1、研究背景可再生能源替代是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。然而，隨著未來各類新能源及用戶側(cè)需求互動技術(shù)引入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)電壓安全管理將面臨更嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，帶來電壓越限、電壓波動劇烈等運行問題。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是配電網(wǎng)進行全局電壓管理的主要控制手段，但網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的靈活性低且具有使用次數(shù)限制，無法實現(xiàn)針對新能源出力強波動性的高頻次調(diào)整。儲能的靈活充放電能力可跟蹤新能源出力來改善配電網(wǎng)局部潮流分布，進而控制局部電壓水平，最終增強配電網(wǎng)整體電壓控制作用。然而，儲能電池投資成本較高，過多的充放電循環(huán)會加速儲能壽命老化，這將直接影響儲能在配電網(wǎng)中應(yīng)用的經(jīng)濟成本。因此，如何在配電網(wǎng)優(yōu)化運行中合理保證儲能壽命，并兼顧電壓安全和整體經(jīng)濟效益成為電網(wǎng)調(diào)度人員需要考慮的關(guān)鍵問題。2、論文解決問題及意義當(dāng)前背景下融合儲能能量管理的配電網(wǎng)重構(gòu)方法可從以下兩個方面進行深入研究：1）現(xiàn)有儲能壽命建模中對于模型復(fù)雜度和實用性的平衡有所欠缺，若儲能壽命建模精確度高，則其模型非線性程度高，優(yōu)化問題很難尋找到最優(yōu)解；若儲能壽命模型簡單，則其刻畫儲能壽命的精確度低，需建立兼顧計算精度和模型復(fù)雜度的儲能電池健康域模型，保證優(yōu)化目標(biāo)的全局最優(yōu)性。2）配電網(wǎng)節(jié)點電壓波動程度與配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，以經(jīng)濟性為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)存在使節(jié)點電壓波動增加的現(xiàn)象，需引入一種有效的節(jié)點電壓波動評價指標(biāo)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)合理重置線路的開關(guān)狀態(tài)來改變配電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?，進而實現(xiàn)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)。3、論文重點內(nèi)容1）儲能壽命模型。準(zhǔn)確評估儲能壽命值對配電網(wǎng)的優(yōu)化運行有著重要作用。由現(xiàn)有研究可知，儲能系統(tǒng)的平均SoC(SoCmean)和放電深度(depthofchargeanddischarge，DoD)對其壽命有顯著的影響。并且本文認(rèn)為充電和放電對電池壽命影響相同，將充電事件中的SoC最大變化也納入考慮。因此，為描述儲能健康狀態(tài)，任一溫度下本文建立DoD和SoCmean影響的鋰離子電池可用壽命示意曲面圖，如圖1所示。圖1

鋰離子電池壽命曲面在圖1中，將壽命預(yù)期平面與可用壽命曲線的截交線投影到DoD和SoCmean構(gòu)成的平面上形成臨界壽命曲線?；谏鲜瞿Ｐ停疚牟捎妹绹R里蘭大學(xué)的電池開放實驗數(shù)據(jù)包進行研究，將等效充放電循環(huán)次數(shù)(equivalentfullcycles，EFC)作為儲能電池壽命評價指標(biāo)，利用超空間投影獲得不同EFC下的儲能臨界壽命曲線，如圖2所示。圖2

不同EFC下的儲能臨界壽命曲線為建立儲能全壽命周期成本和運行域之間的直接關(guān)系，在圖2的基礎(chǔ)上定義儲能壽命水平集，如圖3所示。其中，影響因素1和影響因素2分別代表DoD和SoCmean，臨界壽命曲線將DoD和SoCmean構(gòu)成的可行域分為健康運行和非健康運行，本文“健康”是指設(shè)備的壽命大于預(yù)期。圖3中的壽命水平集為儲能壽命不低于預(yù)期的可行域集合，但壽命水平集在實際運行過程中可能具有非凸性質(zhì)，本文采用凸逼近方法，作臨界壽命曲面的內(nèi)側(cè)切線，將影響因素可行域進行凸化，最終本文提出的儲能壽命建模形式能有效降低約束非線性程度，建立儲能全壽命周期成本與健康運行域的顯式關(guān)系。此外，為了有效保證調(diào)度周期內(nèi)任一DoD均不超過邊界條件，儲能健康運行域中的DoD取調(diào)度周期內(nèi)最大值(DoDmax)。圖3

儲能電池壽命水平集2）電壓波動指數(shù)模型。為了降低大規(guī)模新能源并網(wǎng)導(dǎo)致的電壓越限風(fēng)險，提升配電網(wǎng)安全運行能力，本文引入節(jié)點電壓波動指數(shù)(voltagevolatilityindex，VVI)模型，該模型指出當(dāng)節(jié)點i的位置滿足以下兩個規(guī)則時，新能源對其節(jié)點電壓波動影響較?。孩俟?jié)點i的位置靠近PCC點。②新能源所接入的節(jié)點u與節(jié)點i返回到PCC點的公共電氣距離(線路阻抗和)較短?；谏鲜鲆?guī)則，本文結(jié)合網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)限制VVI的上界，進而減少新能源接入對節(jié)點電壓的影響，維護配電網(wǎng)安全運行。圖4展示了融合VVI的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。圖4

融合VVI的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D圖4(a)表示重構(gòu)前新能源的連接位置，新能源的高度波動性會直接影響到節(jié)點i和j，圖4(b)為重構(gòu)后新能源的連接位置，新能源直接與變電站相連，與周圍節(jié)點無公共路徑，新能源的波動對周圍節(jié)點影響較小。3）“儲能健康-配電網(wǎng)電壓”協(xié)調(diào)管控模型求解框架。圖5給出了本文模型具體實施策略，其具體步驟如下：1）確定當(dāng)前儲能系統(tǒng)壽命所對應(yīng)的健康運行域；2）在步驟的1）的條件下，求解除VVI約束以外的優(yōu)化模型，得到當(dāng)前最優(yōu)結(jié)果；3）根據(jù)步驟2）所得到的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用圖論，找到VVI最惡劣的節(jié)點，判斷其是否在預(yù)設(shè)VVI上限內(nèi)；4）若滿足，則輸出步驟2）的優(yōu)化結(jié)果，得到相應(yīng)的配電網(wǎng)運行方案；5）若不滿足，在步驟2）中添加限制VVI最惡劣路徑的約束，以此循環(huán)，直到輸出滿足VVI約束的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；6）通過以上流程，可得到融合儲能能量管理和電壓安全管理的配電網(wǎng)運行模型。圖5

模型求解框架4）仿真結(jié)果。①融合儲能健康域的配電網(wǎng)運行經(jīng)濟性分析。圖6

不同循環(huán)次數(shù)所對應(yīng)的儲能成本與投入儲能前后配電網(wǎng)運行變化成本關(guān)系圖設(shè)置儲能在一個周期T內(nèi)，初末容量相同。根據(jù)圖3所獲得的健康運行域，求解不同電池循環(huán)壽命下的儲能成本，以及投入儲能前后配電網(wǎng)運行的變化成本，二者關(guān)系如圖6所示。其中，儲能單位成本在循環(huán)次數(shù)小于1200次時高于投入儲能所引起的配電網(wǎng)運行降低成本，即此時投入儲能帶來的收益不足以抵消其壽命損失成本。當(dāng)循環(huán)次數(shù)高于1200次時，儲能單位成本低于因投入儲能帶來的配電網(wǎng)成本變化，這時系統(tǒng)投入儲能，將獲得正經(jīng)濟效益。②計及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和VVI約束的配電網(wǎng)電壓調(diào)控效果分析。本文以限制VVI為目標(biāo)，為將原始重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌淖畲箅妷翰▌又笖?shù)降低15%以上，本算例中VVI上限取為18.9，在電池循環(huán)次數(shù)等于750次下運行。引入VVI前后的系統(tǒng)電壓水平如圖7所示，其中引入VVI前后節(jié)點電壓偏差均方根(rootmeansquare，RMS)分別為0.0164pu和0.0132pu，與未考慮VVI相比，考慮后節(jié)點電壓偏差RMS降低19.5%，可見VVI能有效限制可再生能源接入所引起的電壓波動，有效提高配電網(wǎng)的安全運行能力。(a)引入VVI前系統(tǒng)電壓圖(b)引入VVI后系統(tǒng)電壓圖圖7

VVI對系統(tǒng)電壓分布的影響③網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)對儲能設(shè)備壽命的影響。為探究重構(gòu)對于儲能壽命的影響，忽略儲能健康運行域約束。本文比較了重構(gòu)前后儲能電池在配電網(wǎng)運行過程中的SoCmean以及DoDmax，如表1所示。易知不計重構(gòu)時儲能設(shè)備的SoCmean均高于計及重構(gòu)下的SoCmean，而不計重構(gòu)時的DoDmax均低于計及重構(gòu)下的DoDmax。表1

引入重構(gòu)前后儲能系統(tǒng)SoCmean以及DoDmax的比較圖8

兩種情境下的臨界壽命曲線圖8為重構(gòu)前后儲能電池對應(yīng)的EFC，其中A1和A2分別代表未計及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的5節(jié)點和15節(jié)點的儲能狀態(tài)，B1和B2代表計及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的5節(jié)點和15節(jié)點的儲能狀態(tài)，其中5節(jié)點儲能系統(tǒng)在配電網(wǎng)考慮重構(gòu)后的EFC要比不計及配電網(wǎng)重構(gòu)的EFC多140次，15節(jié)點儲能系統(tǒng)在配電網(wǎng)考慮重構(gòu)后的EFC要比不計及配電網(wǎng)重構(gòu)的EFC多120次。4、結(jié)論1）本文構(gòu)建的儲能健康域可有效平衡模型實用性與計算精度，利用該模型進行配電系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析，EFC高于儲能單位成本曲線和投入儲能前后配電網(wǎng)運行變化成本曲線交點