【中国能源杂志社】新能源低压直流配电系统分区分布式运行优化研究

摘要：新能源低压直流配电系统在建筑领域应用中，面临光伏出力间歇性与负荷动态突变引发的功率实时供需失衡，从而导致新能源消纳不足与弃电率持续攀升等问题。现有集中式优化方法因受限于静态阈值设定与单一时域调控架构，存在运行策略在轻/重载工况下保守或越限、难以协调秒级功率波动与小时级能量调度等多时间尺度耦合约束，从而导致系统调节能力不足。为此，本文提出一种分区分布式运行优化方法。以购电成本、环境价值成本、线路损耗最小化为多目标函数，结合功率传输、功率平衡以及储能等约束条件，构建新能源低压直流配电系统运行优化模型，解决传统方法在多目标协同中的失准问题；采用Benders分解算法对系统进行分区解耦，形成多个子区域，以降低计算复杂度并解决多区域耦合；利用ADMM算法构建分布式优化框架，依据各子区域目标函数与系统约束实现协同求解，通过主问题整合各子区域优化结果形成全局最优策略。实验以太原武宿国际机场三期改扩建工程的直流配电系统为案例进行验证，结果显示该方法在保障储能系统安全运行的同时，实现了购电成本、环境成本与线路损耗分别降低27.3%、28.4%与26.9%的综合优化效果，有效提升了新能源消纳能力与系统运行的经济性。与传统方法相比，在多目标协同优化方面表现出显著优势。

关键词：新能源；低压直流；配电系统；分区分布式优化；ADMM算法；购电成本

新能源低压直流配电系统凭借其在适配分布式新能源接入、降低电能转换损耗等方面的显著优势，正成为推动建筑领域能源结构转型与配电系统升级的关键技术之一。随着建筑用能场景日趋复杂，对供电可靠性、灵活性与能效管理提出了更高要求，如何优化该类系统的运行方式，以实现能源的精准调控与高效利用，成为当前面临的核心挑战。

近年来，众多学者开展相关研究，如李昀宸等以最小综合成本为目标构建含转供约束的优化配置模型，侧重于设备容量规划与系统稳定性提升，但未深入考虑秒级波动与小时级调度之间的耦合关系，导致在轻载时可能因策略保守而消纳不足，在重载时因调节能力有限而出现越限。仇书山等以系统综合成本和电压偏移度最小化为目标函数，虽在时间尺度协调方面有所推进，但对秒级功率波动的快速响应机制仍不够完善，在轻载时难以充分利用微小波动，在重载时响应迟缓可能引发越限。再如张振强等构建兼顾经济性、新能源消纳性与灵活性的优化运行模型，采用分布鲁棒优化方法处理新能源出力不确定性，实现系统优化运行。但其依赖概率假设构建不确定集，对秒级功率波动的实时响应能力有限，在轻载时可能因预测偏差导致消纳不充分，在重载时则可能因响应滞后而面临越限风险。刘洁等以新能源日消纳量最大、重构综合成本最低以及净负荷均方差最小为目标，构建动态重构多目标模型，结合拓扑结构和运行需求，采用改进烟花算法求解获取最佳运行方式。但改进烟花算法在求解过程中容易陷入局部最优解，尤其是在处理高维、多约束的优化问题时，算法的搜索能力受到限制，难以找到全局最优解。

为应对上述挑战，本研究以太原武宿国际机场三期改扩建工程为研究对象，提出一种新能源低压直流配电系统的分区分布式运行优化方法。该方法通过构建运行优化模型，并结合Benders分解与交替方向乘子法（ADMM）进行分区分布式求解，以获取最佳运行策略。该方法旨在为太原武宿国际机场三期改扩建工程的能源系统建设提供技术支撑与实践依据。

一、新能源低压直流配电系统运行优化

二、仿真分析

三、结论

全文6876字，详见《中国能源》2025年第12期。

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