柔性多状态开关应用场景分析

霍群海; 李梦菲; 粟梦涵; 杨欢; 李达义; 陆翌; 韦统振

doi:10.7500/AEPS20200117005

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柔性多状态开关应用场景分析

柔性互联配电网关键技术 | 更新时间：2025-06-16

- 柔性多状态开关应用场景分析
- Analysis on Application Scenarios of Flexible Multi-state Switch
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第8期页码：13-21
- 作者机构：
  
  1.中国科学院电工研究所，北京市 100190
  2.中国科学院大学，北京市 101408
  3.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  4.强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学），湖北省武汉市 430074
  5.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江省杭州市 310014
- 作者简介：
  
  霍群海(1981—)，男，通信作者，副研究员，主要研究方向：电能质量分析与控制、直流电网装备技术。E-mail：huoqunhai@163.com
  李梦菲(1995—)，女，博士研究生，主要研究方向：电力电子装置在配电网的应用。E-mail：limengfei@zju.edu.cn
  粟梦涵(1995—)，女，硕士研究生，主要研究方向：配电网运行与控制。E-mail：sumenghan@mail.iee.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2017YFB0903100);国家电网公司科技项目(521104170043);中国科学院青年创新促进会资助项目(2017180)
- DOI：10.7500/AEPS20200117005
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-01-17，
  
  修回日期：2020-03-11，
  
  网络出版日期：2020-05-14，
  
  纸质出版日期：2021-04-25
- 稿件说明：
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霍群海,李梦菲,粟梦涵等.柔性多状态开关应用场景分析[J].电力系统自动化,2021,45(8):13-21.

HUO Qunhai,LI Mengfei,SU Menghan,et al.Analysis on Application Scenarios of Flexible Multi-state Switch[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(8):13-21.
霍群海,李梦菲,粟梦涵等.柔性多状态开关应用场景分析[J].电力系统自动化,2021,45(8):13-21. DOI： 10.7500/AEPS20200117005.

HUO Qunhai,LI Mengfei,SU Menghan,et al.Analysis on Application Scenarios of Flexible Multi-state Switch[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(8):13-21. DOI： 10.7500/AEPS20200117005.

摘要

随着配电网负荷、分布式能源及电动汽车的快速增长，传统的配电网结构与调控方式面临巨大挑战，馈线功率失衡、变压器重过载、城市输配电增容困难等问题日益突出。配电网柔性多状态开关技术为解决上述问题带来了可能。文中以配电网区域柔性互联典型应用场景为切入点，分析了柔性多状态开关适用的不同应用场景，研究了不同应用场景下柔性多状态开关的应用背景和优势，并对典型应用场景下功能需求、技术支撑情况、示范应用以及研究难点进行了分析

给出了不同应用场景面临的关键问题和挑战，并展望了柔性多状态开关未来的研究方向。

Abstract

With the rapid growth of distribution network load

distributed energy and electric vehicles

the traditional distribution network structure and regulation modes are facing huge challenges. Problems such as unbalanced feeder power

heavy overload of transformers

and difficulties in urban power transmission and distribution capacity expansion are increasingly prominent. The flexible multi-state switch technology of distribution networks brings the possibility to solve the above problems. Taking the typical application scenario of flexible interconnection in the distribution network area as the starting point

the paper analyzes the different application scenarios applicable to the flexible multi-state switch

and studies the application background and advantage of the flexible multi-state switch in different application scenarios.The functional requirements

technical support

demonstration application and research difficulties in typical application scenarios are analyzed. The key problems and challenges facing different application scenarios are given

and the future research areas of flexible multi-state switches are prospected.

关键词

Keywords

references

KATIRAEI F ， AGUERO J . Solar PV integration challenges ［J］. IEEE Power and Energy Magazine ， 2011 ， 9 （ 3 ）： 62 - 71 .

DDBAPRIYA D ， SAVIER J S . Impact of network reconfiguration on loss allocation of radial distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2007 ， 22 （ 4 ）： 2473 - 2480 .

王成山，宋关羽，李鹏，等 . 基于智能软开关的智能配电网柔性互联技术及展望［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 22 ）： 168 - 175 .

WANG Chengshan ， SONG Guanyu ， LI Peng ， et al . Research and prospect for soft open point based flexible interconnection technology for smart distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 22 ）： 168 - 175 .

GRAAFF R A A ， MYRZIK J M A ， KLING W L ， et al . Intelligent nodes in distribution systems： optimizing steady state settings ［C］// 2007 IEEE Lausanne Power Tech ， July 1 - 5 ， 2007 ， Lausanne， Switzerland： 391 - 395 .

OKADA N ， TAKASAKI M ， SAKAI H ， et al . Development of a 6.6 kV-1 MVA transformerless loop balance controller ［C］// International Conference on Power Electronics Specialists ， June 17 - 21 ， 2007 ， Orlando， USA： 1087 - 1091 .

BLOEMINK J M ， GREEN C . Increasing distributed generation penetration using soft normally-open points ［C］// IEEE PES General Meeting ， July 25 - 29 ， 2010 ， Providence， USA： 1 - 8 .

BLOEMINK J M ， GREEN C . Benefits of distribution-level power electronics for supporting distributed generation growth ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 911 - 919 .

BLOEMINK J M ， GREEN C . Increasing photovoltaic penetration with local energy storage and soft normally-open points ［C］// Power and Energy Society General Meeting ， July 24 - 28 ， 2011 ， Detroit， USA： 1 - 8 .

CHEN C S ， TSAI C T ， LIN C H ， et al . Loading balance of distribution feeders with loop power controllers considering photovoltaic generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2011 ， 26 （ 3 ）： 1762 - 1768 .

张释中，杨艳红，裴玮，等 . 不同端口柔性多状态开关对配电网运行调控能力的研究及对比分析［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 10 ）： 3120 - 3129 .

ZHANG Shizhong ， YANG Yanhong ， PEI Wei ， et al . Research and comparative analysis of different port flexible multi-state switches for regulation and control of distribution network operation ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 10 ）： 3120 - 3129 .

王志强，徐艺铭，刘文霞，等 . 柔性多状态开关优化接入的两步式决策方法［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 10 ）： 3068 - 3075 .

WANG Zhiqiang ， XU Yiming ， LIU Wenxia ， et al . Two-step decision-making method for optimization open-access of flexible multi-state switch ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 10 ）： 3068 - 3075 .

CAO W ， WU J ， JENKINS N . Feeder load balancing in MV distribution networks using soft normally-open points ［C］// IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies ， October 12 - 15 ， 2014 ， Istanbul， Turkey： 1 - 6 .

GUO X B ， WEI W X ， XU A D . A coordinated optimization method of SNOP and tie switch operation simultaneously based on cost in active distribution network ［C］// CIRED Workshop 2016， June 14 - 15 ， 2016 ， Helsinki ， Finland ： 1 - 4 .

王成山，宋关羽，李鹏，等 . 一种联络开关和智能软开关并存的配电网运行时序优化方法［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2315 - 2321 .

WANG Chengshan ， SONG Guanyu ， LI Peng ， et al . A hybrid optimization method for distribution network operation with SNOP and tie switch ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2315 - 2321 .

赵金利，李雨薇，李鹏，等 . 基于二阶锥规划的有源配电网SNOP电压无功时序控制方法［J］. 高电压技术， 2016 ， 42 （ 7 ）： 2134 - 2141 .

ZHAO Jinli ， LI Yuwei ， LI Peng ， et al . Sequential voltage regulation of soft normally open point in active distribution network based on second-order cone programming ［J］. High Voltage Engineering ， 2016 ， 42 （ 7 ）： 2134 - 2141 .

CHEN J ， LI D ， CONG W ， et al . Optimized design methodology of SNOP device circuit parameters ［C］// 2018 21st International Conference on Electrical Machines and Systems （ICEMS）， October 7 - 10 ， 2018 ， Jeju， Korea： 2403 - 2407 .

WANG Q ， LIAO J ， SU Y ， et al . An optimal reactive power control method for distribution network with soft normally-open points and controlled air-conditioning loads ［J］. International Journal of Electrical Power and Energy Systems ， 2018 ， 103 ： 421 - 430 .

LIANG H ， LI S ， BAI L ， et al . Allowable DG penetration capacity calculation of SNOP-based flexible distribution network ［C］// 2018 China International Conference on Electricity Distribution（CICED）， September 17 - 19 ， 2018 ， Tianjin， China： 2148 - 2152 .

胡玉，顾洁，马睿，等 . 面向配电网弹性提升的智能软开关鲁棒优化［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 11 ）： 85 - 91 .

HU Yu ， GU Jie ， MA Rui ， et al . SNOP robust optimization for distribution network resilience enhancement ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 11 ）： 85 - 91 .

LEI C ， LI C ， WANG Q ， et al . An optimal three-phase power control method of distribution network based on split-phase SNOPs ［C］// 2019 IEEE Innovative Smart Grid Technologies ， May 21 - 24 ， 2019 ， Chengdu， China： 1580 - 1588 .

XU Y ， WANG Z ， FANG Z ， et al . Self-adaptive power flow optimization method for multi-terminal SNOP considering the difference of risk of node voltage beyond limit ［J］. Journal of Electrical Engineering and Technology ， 2019 ， 14 （ 5 ）： 1963 - 1971 .

梁海深，李盛伟，白临泉，等 . 基于SNOP的柔性配电网中分布式电源最大准入容量计算［J］. 电力建设， 2018 ， 39 （ 8 ）： 69 - 76 .

LIANG Haishen ， LI Shengwei ， BAI Linquan ， et al . Allowable DG penetration capacity calculation of SNOP-based flexible distribution network ［J］. Electric Power Construction ， 2018 ， 39 （ 8 ）： 69 - 76 .

吕知彼，裴雪军，王朝亮，等 . 基于柔性多状态开关的配电网电压波动越限抑制方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 12 ）： 150 - 160 .

LYU Zhibi ， PEI Xuejun ， WANG Chaoliang ， et al . A voltage over-limit suppression method based on soft normally-open point in distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 12 ）： 150 - 160 .

CAO Wanyu ， WU Jianzhong ， JENKINS N ， et al . Benefits analysis of soft open points for electrical distribution network operation ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 165 ： 36 - 47 .

LI Peng ， JI Haoran ， WANG Chengshan ， et al . Coordinated control method of voltage and reactive power for active distribution networks based on soft open point ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2017 ， 8 （ 4 ）： 1430 - 1442 .

LI Peng ， JI Haoran ， WANG Chengshan ， 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 .

OUYANG S ， LIU 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 .

GU H ， CHU X ， TANG M ， et al . Coordinated control of tie switch and soft normally open point for harnessing flexibility in active distribution systems ［J］. Journal of Physics： Conference Series ， 2019 ， 1176 （ 6 ）： 1 - 6 .

HOU Y ， XU Y ， WANG Z ， et al . Research on application of three-port SNOP based on dual closed-loop control in distribution network ［C］// 2017 IEEE International Conference on Smart Technologies and Management for Computing ， Communication， Controls， Energy and Materials （ICSTM）， August 2 - 8 ， 2017 ， Chennai， India： 389 - 395 .

XU C ， YUAN X ， XU Y ， et al . Research on feeder power balancing technology based on SNOP droop control ［C］// 2019 IEEE 10th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems （PEDG）， June 3 - 6 ， 2019 ， Xi’an， China： 192 - 196 .

DONG Xuzhu ， WU Zhengrong ， SONG Guanyu ， et al . A hybrid optimization algorithm for distribution network coordinated operation with SNOP based on simulated annealing and conic programming ［C］// 2016 IEEE Power and Energy Society General Meeting （PESGM）， July 17 - 21 ， 2016 ， Boston， USA： 1 - 5 .

张国荣，沈聪，彭勃，等 . 馈线故障下柔性多状态开关的平滑切换策略［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 10 ）： 3050 - 3058 .

ZHANG Guorong ， SHEN Cong ， PENG Bo ， et al . Smooth switching strategy of flexible multi-state switch in the case of feeder fault ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 10 ）： 3050 - 3058 .

祝旭焕，童宁，林湘宁，等 . 基于柔性多状态开关的主动配电网负荷在线紧急转供策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 24 ）： 87 - 95 .

ZHU Xuhuan ， TONG Ning ， LIN Xiangning ， et al . Flexible multi-state switch based online emergency load transferring strategy for active distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 24 ）： 87 - 95 .

LI Y ， PEI X ， CHEN Z ， et al . The steady-state and fault ride-through control strategies of soft normally open point in distribution network ［C］// 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE）， September 23 - 27 ， Portland， USA： 1146 - 1150 .

LI Y ， PEI X ， KANG Y ， et al . Voltage support strategy of SNOP under fault circumstance ［C］// 2019 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition （APEC）， March 17 - 21 ， Anaheim， USA： 1146 - 1149 .

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 .

张祖平，范明天，周莉梅 . 城市电网电磁环网的解环问题研究［J］. 电网技术， 2008 ， 32 （ 19 ）： 42 - 44 .

ZHANG Zuping ， FAN Mingtian ， ZHOU Limei . The research of electromagneticringin urban electric network ［J］. Power System Technology ， 2008 ， 32 （ 19 ）： 42 - 44 .

高凯，阳岳希，张艳军，等 . 适用于城市电网的柔性环网控制器拓扑方案研究［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 1 ）： 78 - 85 .

GAO Kai ， YANG Yuexi ， ZHANG Yanjun ， et al . A topology research of flexible looped network controller suitable to urban power grid ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 78 - 85 .

宋关羽 . 面向多运行场景的智能配电软开关运行与规划方法［D］. 天津：天津大学， 2017 .

SONG Guanyu . Operation and planning method of intelligent distribution soft switch for multiple operation scenarios ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2017 .

杨超，梁海平，顾雪平，等 . 基于电压源换流器HVDC联网的受端电网扩展黑启动方案［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 22 ）： 207 - 215 .

YANG Chao ， LIANG Haiping ， GU Xueping ， et al . The recovery strategy of the extended black-start for the receiving end system based on the voltage source converter-HVDC ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 22 ）： 207 - 215 .

黄仁乐，蒲天骄，刘克文，等 . 城市能源互联网功能体系及应用方案设计［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 9 ）： 26 - 33 .

HUANG Renle ， PU Tianjiao ， LIU Kewen ， et al . Design of hierarchy and functions of regional Energy Internet and its demonstration applications ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 9 ）： 26 - 33 .

邹志翔，周克亮，袁晓冬 . 风电场接入对周边地区电网电压稳定性的影响分析［J］. 电网技术， 2011 ， 35 （ 11 ）： 50 - 56 .

ZOU Zhixiang ， ZHOU Keliang ， YUAN Xiaodong . Analysis on influences of grid-connected wind farm on voltage stability of local power network neighboring to connection point ［J］. Power System Technology ， 2011 ， 35 （ 11 ）： 50 - 56 .

JI Haoran ， WANG Chengshan ， LI Peng ， et al . Robust operation of soft open points in active distribution networks with high penetration of photovoltaic integration ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 280 - 289 .

BASIL S . FUN LV closedown report ［EB/OL］. ［ 2017-10-30 ］. http：//innovation.ukpowernetworks.co.uk/innovation/en/Projects/tier-2-Projects/Flexible-Urban-Network-Low-Voltage http://innovation.ukpowernetworks.co.uk/innovation/en/Projects/tier-2-Projects/Flexible-Urban-Network-Low-Voltage .

UK Power Networks . Flexible urban networks： low voltage project progress report ［R］. UK ： UK Power Networks ， 2015 .

张学，裴玮，范士雄，等 . 含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 185 - 191 .

ZHANG Xue ， PEI Wei ， FAN Shixiong ， et al . Coordinated control method of AC/DC hybrid distribution network with multi-terminal flexible interconnection devices ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 185 - 191 .

傅守强，高杨，陈翔宇，等 . 基于柔性变电站的交直流配电网技术研究与工程实践［J］. 电力建设， 2018 ， 39 （ 5 ）： 46 - 55 .

FU Shouqiang ， GAO Yang ， CHEN Xiangyu ， et al . Research and project practice on AC and DC distribution network based on flexible substations ［J］. Electric Power Construction ， 2018 ， 39 （ 5 ）： 46 - 55 .

娄铖伟，张筱慧，丛鹏伟，等 . 含柔性软开关的有源配电网故障恢复策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 1 ）： 23 - 31 .

LOU Chengwei ， ZHANG Xiaohui ， CONG Pengwei ， et al . Service restoration strategy of active distribution network with soft open points ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 1 ）： 23 - 31 .

王岸 . SNOP的研究及其在配电网中的应用［D］. 北京：北京交通大学， 2015 .

WANG An . Research on SNOP and its application in distribution network ［D］. Beijing ： Beijing Jiaotong University ， 2015 .

DEBNATH S ， QIN J ， BAHRANI B ， et al . Operation， control， and applications of the modular multilevel converter： a review ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 1 ）： 37 - 53 .

WANG Jiacheng ， WU Bin ， XU Dewei ， et al . Multimodular matrix converters with sinusoidal input and output waveforms ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2012 ， 59 （ 1 ）： 17 - 26 .

BARUSCHKA L ， MERTENS A . A new three-phase AC/AC modular multilevel converter with six branches in hexagonal configuration ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2013 ， 49 （ 3 ）： 1400 - 1410 .

PEREDA J ， GREEN T C . Direct modular multilevel converter with six branches for flexible distribution networks ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 4 ）： 1728 - 1737 .

杨欢，蔡云旖，屈子森，等 . 配电网柔性开关设备关键技术及其发展趋势［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 153 - 165 .

YANG Huan ， CAI Yunyi ， QU Zisen ， et al . Research on key techniques and development trend of soft open points for distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 153 - 165 .

张楠 . 考虑运行约束的智能配电网分布式电源接纳能力研究［D］. 天津：天津大学， 2014 .

ZHANG Nan . Research on the capacity of distributed generation in intelligent distribution network considering operation constraints ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2014 .

SHAFIK M B ， CHEN H ， RASHED G I ， et al . Adequate topology for efficient energy resources utilization of active distribution networks equipped with soft open points ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 99003 - 99016 .

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