面向高比例光伏接入的配电网软开关与分布式多能源站协同优化配置研究

《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》：Collaborative Configuration Optimization of Soft Open Points and Distributed Multi-Energy Stations with Spatiotemporal Coordination and Complementarity

　　为解决高比例分布式光伏(PV)接入下多馈线或变电站集群供电等复杂场景中传统规划方法的局限性，本文提出了一种考虑时空协调与互补的软开关(SOP)与分布式多能源站(DHMECS)协同优化配置方法。研究基于SOP构建柔性配电网实现多类型资源共享，开发了分布式氢基多能源耦合系统(DHMECS)，并建立了考虑馈线间资源共享的DHMECS选址模型和SOP与DHMECS的协同配置模型。案例验证表明，该方法能有效缓解电压越限和光伏弃光，提升分区自治运行能力，为复杂配电场景规划提供了新思路。

　　

随着全球能源转型加速，分布式光伏(PV)装机容量呈现爆发式增长。仅2024年上半年，中国新增分布式光伏装机就达52.88吉瓦，累计装机突破310吉瓦。然而，高比例光伏接入给传统配电网带来了严峻挑战：一方面，刚性网络拓扑限制了馈线间的灵活功率交换，导致局部消纳能力饱和；另一方面，现有技术方法未能充分发挥多类型资源的时空协调互补潜力，缺乏配电网全局优化能力。这些问题的存在，使得如何高效配置多类型资源、探索分布式光伏能源多元化利用路径，成为现代配电网建设亟待解决的关键课题。

针对上述问题，天津大学王成山教授团队在《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》发表了最新研究成果。研究团队创新性地提出了软开关(SOP)与分布式氢基多能源站(DHMECS)的协同优化配置方法，通过时空协调与互补机制，有效提升了配电网对高比例分布式光伏的消纳能力。

研究采用的关键技术方法包括：基于背靠背电压源换流器(B2B-VSC)的SOP柔性互联技术、分布式氢基多能源耦合系统(DHMECS)的多能流建模与优化、考虑电压灵敏度的DHMECS选址方法，以及混合整数二阶锥规划(MISOCP)优化算法。负荷数据来源于中国北方某城市配电网2022年9月至2023年10月的实际运行数据，光伏数据通过精细化物理模型链(PVlib)生成。

共享策略与系统建模

研究首先提出了基于SOP的柔性配电网多类型资源共享策略。通过将传统联络开关替换为SOP，实现了馈线间的灵活功率控制，促进了跨馈线灵活资源的动态耦合与优化互补。

DHMECS能量转换

团队开发了集成碱性电解槽(AEC)、锂溴吸收式制冷机(LBAC)、电动热泵(EHP)、储热装置(TST)、储氢罐(HST)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和电制冷机(EC)的DHMECS。该系统能够将弃光能源转化为氢能、热能和冷能等多种形式，满足用户的多元化用能需求。

优化配置模型

建立的SOP与DHMECS协同配置模型以总投资成本、运维成本、网损成本、弃光成本和能源收益最小化为目标，综合考虑了配电网运行约束、设备运行约束和协调单元约束。通过二阶锥优化技术将非凸模型转化为混合整数二阶锥规划问题，保证了模型的高效求解。

案例验证与分析

在改进的葡萄牙54节点配电网和实际219节点配电网上的测试结果表明，所提方法具有显著优势。与仅配置SOP的方案相比，SOP与DHMECS协同配置方案使光伏利用率(PUR)达到100%，年收益增加至1560.053万元。同时，网损成本降低10.77%，最大电压偏差减少34.21%，所有节点电压均维持在0.95-1.05标幺值范围内。

DHMECS与电化学储能(EES)的对比分析进一步揭示了其技术经济优势。氢储能(HST)的波动系数(CV)为0.24-0.27，显著低于EES的0.43-0.49，表明多能流耦合路径带来了更稳定的能量波动。此外，氢储能和储热的单位投资成本较低，加之能源通过多能转换设备实现即时利用，避免了大规模能量积累，进一步降低了系统总成本。

研究还验证了所提方法在大规模配电网中的适用性。在219节点实际配电网测试中，SOP与DHMECS协同配置方案同样实现了100%的光伏利用率，且年收益达到2884.52万元，显著优于单一储能方案。

该研究的创新价值在于首次系统提出了SOP与DHMECS的协同配置框架，通过柔性互联与多能互补的深度融合，解决了高比例光伏接入下配电网面临的电压越限、弃光严重等关键技术难题。研究成果为构建高弹性、高效率的新型配电系统提供了重要技术支撑，对推进能源清洁低碳转型具有积极意义。未来研究可进一步考虑源荷不确定性建模，探索基于能量路由器(ER)的配电网与微电网协同运行模式，持续提升分布式光伏能源的利用效率。