Multi-objective Operation Optimization of Active Distribution Network Considering Three-phase Unbalance Regulation of Phase-switching Soft Open Points

MIN Liang; LOU Chengwei; YANG Jin; YU Jian

doi:10.7500/AEPS20220917010

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Multi-objective Operation Optimization of Active Distribution Network Considering Three-phase Unbalance Regulation of Phase-switching Soft Open Points

Basic Research | 更新时间：2023-06-19

- Multi-objective Operation Optimization of Active Distribution Network Considering Three-phase Unbalance Regulation of Phase-switching Soft Open Points
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 12, Pages: 56-65(2023)
- 作者机构：
  
  1.格拉斯哥大学工程学院,格拉斯哥 G128QQ,英国
  2.中国农业大学信息与电气工程学院,北京市100083
  3.苏格兰电力公司,格拉斯哥 G25AD,英国
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51977211)
- DOI：10.7500/AEPS20220917010
  CLC：
- Received：17 September 2022，
  
  Revised：2023-02-23，
  
  Published Online：17 May 2023，
  
  Published：25 June 2023
- 稿件说明：
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闵亮,娄铖伟,杨进等.考虑换相软开关三相不平衡调节的主动配电网多目标运行优化[J].电力系统自动化,2023,47(12):56-65.

MIN Liang,LOU Chengwei,YANG Jin,et al.Multi-objective Operation Optimization of Active Distribution Network Considering Three-phase Unbalance Regulation of Phase-switching Soft Open Points[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(12):56-65.
闵亮,娄铖伟,杨进等.考虑换相软开关三相不平衡调节的主动配电网多目标运行优化[J].电力系统自动化,2023,47(12):56-65. DOI： 10.7500/AEPS20220917010.

MIN Liang,LOU Chengwei,YANG Jin,et al.Multi-objective Operation Optimization of Active Distribution Network Considering Three-phase Unbalance Regulation of Phase-switching Soft Open Points[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(12):56-65. DOI： 10.7500/AEPS20220917010.

摘要

由于三相负荷的日益不平衡，主动配电网中的功率损耗和三相电压相位不平衡问题日益严重。作为一种可取代传统联络开关的电力电子设备，智能软开关为减少网损与缓解不平衡问题提供了潜在方案。为此，引入三相四线制的背靠背电压源型变流器作为智能软开关的拓扑结构，同时针对该拓扑设计了相应的换相控制策略。在此基础上，提出了以减少网损和缓解电压不平衡度为优化目标的基于三相四线制换相软开关的主动配电网多目标优化运行模型；应用对称半定规划算法，通过凸松弛将原始非凸非线性模型转换为便于求解的半正定规划模型，该模型可对三相电网进行三相解耦与分析。最后，在改进的IEEE 123节点系统中进行案例研究，验证了所提模型及其求解算法的可行性和有效性。

Abstract

Power loss and phase unbalance of three-phase voltage in active distribution networks (ADNs) become more and more serious due to the increasing unbalance of three-phase loads. As a kind of power electronic equipment which can replace the traditional tie switch

soft open point (SOP) provides a potential solution to reduce power loss and alleviate the unbalance problem. Therefore

a three-phase four-wire back-to-back voltage source converter is introduced as the topology of SOP

and the corresponding phase-switching control strategy is designed for the topology. On this basis

a multi-objective operation optimization model of ADNs based on three-phase four-wire phase-switching SOP is proposed to reduce the power loss and alleviate the voltage unbalance. The symmetric semi-definite programming algorithm is used to transform the original non-convex nonlinear model into a semi-definite programming model which is easy to solve by convex relaxation. This model can be used for three-phase decoupling and analysis of three-phase power grid. Finally

a case study is carried out in an improved IEEE 123-bus system to verify the feasibility and effectiveness of the proposed model and its solving algorithm.

关键词

Keywords

references

寇凌峰，吴鸣，李洋，等 . 主动配电网分布式有功无功优化调控方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1856 - 1865 .

KOU Lingfeng ， WU Ming ， LI Yang ， et al . Optimization and control method of distributed active and reactive power in active distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1856 - 1865 .

JAMES T L . Connection imbalance in low voltage distribution networks ［D］. Cardiff， UK ： Cardiff University ， 2015 .

MA K ， FANG L ， KONG W . Review of distribution network phase unbalance： scale， causes， consequences， solutions， and future research directions ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2020 ， 6 （ 3 ）： 479 - 488 .

王成山，季节，冀浩然，等 . 配电系统智能软开关技术及应用［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 1 - 14 .

WANG Chengshan ， JI Jie ， JI Haoran ， et al . Technologies and application of soft open points in distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 1 - 14 .

孙守晶，丛伟，邱吉福，等 . 含智能软开关的智能配电网分布式供电恢复方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 79 - 85 .

SUN Shoujing ， CONG Wei ， QIU Jifu ， et al . Distributed power restoration method for smart distribution network with soft open point ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 79 - 85 .

高泽盟，葛菁，王剑锋，等 . 具有故障隔离能力的柔性多状态开关拓扑及控制技术研究［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 15 ）： 48 - 54 .

GAO Zemeng ， GE Jing ， WANG Jianfeng ， et al . Research on topology and control technology of soft multi-state open point based with fault isolation capability ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 15 ）： 48 - 54 .

杨勇，李继红，周自强，等 . 智能配电柔性多状态开关技术、装备及示范应用［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 4 ）： 1105 - 1113 .

YANG Yong ， LI Jihong ， ZHOU Ziqiang ， et al . Technology， equipment and demonstration application of flexible multi-state switch in intelligent distribution network ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 4 ）： 1105 - 1113 .

HAFEZI H ， LAAKSONEN H . Autonomous soft open point control for active distribution network voltage level management ［C］// 2019 IEEE Milan PowerTech ， June 23-27 ， 2019 ， Milan， Italy .

ZHANG R ， PRASAD V H ， BOROYEVICH D ， et al . Three-dimensional space vector modulation for four-leg voltage-source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2002 ， 17 （ 3 ）： 314 - 326 .

HAYASHI P H I ， MATAKAS L . Decoupled stationary ABC frame current control of three-phase four-leg four-wire converters ［C］// Brazilian Power Electronics Conference （COBEP）， November 19-22 ， 2017 ， Juiz de Fora， Brazil .

BRANDAO D I ， MENDES F E G ， FERREIRA R V ， et al . Active and reactive power injection strategies for three-phase four-wire inverters during symmetrical/asymmetrical voltage sags ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 3 ）： 2347 - 2355 .

霍群海，粟梦涵，吴理心，等 . 柔性多状态开关新型复合控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 166 - 170 .

HUO Qunhai ， SU Menghan ， WU Lixin ， et al . Compound control strategy for flexible multi-state switch ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 166 - 170 .

LOU C W ， YANG J ， LI T R ， et al . New phase-changing soft open point and impacts on optimizing unbalanced power distribution networks ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 23 ）： 5685 - 5696 .

LOU C W ， YANG J ， VEGA-FUENTES E ， et al . Multi-terminal phase-changing soft open point SDP modeling for imbalance mitigation in active distribution networks ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 142 ： 108228 .

BLOEMINK J M ， GREEN T C . Increasing distributed generation penetration using soft normally-open points ［C］// IEEE PES General Meeting ， July 25-29 ， 2010 ， Minneapolis， USA .

LOW S H . Convex relaxation of optimal power flow—part I： formulations and equivalence ［J］. IEEE Transactions on Control of Network Systems ， 2014 ， 1 （ 1 ）： 15 - 27 .

BOYD S P ， VANDENBERGHE L . Convex optimization ［M］. Cambridge， UK ： Cambridge University Press ， 2004 .

COFFRIN C ， HENTENRYCK P V . A linear-programming approximation of AC power flows ［J］. INFORMS Journal on Computing ， 2014 ， 26 （ 4 ）： 718 - 734 .

JABR R A . Exploiting sparsity in SDP relaxations of the OPF problem ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 1138 - 1139 .

BRUNO S ， LAMONACA S ， ROTONDO G ， et al . Unbalanced three-phase optimal power flow for smart grids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2011 ， 58 （ 10 ）： 4504 - 4513 .

DALL'ANESE E ， ZHU H ， GIANNAKIS G B . Distributed optimal power flow for smart microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2013 ， 4 （ 3 ）： 1464 - 1475 .

GAN L W ， LOW S H . Convex relaxations and linear approximation for optimal power flow in multiphase radial networks ［C］// Power Systems Computation Conference ， August 18-22 ， 2014 ， Wroclaw， Poland .

WANG Z ， KIRSCHEN D S ， ZHANG B . Accurate semidefinite programming models for optimal power flow in distribution systems ［EB/OL］. ［ 2022-08-05 ］. https：//arxiv.org/abs/1711.07853v2 https://arxiv.org/abs/1711.07853v2 .

LI M F ， YANG H ， ZHAO R X ， et al . Comparative study on the operating area of M3C and B2B MMC for soft open point application ［C］// 10th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia ， May 27-30 ， 2019 ， Busan， Korea ： 1205 - 1212 .

CAI Y Y ， QU Z S ， YANG H ， et al . Research on an improved droop control strategy for soft open point ［C］// 21st International Conference on Electrical Machines and Systems （ICEMS）， October 7-10 ， 2018 ， Jeju， Korea ： 2000 - 2005 .

HUANG H ， ZHANG L ， OGHORADA O ， et al . Analysis and control of a modular multilevel cascaded converter-based unified power flow controller ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 57 （ 3 ）： 3202 - 3213 .

张国荣，侯立凯，彭勃，等 . 柔性多状态开关反馈线性化滑模控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 126 - 133 .

ZHANG Guorong ， HOU Likai ， PENG Bo ， et al . Feedback linearization sliding mode control strategy for soft open point ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 126 - 133 .

OUYANG S D ， LIU J J ， YANG Y ， et al . DC voltage control strategy of three-terminal medium-voltage power electronic transformer-based soft normally open points ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 5 ）： 3684 - 3695 .

王成山，孙充勃，李鹏，等 . 基于SNOP的配电网运行优化及分析［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 9 ）： 82 - 87 .

WANG Chengshan ， SUN Chongbo ， LI Peng ， et al . SNOP-based operation optimization and analysis of distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 9 ）： 82 - 87 .

MIN L ， YANG J ， LOU C ， et al . Phase-changing control for three-phase four-wire back-to-back VSC based soft open points ［C］// 11th International Conference on Renewable Power Generation ， September 22-23 ， 2022 ， London， UK .

FERNANDES D A ， COSTA F F ， VITORINO M A ， et al . Carrier-based PWM scheme for three-phase four-leg inverters ［C］// 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society ， November 10-13 ， 2013 ， Vienna， Austria ： 3353 - 3358 .

杨智彭，何晋伟，王成山 . 面向独立供电系统的四桥臂电流源变流器3D-SVPWM方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 16 ）： 145 - 153 .

YANG Zhipeng ， HE Jinwei ， WANG Chengshan . Three-dimensional space vector pulse width modulation method of four-leg current-source converter for independent power supply system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 16 ）： 145 - 153 .

JUBRIL A M ， KOMOLAFE O A ， ALAWODE K O . Solving multi-objective economic dispatch problem via semidefinite programming ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 3 ）： 2056 - 2064 .

SAATY T L . Decision making—the analytic hierarchy and network processes （AHP/ANP）［J］. Journal of Systems Science and Systems Engineering ， 2004 ， 13 （ 1 ）： 1 - 35 .

LI P ， JI H R ， WANG C S ， et al . Optimal operation of soft open points in active distribution networks under three-phase unbalanced conditions ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 380 - 391 .

WÄCHTER A ， BIEGLER L T . On the implementation of an interior-point filter line-search algorithm for large-scale nonlinear programming ［J］. Mathematical Programming ， 2006 ， 106 （ 1 ）： 25 - 57 .

LOFBERG J . YALMIP： a toolbox for modeling and optimization in MATLAB ［C］// IEEE International Conference on Robotics and Automation ， September 2-4 ， 2004 ， Taipei， China ： 284 - 289 .

STURM J F . Using SeDuMi 1.02， a MATLAB toolbox for optimization over symmetric cones ［J］. Optimization Methods and Software ， 1999 ， 11 （ 1 ）： 625 - 653 .

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