基于半正定松弛最优潮流的主动配电网多源协调优化控制/常垚，程林，李洪涛，黄仁乐，田浩
研究背景
配电网处于电力系统的末端，直接面向电力用户，承担着向用户分配电能、服务客户的重任。电力工业与国民经济和人民生活息息相关，充足优质的电力供应是国民经济发展和人民日常生活的重要保障。目前，我国城镇配电系统正处于高速发展期。城镇化发展促进了城镇地区负荷的高速发展，分布式光伏发电快速增长，新型负荷如电动汽车在近两年间保持了200%以上的增长速度。负荷与分布式电源的迅猛增长可能使配电系统面临前所未有的复杂局面。例如，负荷、电源地域错配导致电压偏高与电压偏低问题共存的矛盾、分布式电源波动性与可靠性供电的矛盾、柔性负荷用户体验与需求侧响应之间的矛盾等。在新的配电系统发展形势下，能否扬长避短并实现配电网的安全运行取决于是否存在有效的配电网控制手段。我们注意到，未来城镇配电网中含有丰富的可控要素，既包括传统配电网常见的有载调压变压器分接头、并联电容器，也包括未来配电网中分布式电源的有功、无功，电动汽车充电负荷的响应；不仅如此，正在进行的863项目“交直流混联配电网关键技术”拟采用柔性直流技术升级北京市延庆县配电系统，提供了一种新的可调要素。基于上述背景，本文希望通过上述五类要素的协同配合解决未来城镇电网可能面对的电压、负载问题。
主要创新点
构建了包含五种可调要素（有载调压器、电容器、分布式光伏有功/无功、柔性直流互联有功/无功、电动汽车充电负荷削减）的配电网最优潮流模型，利用半正定松弛、最优分割方法进行求解。所提出方法具有全局最优性与多项式时间求解复杂度，有效地调配配电系统中的可控资源解决城镇配电网可能面临的电压矛盾、过负载问题。
解决的问题及意义
本文所研究的问题针对我国城镇化发展的时代背景，考虑的具体问题是如何应对电压过高与电压过低共存的矛盾（电源、负荷的地理空间错配）、负荷快速发展而电源受限的矛盾（分布式电源提高供电能力的预期、可再生电源波动性、变电站建设及其利用率三者之间的博弈）。针对这一问题的研究，既是保证城镇电网安全运行的需要，也为提高城镇电网建设效率提供契机。本文所提出的方法考虑了各类离散/连续调节设备的特点，并将其融入到最优潮流模型中。采用两种数学手段对最优潮流问题进行松弛，从而实现快速、最优求解达到各类资源最优配合的目标。
后续研究
后续研究方向为考虑配电系统运行策略的优化规划问题。
致谢
美国华盛顿大学（UniversityofWashington）BaosenZhang博士对本文工作给予了大量的帮助和指导，在此向他致以衷心的谢意。
主要图表
团队介绍
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清华大学电机系创立于1932年，其“电气工程”学科是国家一级重点学科，其“电力系统及发电设备控制和仿真”国家重点实验室，于1989年经国家计划委员会批准立项。程林副教授目前担任清华大学能源互联网创新研究院能源互联网规划设计研究中心主任，承担了国家863课题“间歇式电源并网规划与随机全过程分析技术研究与开发”、863课题《主动配电网关键技术研究及示范》、863课题“交直流混合配电网关键技术”、国家自然基金项目“考虑电动汽车充电站控制策略的电力系统可靠性评估与优化研究”等项目。本项目受863课题“交直流混合配电网关键技术”资助，用于支撑“北京延庆智能电网创新示范区”建设。国网北京市电力公司是本项目的牵头单位和示范工程依托单位，项目技术负责人黄仁乐，教授级高级工程师，国家863计划项目首席科学家，获得过多项北京市、国家电力公司、华北电力公司、北京电力公司的科技成果奖。“北京延庆智能电网创新示范区”项目目前已完成数据收集、建模分析与仿真测试，进入实施建设阶段，目标在延庆八达岭经济开发区建设一个具有国际领先水平的智能电网示范工程，综合示范“区域能源互联网”，探索智能电网创新示范区建设模式、运营模式与商业模式。十二五期间，示范区在国家科技部、国家能源局、国家电网公司等资助下，围绕可再生能源消纳开展了可再生能源发电、交直流混合配电网、智能电网创新示范区等项目建设，具备较好的示范基础。同时，2019年世界园艺博览会、2022年冬奥会部分比赛将在延庆举行，为示范区进一步提升和发展提供了机会。项目融合了产、学、研、用多家优势单位，项目团队前期已承担“智能配用电园区技术集成”、“主动配电网关键技术研究及示范”等多项国家科技项目。
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