船舶电站动态网络重构的配电网优化运行策略开题报告

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1研究目的

近年来，为应对气候变化、保护地球环境，减少二氧化碳的排放，解决能源危机和促进节能减排，大力发展风电发电和太阳能发电等可再生能源已成为国内外的共识。根据《能源发展 “十三五”规划》和《可再生能源发展“十三五” 规划》，国家将继续大力发展风电发电和太阳能发电，通过多种措施实现可再生能源的分布式开发和就地消纳。发展风力、太阳能等多种清洁能源和再生能源，已经引入到各行各业，船舶动力和日常用电也不例外。所以船舶电站已经成为多种能源所构成的电力网络。

1.2研究意义

在这种多能源的模式下如何进行配电，如何保障电网的稳定性，以确保船舶的安全，等等问题都十分突出。随着多种能源以分布式发电的方式接入配电网，在某些局部配电网的部分时段，可能会出现了可再生分布式电源（ Renewable DistributedGeneration, RDG）渗透率超过 100%的状况，而一些接在配电网末端的分布式电源会带来严重的过电压问题，影响配电网对可再生能源的消纳能力。

1.3国内外研究现状

为了解决这个问题，已有部分研究机构和学者从经济性、安全性等不同角度研究了主动配电网协调运行机制，文献[1]-[2]从多时间尺度角度研究主动配电网协调运行策略；文献[3]提出配电网越限风险指标，将越限风险指标融入配电网优化调度，兼顾了配电网运行经济性和安全性。在提高配电网 RDG 消纳能力方面，文献[4]通过协调调度配电网中的各种调度资源实现能量优化调度。 作为一种网络拓扑灵活可变的调度资源，网络重构可以有效提升配电网的经济运行水平和 RDG 的消纳率。近年来国内外对网络重构在配电网中应用的关注日益增多，考虑动态网络重构的主动配电网经济运行首先需要关注配电网的优化模型。由于配电网网损无法忽略，且配电网的分布式电源消纳在渗透率过高时会带来过电压问题，因此需要考虑潮流方程约束。目前处理潮流方程约束的方法有启发式方法、线性近似法和松弛法等，其中启发式算法和线性近似法并不能保证解的全局优性，而二阶锥松弛由于兼具全局优性和高效求解性,在配电网优化中得到广泛应用。文献[8]论证了二阶锥规划的数学严谨性和求解效率;文献[5]-[8]基于二阶锥松弛,提出了一种配电网有功无功协调的多时段优化运行机制，构建了一个混合整数二阶锥模型,并利用数学方法实现了快速求解。

配电网的开关状态需要满足配电网辐射结构约束来保证配电网结构的完整性和有序性，因此考虑动态重构的主动配电网运行优化需要研究配电网辐射结构约束的数学描述。文献[6]都是通过支路交换法、开环法等枚举法进行重构的优化。文献[9]提出了配电网保持辐射状约束的数学表达。文献[10]也对此展开了一系列讨论。文献[11]提出了配电网保持辐射状约束的改进表达式并探究了网络重构对减小网损的作用。基于此，将网络重构引入配电网优化运行机制中，实现配电网减少 RDG 削减、阻塞管理和改善电压分布的目的。针对网络重构开关的动作时间尺度问题，文献[12]探究了时间尺度对网络重构效益的影响，但主要还是集中于长时间尺度（年、月、周）。以上文献均只考虑单一时间断面的静态网络重构，并未研究日内的小时级 DNR 在配电网优化运行中的意义。为了进一步提高配电网的 RDG 消纳能力，文献[13]提出 DNR 的概念，将 DNR 作为一种灵活性控制手段用来应对变化性的电源（风/光），并构建了一个随机的混合整数线性问题，其采用的是线性近似模型。

1.1设计任务

1.查阅国内外相关文献资料，了解多种能源下船舶电站的基本结构形式；

2.掌握动态网络重构和配电的基本概念和运行机理；

3.建立动态网络重构的运动数学模型；

4.研究当今常用的动态网络重构方法；

5.研究动态网络重构的算法，并进行验证；

1.2设计需要重点解决的问题与技术方案

1.2.1 重点解决的问题：

(1)通过查阅动态网络重构的资料，了解动态网络重构基本概念和运行机理；理解什么是动态网络重构，理解其运行机理。

(2)通过查阅国内外文献，了解动态网络重构模型；建立动态网络重构的运动数学模型。

(3)通过查阅文献，研究并理解当今常用的动态网络重构方法；研究动态网络重构的算法，做出算法后并进行验证；

1.2.2 技术方案

(1)首先通过一些国内外文献了解了网络重构和配电的基本概念和运行机理。

(2)通过查阅国内外关于网络重构和配电的资料，建立一种考虑 DNR 的主动配电网优化运行模型，该模型以配电网综合运行成本最低为目标，综合考虑 DNR 开关、RDG、无功补偿装置等可调资源，在满足配电网运行 约束的条件下有效提升配电网的 RDG 消纳率。分析得到将小时级的 DNR引入配电网优化运行机制，考虑了潮流方程约束和开关动作次数约束，以降低配电网综合考虑动态网络重构的主动配电网优化运行策略运行成本为目标，建立了考虑动态网络重构的配电网优化运行模型。

(3)通过查阅文献，在满足配电网运行约束的条件下有效提升配电网的 RDG 消纳率；基于二阶锥松弛及变量乘积线性化的模型转化方法，通过对约束条件中的非凸源进行凸化处理，将原始非凸优化模型转化为一个混合整数二阶锥规划（MISOCP）问题，采用扩展IEEE33节点配电网系统进行仿真计算，并进行验证。