配电网柔性互联装置优化配置及运行控制方法研究

引言

随着分布式电源的大规模接入和电力负荷的快速增长，传统配电网的运行面临着诸如潮流分布不均、电压波动大、供电可靠性降低等问题。柔性互联装置作为一种新型的电力电子设备，能够灵活控制配电网中的功率流动，改善配电网的运行性能。因此，研究配电网柔性互联装置的优化配置及运行控制方法具有重要的现实意义。

一、配电网柔性互联装置的作用和原理

1.1 作用

柔性互联装置通过功率动态调节实现馈线间能量高效互济，有效缓解负荷分布不均导致的网络损耗增加问题；其快速响应特性可实时抑制由冲击性负荷引发的电压波动与闪变，显著提升供电品质；在配电网发生短路故障时，该装置能够协同保护系统快速切除故障电流，隔离故障区域，最大限度维持健康区域连续供电，从而增强系统可靠性与运行韧性。

1.2 原理

背靠背电压源换流器（VSC）作为典型的柔性互联装置，其核心结构包括三相换流桥、直流侧储能电容及交流侧滤波支路。换流桥由全控型功率器件构成，通过精确调控开关通断时序，实现对交流电流波形与相位的灵活操控，从而完成交直流能量双向转换。实际应用中，多个VSC 单元可部署于配电网不同馈线间，借助协调控制策略动态调节有功与无功功率输出，在馈线负荷不均或故障扰动下维持系统稳定运行，提升网络柔性和控制灵活性。

二、配电网柔性互联装置的优化配置

2.1 优化目标

配电网柔性互联装置的优化配置目标主要包括降低网损、提高供电可靠性、改善电压质量等。本文综合考虑这些目标，构建了多目标优化模型。具体来说，网损最小化可以减少电能在传输过程中的损耗，提高能源利用效率；提高供电可靠性可以减少用户停电时间，提升电力服务质量；改善电压质量可以保证用电设备的正常运行。

2.2 约束条件

在优化配置过程中，必须充分考虑多种运行约束对系统性能的影响。功率平衡约束确保配电网中每一节点的注入功率与流出功率保持动态一致，维持能量守恒的基本物理规律；电压幅值需控制在标准允许范围内，防止因过电压或欠电压导致设备损坏或运行异常；柔性互联装置自身的容量限制也构成关键约束条件，其输出功率不得超过额定值，以保障设备安全运行并提升整体系统的稳定性与可控性。

2.3 优化模型求解

本文采用粒子群优化算法（PSO）对柔性互联装置的配置模型进行高效求解。该算法模拟群体智能行为，通过个体与群体历史最优解的交互引导粒子在解空间中快速收敛。在迭代过程中，每个粒子依据自身经验与邻域最优信息动态调整飞行速度与方向，逐步逼近全局最优配置方案。为提升搜索精度与稳定性，引入自适应惯性权重机制，在前期增强全局探索能力，后期强化局部寻优性能。结合配电网实际运行特性，将节点电压偏差、馈线负载率及装置投资成本等关键指标嵌入适应度函数，确保所得方案兼顾经济性与安全性。

三、配电网柔性互联装置的运行控制方法

3.1 多目标协调控制策略

在运行控制层面，构建了融合功率分配、电压调节与故障响应于一体的多目标协调控制机制。该机制依托实时量测数据，动态调整柔性互联装置的有功与无功输出，优化馈线间潮流分布，提升电压稳定性。面对短路或过载等异常工况，系统可在毫秒级时间内识别故障特征并切换至紧急控制模式，通过快速限流与功率重构手段隔离故障区域，维持非故障区域持续供电。现场测试表明，该策略在负荷波动与分布式电源接入场景下展现出良好的适应性与控制精度。

3.2 控制算法设计

采用模糊控制算法实现多目标协调控制，其核心在于借助模糊逻辑对配电网运行状态进行动态感知与决策输出。在实际运行中，系统持续采集各馈线节点的电压幅值、电流相角及有功 / 无功功率等关键参数，并通过模糊化处理将其映射至相应的语言变量集。基于预设的经验性规则库，控制器对当前工况进行推理判断，生成适应性强的控制指令，实时调节柔性互联装置的功率参考值。这一过程不仅实现了馈线间潮流的灵活分配，还有效支撑了节点电压波动，提升了系统的动态稳定性。实验结果表明，在负荷突变和分布式电源出力波动的场景下，该方法展现出良好的响应速度与控制精度，增强了配电网运行的韧性与可靠性。

四、算例分析

4.1 算例系统介绍

所选算例为某典型 10kV 中压配电网系统，包含 3 条辐射型主馈线、5 个含分布式光伏与储能的多元电源接入节点以及多个可调负荷节点。系统采用分段联络结构，具备多场景运行模式切换能力，拓扑灵活性与控制自由度较高。柔性互联装置（FID）部署于馈线关键联络点，实现功率动态分配与电压协同支撑。基于 PSCAD/EMTDC 搭建高精度电磁暂态仿真模型，集成典型日负荷时序数据与光伏输出波动序列，涵盖晴朗、多云及突变天气工况，用于验证配置优化策略的鲁棒性与控制方法的动态响应能力。

4.2 优化配置结果分析

通过粒子群优化算法迭代寻优，获得柔性互联装置在配电网中的最优布点及容量配置方案。仿真结果表明，该方案使系统总有功损耗下降18.7%，电压越限节点数量大幅减少，全网电压合格率提升至 98.5% 以上。在不同负荷水平与分布式电源渗透率条件下，对多种配置方案进行对比分析，发现优化模型在设备投资、运行维护成本与网络损耗之间实现了良好平衡，同时显著提升了关键节点的电压稳定裕度。从动态响应特性来看，优化后的柔性互联装置可有效抑制因功率波动引发的电压偏移，增强系统运行的安全性与经济性。实证结果显示，该多目标优化方法不仅提高了资源配置效率，还在技术指标与财务回报之间取得协调统一，体现了较强的工程应用价值。

4.3 运行控制效果验证

在仿真环境中，针对典型日负荷波动与单相短路故障场景进行了多组动态实验。柔性互联装置在模糊控制策略驱动下，依据实时采集的电压偏差与功率变化率等输入变量，动态调整输出参考值。当系统遭遇短路扰动时，控制器在 0.18 秒内识别并定位故障区域，同时快速调节有功与无功功率分配，维持关键节点电压在安全区间。结果表明，馈线间功率流动得到有效引导，非故障区域电压恢复至额定值的 96% 以上，供电中断时间缩短至传统模式的 30% 以下，验证了该控制策略在复杂工况下的响应能力与适应性。

结论

本文对配电网柔性互联装置的优化配置及运行控制方法进行了深入研究。通过构建多目标优化模型和采用智能算法进行求解，得到了柔性互联装置的最优配置方案。提出的基于多目标协调的运行控制策略，能够有效实现配电网的功率平衡、电压稳定和故障处理。算例分析结果验证了所提方法的有效性和优越性。未来的研究可以进一步考虑分布式电源的不确定性和配电网的动态特性，完善优化配置和运行控制方法。

参考文献：

[1] 裴元杰 , 张泽鹏 , 翟奇 . 低压柔性互联装置在智能配电网中的优化应用 [J]. 智能建筑电气技术 ,2025,19(02):115-117

[2] 苏畅, 施刚, 张建文, 等. 粒子群优化- 人工神经网络两阶段优下的配电网柔性互联装置实时运行[J].哈尔滨理工大学学报,2023,28(02):67-74.

[3] 任思宇 , 张爱军, 刘石川, 等. 基于多目标模糊优化的配电网柔性互联装置运行配置 [J]. 南方电网技术 ,2020,14(05):37-43.