随柔性度升高，而不考虑安装次序，就会出现消纳率不变甚至降低的现象。这是因为，同一安装次序下，可用空间递增，即使超出某台SOP容量，至少有部分增量能被利用，所有消纳率随柔性度升高。反之，不考虑安装次序时，可用空间不一定递增，且SOP容量限制下，增量也不一定能被利用，所以导致消纳率不变甚至降低。
柔性度是衡量配电网的柔性化程度的新指标。本文改进了现有的柔性度定义，计及了柔性区规模和柔性潮流控制量间的权重。通过量化分析典型接线模式和IEEE RBTS-Bus4算例的大量柔性度和DG消纳率数据，发现了柔性化对DG消纳的影响规律。1）柔性化提升DG消纳的起效条件是SOP某一侧馈线DG盈余同时另一侧DG缺额。满足起效条件后，柔性化对消纳才有可能作用。2）满足起效条件后，消纳率并非都随柔性度升高而升高，存在例外情况。无可用空间不足和SOP容量的限制时，柔性度越高，消纳率越高，即正相关；反之，柔性度越高，消纳率可能升高，也可能不变甚至降低（例外情况）。3）同一安装次序下，柔性度越高，消纳率越高，即正相关。不同安装次序下的消纳提升效果差别明显，原因是SOP位置的优劣不同。本文发现的规律和机理为指导配电网的柔性化发展以及DG消纳都提供了新的理论基础。后续将对本文规律机理做严格的理论模型数学推导；并进一步分析柔性化对网损、负载均衡、可靠性的作用以及投资的经济性，并考虑与无功配置、网络重构、加装储能等手段相配合，研究配电网合理的柔性化程度。
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