[0001] 本公开涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种配电网低压柔性互联调控方法和装置。

[0002] 近些年来，农村地区用电规模和分布式光伏接入规模不断发展扩大，农村新能源配电网变压器容量在季节性负荷高峰和新能源大发时段由于容量有限，导致新能源消纳和季节性负荷供应压力持续上涨的问题不断凸显。盲目扩大变压器容量会导致负载率、经济性差等问题。伴随着电动汽车（electric vehicle，EV）产业的快速发展，电动汽车渗透率的不断提高同样会导致变压器需要扩容，因此，目前针对新能源汽车和新能源发电广泛接入的乡村配电系统中新能源消纳和季节性负荷供应存在压力的问题，还没有有效的解决方案。

[0019] 为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

[0020] 另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0021] 针对新能源汽车和新能源发电广泛接入的乡村配电系统中新能源消纳和季节性负荷供应存在压力的问题，本申请提出一种配电网低压柔性互联调控方法和装置，针对新能源汽车和新能源发电广泛接入的乡村配电系统中新能源消纳和季节性负荷供应存在压力的问题，提出利用智能软开关实现变压器柔性互联、电动汽车的有序充电、变压器合理经济扩容三种方法相互协调配合的联合调控策略，在满足新能源配电网的季节性负荷需要的同时，提高新能源消纳能力。

[0022] 下面结合附图，对本公开提供的一种配电网低压柔性互联调控方法进行说明。

[0023] 实施例一如图1所示，本公开实施例提供了一种配电网低压柔性互联调控方法流程图，该方法包括：
S110，获取配电系统调控设备的特性和参数，并根据所述配电系统调控设备的特性和参数建立各类设备模型，其中，所述各类设备模型包括有载调压变压器模型、电动汽车充放电模型和可再生能源模型。

[0024] 在一些实施例中，配电系统调控设备包括有载调压变压器、电动汽车和光伏等设备，配电系统调控设备的特性和参数包括有载调压变压器的初始电压调整率、有载调压变压器一天内总运行时间、电动汽车的充电/放电功率、电动汽车与充电设备的连接时间和断开时间等数据。

[0025] 在一些实施例中，根据所述配电系统调控设备的特性和参数建立各类设备模型，包括：（1）建立有载调压变压器模型：
在有载调压变压器二次侧引入辅助节点，其数学模型如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
式中， 为引入的辅助电压变量，表示有载调压变压器二次侧的电压； 为有载调压变压器一次侧的电压； 为t时刻线路 处有载调压变压器的抽头位置； 为t时刻线路 处有载调压变压器的电压调整率； 为线路 处有载调压变压器的初始电压调整率； 为相邻抽头位置的电压调整率变化量； 为整数变量的集合； 为有载调压变压器一天内总运行时间； 为有载调压变压器一天内抽头位置总的变化次数限制； 为线路处有载调压变压器抽头位置的最大值； 、 为 时刻 支路处变压器支路传输的有功功率和无功功率； 为 支路处变压器的容量。

[0026] （2）建立电动汽车充放电模型：为了充分满足各种电动汽车的充电需求，考虑有序充电模型和无序充电模型，其数学模型如下：
A．有序充电模型（ ）
对于此类通勤车辆采用有序充电，只有时间维能量传输，为了保证候选解的正常运行，有序充电数学模型如下：
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
式中， 和 分别为第 台电动汽车的充电/放电功率； 表示第 台电动
汽车与充电设备的连接时间和断开时间； 为第 时刻第 台电动汽车的荷电状态（SoC）；
和 为功率交换效率； 为第 台电动汽车的电池容量； 和 为第 台快充电动汽车的最大充放电功率； 和 为第 台慢充电动汽车的最大充放电功率； 和 是第台电动汽车的荷电状态边界； 和 分别是第 台电动汽车的初始荷电状态和期望荷电状态 为0‑1变量，其中0表示电动汽车为放电状态，1表示电动汽车为充电状态。

[0027] 通勤车辆大部分时间用除数学模型（6）‑（10）之外，这类EV的初始SOC和预期SOC也应该另外还要满足以下两个数学模型。

[0028] (11)(12)
式中， 为第 台电动汽车离开充电站时的荷电状态； 表示电动汽车从离开前一个充电站到到达当前充电站的行驶距离； 为能量消耗率。

[0029] B．无序充电模型（ ）此类其他车辆可能是城市中的网约车，也可能是临时需要充电的其他车辆，这种车辆通常采用无序充电，目的为快速将电动汽车充电至期望的荷电状态。根据用户使用习惯，此类车辆通常在中午或者下午进行充电。无序充电数学模型如下：
(13)
(14)
随即车辆或者网约车假设从早上充满电到充电时刻一直行驶，根据驾驶者驾驶习惯，通常会选择在电池的荷电状态达到较低时选择充电，除了数学模型（13）‑（14）之外，这类EV还包括以下数学模型：
(15)
式中， 为第 台上一次离开充电桩电动汽车离开充电站时的荷电状态； 是第台电动汽车接入充电桩的初始荷电状态； 表示电动汽车从离开前一个充电站到到达当前充电站的平均行驶速度； 为能量消耗率； 表示第 台电动汽车与充电设备的连接时间； 表示电动汽车上一次充电至期望值的时刻。

[0030] （3）建立可再生能源模型：(16)
(17)
式中， 和 分别为节点 处可再生能源发出的有功功率和无功功率； 为
节点 处DG的功率因数角； 为节点 处DG的额定容量。

[0031] S120，根据所述各类设备模型获取新能源配电系统内包括风机光伏的可再生能源出力数据、季节性负荷数据以及变压器使用容量数据。

[0032] 在一些实施例中，可以根据所需场景的用电特色，选择合适的互联场景，并实地获得合适的新能源配电系统内包括风机光伏的可再生能源出力数据和场景内季节性负荷数据以及各变压器使用容量数据。

[0033] S130，根据所述季节性负荷数据和变压器使用容量数据，建立配电网低压柔性互联模型。

[0034] 在一些实施例中，建立配电网低压柔性互联模型包括建立SOP运行约束和功率流动模型，其中，功率流动模型：
(18)
(19)
(20)
除了需要满足有功功率平衡约束外，SOP两侧变流器输出的有功功率和无功功率还需满足SOP的容量限制，具体数学模型如下：
(21)
(22)
式中， 、 分别是SOP在 时刻注入节点 的有功功率和无功功率； 为
时刻与节点 相连的变流器运行时产生的损耗； 为与节点 相连的变流器的损耗系数。
为与节点 相连的变流器的容量。

[0035] S140，基于所述各类设备模型和配电网低压柔性互联模型，考虑最优潮流分布，建立面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型。

[0036] 在一些实施例中，建立面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型包括以下步骤：S4‑1：利用式(21)构建面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型的目标函数：
(23)
(24)
(25)
式中, 是时间段总数； 是时间段总数； 是电动汽车充电桩总数； SOP
内部功率损耗； 是系统支路集合； 是系统设置变压器支路集合； 是与系统总损耗有关的成本系数； 是与变压器切换操作有关的成本系数； 是与电动汽车充放电损耗有关的成本系数。 是节点 的电压幅值； 是额定电压； 、 分别为节点电压幅值的优化区间上下限。当电压幅值在优化区间 内时，则目标函数仅涉及降低配电系统网损：当电压幅值超出该优化区间时，则目标函数包括降低配电系统网损以及减小电压偏差，以便降低电压偏离的程度。

[0037] S4‑2：构建面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型的约束，包括：配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束、有载调压变压器运行约束、电动汽车充放电运行约束和SOP运行约束以及新能源出力约束：其中，所述潮流约束包括：
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(31)
式中， 为系统线路的集合； 和 分别为 时刻线路 上传输的有功和无功
功率，方向为从节点 流向节点 ； 和 分别为线路 的电阻和电抗； 和 分别为 时刻节点 的注入有功和无功功率； 为 时刻节点 的电压； 为 时刻线路 上传输的电流，方向为从节点 流向节点 ； 、 为 时刻节点 处电源输出的有功和无功功率；
和 为 时刻SOP向节点 注入的有功和无功功率； 和 分别为 时刻节点 处负荷消耗的有功和无功功率。

[0038] 所述配电系统安全运行约束包括：(32)
(33)
式中， 和 分别为系统节点电压的上限和下限；为系统线路电流的上限。

[0039] S150,基于所述面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型和有载调压变压器模型，确定新能源配电系统互联调控优化策略。

[0040] 在一些实施例中，基于所述面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型和有载调压变压器模型，确定新能源配电系统互联调控优化策略包括：首先对所述有载调压变压器模型和配电网低压柔性互联调控模型进行转化，建立面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控策略模型的混合整数规划模型；再求解所述混合整数规划模型，输出新能源配电系统互联调控优化策略。

[0041] 对所述有载调压变压器模型和配电网低压柔性互联调控模型进行转化，包括：通过线性变量替换、引入辅助变量和二阶锥转化方法对所述有载调压变压器模型和配电网低压柔性互联调控模型进行模型松弛和线性化。

[0042] 具体地，S5‑1：所述线性化过程包括：
将 和 两个非线性项用变量 和 进行替换，式（29）‑式（31）转换为如下形式：
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
(39)
变压器运行约束式（1）变化为式（40）：
(40)
目标函数中的 线性化为：
(41)
(42)
式（2）中的变压器的可调档位 为整数变量，可以用如下一组二进制 进行表示，转化后的式子如下：
(43)
(44)
之后将式（2）和式（43）带入式（40）可以得到：
(45)
由于 仍是非线性的，再将非线性成乘积 用变量 表示，则式（45）转
化为线性化的式（46），同时需要再额外添加约束（47）和（48）。

[0043] (46)(47)
(48)
对于式（3）中含有的绝对值项，可以为引入辅助变量 和 将其进行线性化。它们分别为 时刻支路 处有载调压器抽头动作的正、负变化量。加入辅助变量后，式（3）可以线性化为式（49）至式（51）。

[0044] (49)(50)
(51)
S5‑2：所述二阶锥转化过程包括：
式（37）使用变量替换后，二次项乘积 仍是非线性的，需要对其进行二阶锥松弛，如（52）所示：
(52)
再通过等价变换为标准二阶锥形式，潮流约束式（37）进行二阶锥松弛得到式（54）：
(53)
SOP 运行约束条件为非线性约束，将其转换为旋转锥约束。

[0045] (54)同理，变压器运行约束条件（5）为非线性约束，将其转换为旋转锥约束。

[0046] (55)。

[0047] 实施例二为了本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合图2‑图9对具体算例分析进行说明。

[0048] 1）网络模型及参数设置：模型通过改进后的IEEE‑33节点测试系统进行测试，结构如图2所示。系统中变压器高压侧的基准电压为12.66 kV，低压侧的基准电压为0.38kV。在节点 10、25、27、33 处接入 4 台光伏系统，接入容量分别为500kVA、300kVA、400kVA、100kVA，功率因数均为 0.9。在节点7、13、30处接入3台风电机组，接入容量分别为 500kVA、
1000kVA、1000kVA，功率因数均为0.9。25节点作为乡村地区，乡村大规模光伏容量扩大为基本光伏容量的2.5倍，季节性负荷相较于平常负荷夸大3倍。在节点33接入电动汽车充电站，共有充电桩30个，其中包括快充桩26个，慢充桩4个。在节点24和节点25之间、节点32和节点
33之间各有一个理想变压器，各有十个可调抽头，每个抽头的调节为1%。考虑到频繁的切换动作会给操作带来安全风险，假设可调变压器的调节次数上限设置为每天4次。两组SOP容量均为0.5MVA。式（2）和式（3）中损耗系数 和 均为0.02。根据用户用车和充电习惯，无序充电用户主要选择剩余电量在某一区间是且附近有充电桩时选择充电。有序充电用户多为通勤用车，通常3天进行一次充电，主要晚上下班后接入充电桩，在晚上进行有序充电。
无序充电汽车10辆，有序充电汽车30辆。两种不同类型电动汽车参数设置如下表：
表1

[0049] 表2

[0050] 表3

[0051] 仿真中的其他参数如下表所示：表4

[0052] 本算例以每一小时为一个时间断面，进行日前优化调度。为说明所提日前调度方法的有效性，设计了三种优化方案进行对比分析。

[0053] 方案1：电动汽车充电桩接入，SOP不接入。

[0054] 方案2：电动汽车充电桩接入，SOP接入、电动汽车充电站采用无序充电商业模式。

[0055] 方案3：电动汽车充电桩接入，SOP接入，电动汽车充电站采用本文商业模式。

[0056] 2）可调资源调控分析：与传统的联络开关不同，SOP没有动作次数限制，从而能够在较低的运行成本下对配电网有功功率和无功功率进行精准调控。SOP最常见的拓扑结构有三种，分别是背靠背电压源变流器（back‑to‑back voltage source converters，B2B VSC）、统一潮流控制器以及静止同步串联补偿器。本发明以B2B VSC拓扑结构的SOP为对象，智能软开关拓扑结构如图3所示，图中 为直流侧电容值， 为直流侧电压，可以看出，SOP为完全对称的结构，并且两个变流器共用直流侧电容。对于B2B‑VSC型SOP装置，其优化变量由两个变流器的有功、无功功率输出组成，受直流侧电容的影响，两侧的有功功率需要保持平衡，而两侧输出的无功功率因两个变流器间直流侧的隔离而互不影响，仅需满足变流器的容量约束即可。考虑到变流器在运行时会产生一定的损耗，建模时增加SOP的损耗部分。

[0057] 3）变压器使用容量分析：通过对本文所建模型进行求解，如图4（a）和图4（b）所示，此时25节点在午间由于光伏有功功率大量倒送，导致所需变压器容量超过变压器额定容量。晚间由于农村地区的季节性负荷的增大，变压器1传输的有功功率大幅增加，导致变压器的所需容量同样出现超过额定容量的情况。然而此时变压器2的大部分时间处于低负载状态，这是由于在乡村地区充电站充电的流动性车辆少，充电车辆通常在固定时间接入充电桩，因此在大多数时间充电站充电负荷极低，变压器2运行负载降低甚至接近空载，变压器电损率上升。此时由于变压器没有柔性互联，两个变压器分别出现严重过载和多时段严重低载。此时若要保证系统的安全运行，变压器1至少需要扩容至1MVA。方案2中由于SOP的加入，此时变压器2容量扩容至0.5MVA即可满足系统的安全运行，方案2中变压器容量的使用情况如图5所示，可以看到此时变压器1在之前所需容量超过额定的时段以额定容量进行运行，此时段借助变压器2的冗余容量来解决变压器1的容量不足问题，同时提高了变压器2的设备利用率。但是方案2采用的无序充电，会导致20时刻变压器均处于满载的情况，采用本文的有序充电商业模式，不会出现居民季节性负荷与充电站负荷集中在18:00‑‑20：00的情况，避免变压器1与变压器2之间容量同时处于满载状态，错峰使用变压器实现容量互济，在彼此负载率低的时间段借用对方容量从而实现容量互济。此时如图6所示，变压器1的容量为0.315MVA即可满足系统的安全运行，不需要额外扩容。可以有效减少乡村地区充电桩变压器扩容容量，提高乡村配电网的经济性。方案2和方案3在变压器1均扩容至0.5MW时的系统损耗、电压偏差、变压器负载率和综合裕度如表4所示。方案3在加入电动汽车有序充电后，系统损耗和电压偏差均比方案2有明显改善。两种方案的变压器负载率均处于理想范围内，但变压器综合过载率明显下降，提高了变压器容量互济之间的灵活性和安全性。

[0058] 4）柔性设备调控过程分析：方案2中SOP的运行策略如图7（a）和图7（b）所示，可以看到在12：00‑‑17：00，从25节点通过SOP向33节点传输大量有功功率，以降低原先通过变压器1所倒送的有功功率。通过SOP的互联，可以实现光伏在充电站的有效消纳，多余功率可以利用变压器2冗余容量倒送至系统中有功缺乏的节点。同样，在20：00‑‑22：00，从33节点通过SOP向25节点传输大量有功功率，此时25节点积极性负荷增大，导致变压器1传输有功功率大幅增加，此时通过变压器2和SOP向25节点传输有功，为25节点积极性负荷提供所需功率，减少通过变压器1传输的功率，实现容量互济。方案3中电动汽车采用本文介绍的商业模式，部分电动汽车采用有序充电。此时电动汽车可以在凌晨负荷低谷期间的风能为电动汽车充电，如图8所示，电动汽车在接入充电桩到24：00这段时间，大部分电动汽车均处于不充不放的状态，甚至会有电动汽车为了弥补系统有功的缺乏而选择为系统供电。在次日凌晨，电动汽车开始充电，此时居民负荷处于低峰，变压器1的负载率较低，且由大量风力发电产生的有功无法消耗，电动汽车的有序充电解决了以上两个问题。

[0059] 4）系统光伏消纳率和电压分析：图9（a）为方案1和方案2的任选的三个节点的电压幅值图，可以明显看到，方案1中节点电压均明显低于方案2中的电压。说明SOP传输的无功功率可以明显改善系统中部分节点无功不足的问题，这将显著降低系统的电压偏差。SOP的功能不仅体现在传递有功功率实现变压器容量之间的互济，同时也可以传递无功功率以改善系统的电压水平。图9（b）可以看出，方案1中，在两个变压器均为0.5MVA的情况下，乡村地区在午间由于光伏倒送出现所需容量不足的情况，此时必须通过弃光来保证变压器安全运行，同样在夜间，季节性负荷增加导致的变压器容量不足也只能通过切除负荷来保证变压器安全。因此可以看到在午间光伏消纳率大幅降低，最低处只有50%，晚间的季节性负荷的满足率甚至只有30%。方案2通过将变压器低压侧进行柔性互联，可以保证光伏可以完全在本地配电系统中消纳，同时季节性负荷也可以得到100%满足。

[0060] 综上所述，一种面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控策略利用智能软开关实现变压器柔性互联、电动汽车的有序充电、变压器合理经济扩容三种方法相互协调配合的联合调控，有效调整了系统的有功潮流，可有效解决新能源消纳和季节性负荷供应存在压力的问题，，同时提供充足的无功支撑，保证系统电压水平处于合理且安全的范围内，从而保障系统运行的安全性和经济性。

[0061] 根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：1）相较于没有进行柔性互联的情况，在进行柔性互联之后，新能源消纳困难和季节性负荷供应压力较大的问题可以通过两个变压器容量互济得到有效解决。同时，变压器在需要扩容时不必按照自身最大需求量扩容，从而解决了变压器盲目扩容后，大多数时间冗余容量过大，负载率低等问题。

[0062] 2）柔性互联系统可以提高整个系统对于分布式光伏装机容量较高的农村地区的消纳能力，可以改善季节性负荷过大时负荷满足率低的问题。同时可以提高整个系统的电压稳定性，有效地降低了系统的电压越限率。

[0063] 3）有序充电的模式可以让电动汽车根据系统的负荷和电源发电情况灵活调节充放电，不仅可以实现变压器容量的互济以进行容量的调控，还可以提高农村地区新能源消纳能力。

[0064] 需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。

[0065] 以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。

[0066] 图10示出了根据本公开的实施例的一种配电网低压柔性互联调控装置框图。如图10所示，该装置包括：
各类设备模型构建模块1010，用于获取配电系统调控设备的特性和参数，并根据所述配电系统调控设备的特性和参数建立各类设备模型，其中，所述各类设备模型包括有载调压变压器模型、电动汽车充放电模型和可再生能源模型；
数据获取模块1020，用于根据所述各类设备模型获取新能源配电系统内包括风机光伏的可再生能源出力数据、季节性负荷数据以及变压器使用容量数据；
配电网低压柔性互联模型构建模块1030，用于根据所述季节性负荷数据和变压器使用容量数据，建立配电网低压柔性互联模型；
配电网低压柔性互联调控模型构建模块1040，用于基于所述各类设备模型和配电网低压柔性互联模型，考虑最优潮流分布，建立面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型；
互联调控优化策略输出模块1050，用于基于所述面向新能源消纳和季节性负荷供应的配电网低压柔性互联调控模型和有载调压变压器模型，确定新能源配电系统互联调控优化策略。

[0067] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0068] 应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

[0069] 上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。