Second-order Cone Relaxation Model Adapting to Reactive Power Optimization for Three-phase Unbalanced Active Distribution Network

Tianrui XU; Tao DING; Li LI; Kang WANG; Fangde CHI; Hucheng GAO

doi:10.7500/AEPS20210110002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Second-order Cone Relaxation Model Adapting to Reactive Power Optimization for Three-phase Unbalanced Active Distribution Network

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Second-order Cone Relaxation Model Adapting to Reactive Power Optimization for Three-phase Unbalanced Active Distribution Network
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 24, Pages: 81-88(2021)
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市 710049
  2.国网陕西省电力公司，陕西省西安市 710048
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Shaanxi Electric Power Company Limited(SGSN0000TKJS2001711);National Natural Science Foundation of China(51977166);Natural Science Foundation of Shaanxi Province of China(2020KW-022)
- DOI：10.7500/AEPS20210110002
  CLC：
- Received：10 January 2021，
  
  Revised：2021-05-26，
  
  Published Online：13 August 2021，
  
  Published：25 December 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
徐添锐,丁涛,李立等.适应三相不平衡主动配电网无功优化的二阶锥松弛模型[J].电力系统自动化,2021,45(24):81-88.

XU Tianrui,DING Tao,LI Li,et al.Second-order Cone Relaxation Model Adapting to Reactive Power Optimization for Three-phase Unbalanced Active Distribution Network[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(24):81-88.
徐添锐,丁涛,李立等.适应三相不平衡主动配电网无功优化的二阶锥松弛模型[J].电力系统自动化,2021,45(24):81-88. DOI： 10.7500/AEPS20210110002.

XU Tianrui,DING Tao,LI Li,et al.Second-order Cone Relaxation Model Adapting to Reactive Power Optimization for Three-phase Unbalanced Active Distribution Network[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(24):81-88. DOI： 10.7500/AEPS20210110002.

摘要

三相不平衡主动配电网无功优化的非凸非线性给全局优化求解带来一定挑战。传统方法采用二阶锥松弛方法来凸化原始非凸优化模型，从而实现全局最优解的有效搜索。然而，传统所提方法忽略了三相配电网相间耦合关系，从而导致三相不平衡场景下与全局最优解之间存在误差。为此，文中提出适应三相不平衡主动配电网无功优化的二阶锥松弛模型，通过将原始优化模型映射到高维空间，松弛秩约束，并采用Sylvester准则形成相间二阶锥约束。最后，通过IEEE 33节点、IEEE 123节点和906节点算例仿真分析验证了所提方法的有效性。

Abstract

The nonconvex and nonlinear property of the reactive power optimization for the three-phase unbalanced active distribution network brings certain challenges to the global optimization solution. The traditional method uses a second-order cone relaxation method to convexity the original nonconvex optimization model

so as to achieve an effective search for the global optimal solution. However

the traditional method ignores the phase-to-phase coupling relationship of the three-phase distribution network

which leads to errors between the three-phase unbalanced scenarios and the global optimal solution. Therefore

this paper proposes a second-order cone relaxation model adapting to the reactive power optimization for the three-phase unbalanced active distribution network. By mapping the original optimization models to a high-dimensional space

the rank constraint is relaxed and the Sylvester criterion is used to form a second-order cone constraint between phases. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified by simulation analysis of the arithmetic cases of IEEE 33-bus

IEEE 123-bus and 906-bus.

关键词

Keywords

references

肖谦，庞军，许昀，等 . 实现国家自主贡献目标背景下我国碳交易机制研究［J］. 气候变化研究进展， 2020 ， 16 （ 5 ）： 617 - 631 .

XIAO Qian ， PANG Jun ， XU Yun ， et al . Research on carbon trading mechanism of China at the background of achieving the NDC targets ［J］. Climate Change Research ， 2020 ， 16 （ 5 ）： 617 - 631 .

刘家权，刘珅，周金涛，等 . 基于鲁棒优化的电-气互联型主动配电网故障恢复方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 7 ）： 66 - 74 .

LIU Jiaquan ， LIU Shen ， ZHOU Jintao ， et al . Fault recovery method of an integrated electricity and natural-gas active distribution network based on robust optimization ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 7 ）： 66 - 74 .

唐俊熙，王梓耀，张俊潇，等 . 基于文化蚁群算法的高可靠多电源配电网规划模型［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 7 ）： 99 - 107 .

TANG Junxi ， WANG Ziyao ， ZHANG Junxiao ， et al . High reliability multi-power distribution network planning model based on memetic ant colony algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 7 ）： 99 - 107 .

刘晋源，吕林，高红均，等 . 计及分布式电源和电动汽车特性的主动配电网规划［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 41 - 49 .

LIU Jinyuan ， LYU Lin ， GAO Hongjun ， et al . Planning of active distribution network considering characteristics of distributed generator and electric vehicle ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 41 - 49 .

张爱祥，宋士瞻，王传勇，等 . 计及电能质量治理设备和不同主体利益的主动配电网规划［J］. 电力电容器与无功补偿， 2019 ， 40 （ 2 ）： 113 - 118 .

ZHANG Aixiang ， SONG Shizhan ， WANG Chuanyong ， et al . Plan of active distribution network considering power quality control equipment and interest of different subjects ［J］. Power Capacitor & Reactive Power Compensation ， 2019 ， 40 （ 2 ）： 113 - 118 .

李燕，胡志坚，仉梦林，等 . 基于不确定网络理论计及经济性与可靠性的主动配电网规划［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 16 ）： 68 - 82 .

LI Yan， HU Zhijian， ZHANG Menglin， et al， Active distribution network planning considering economy and reliability based on uncertain network theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 16 ）： 68 - 82 .

XIE Q ， CHENG H Z ， ZHANG Y ， et al . Active distribution network planning based on active management ［C］// 2014 China International Conference on Electricity Distribution （CICED）， September 23-26 ， 2014 ， Shenzhen， China ： 1261 - 1265 .

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 .

NAZIR N ， RACHERLA P ， ALMASSALKHI M . Optimal multi-period dispatch of distributed energy resources in unbalanced distribution feeders ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 2683 - 2692 .

陈攀峰，程浩忠，吕佳炜，等 . 基于二阶锥规划考虑主动管理的主动配电网故障恢复［J］. 电测与仪表， 2019 ， 56 （ 21 ）： 46 - 51 .

CHEN Panfeng ， CHENG Haozhong ， LYU Jiawei ， et al . Fault recovery of active distribution network considering active management based on second-order cone programming ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2019 ， 56 （ 21 ）： 46 - 51 .

何晨可，韦钢，袁丁，等 . 计及充换放储一体化电站的主动配电网故障恢复［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 32 - 38 .

HE Chenke ， WEI Gang ， YUAN Ding ， et al . Fault recovery of active distribution network considering charging-swapping-discharging-storage integrated power station ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 32 - 38 .

李博达，熊宇峰，任正伟，等 . 台风期间考虑配电终端功能可用性的配电网重构方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 4 ）： 38 - 44 .

LI Boda ， XIONG Yufeng ， REN Zhengwei ， et al . Distribution network reconfiguration method considering availability of distribution terminal functions during typhoon disaster ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 38 - 44 .

汤一达，吴志，顾伟，等 . 主动配电网故障恢复的重构与孤岛划分统一模型［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 7 ）： 2731 - 2740 .

TANG Yida ， WU Zhi ， GU Wei ， et al . Research on active distribution network fault recovery strategy based on unified model considering reconstruction and island partition ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 2731 - 2740 .

XING H J ， SUN X . Distributed generation locating and sizing in active distribution network considering network reconfiguration ［J］. IEEE Access ， 2017 ， 5 ： 14768 - 14774 .

吴在军，成晟，朱承治，等 . 三相不平衡有源配电网鲁棒动态重构［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 5 ）： 66 - 76 .

WU Zaijun ， CHENG Sheng ， ZHU Chengzhi ， et al . Robust dynamic reconfiguration of three-phase unbalanced active distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 66 - 76 .

徐成司，董树锋，朱嘉麒，等 . 基于供电环路非连通条件的配电网辐射状约束描述方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 20 ）： 82 - 89 .

XU Chengsi ， DONG Shufeng ， ZHU Jiaqi ， et al . Description method of radial constraints for distribution network based on disconnection condition of power supply loop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 20 ）： 82 - 89 .

唐巍，李天锐，张璐等 . 基于三相四线制最优潮流的低压配电网光伏-储能协同控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 31 - 42 .

TANG Wei， LI Tianrui， ZHANG Lu， et al， Coordinated control of photovoltaic and energy storage system in low-voltage distribution networks based on three-phase four-wire optimal power flow ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 31 - 42 .

王金丽，韦春元，段祥骏，等 . 含微型同步相量测量的智能配电网信息集成方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 1 ）： 284 - 291 .

WANG Jinli ， WEI Chunyuan ， DUAN Xiangjun ， et al . Information integration method of intelligent distribution network with micro synchronous phasor measurement ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 1 ）： 284 - 291 .

王强钢，田雨禾，王健，等 . 计及充电站无功补偿的配电网日前-实时协调优化模型［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 27 - 34 .

WANG Qianggang ， TIAN Yuhe ， WANG Jian ， et al . Coordinated day-ahead and real-time optimization model for distribution network considering reactive power compensation of charging station ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 27 - 34 .

倪爽，崔承刚，杨宁，等 . 基于深度强化学习的配电网多时间尺度在线无功优化［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 77 - 85 .

NI Shuang ， CUI Chenggang ， YANG Ning ， et al . Multi-time-scale online optimization for reactive power of distribution network based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 77 - 85 .

刘洪，徐正阳，葛少云，等 . 考虑储能调节的主动配电网有功-无功协调运行与电压控制［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 11 ）： 51 - 62 .

LIU Hong ， XU Zhengyang ， GE Shaoyun ， et al . Coordinated operation of active-reactive power and voltage control for active distribution network considering regulation of energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 51 - 62 .

徐韬，姚力，倪琳娜，等 . 一种基于二阶锥规划的配电网无功优化算法［J］. 科学技术与工程， 2019 ， 19 （ 10 ）： 111 - 119 .

XU Tao ， YAO Li ， NI Linna ， et al . A reactive power optimization algorithm for distribution network based on second-order cone programming ［J］. Science Technology and Engineering ， 2019 ， 19 （ 10 ）： 111 - 119 .

伍鸿兵，罗勇，王嵩，等 . 计及分布式电源接入的三相不平衡配电网无功优化研究［J］. 计算技术与自动化， 2020 ， 39 （ 3 ）： 17 - 21 .

WU Hongbing ， LUO Yong ， WANG Song ， et al . Research on reactive power optimization of three-phase unbalanced distribution network with access of distributed power supply ［J］. Computing Technology and Automation ， 2020 ， 39 （ 3 ）： 17 - 21 .

CHEN C ， ZHANG R F ， LIU H ， et al . Reactive power optimization model in unbalanced large-scale wind power integration area ［C］// 2020 12th IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference （APPEEC）， September 20-23 ， 2020 ， Nanjing， China .

刘一兵，吴文传，张伯明，等 . 基于混合整数二阶锥规划的三相有源配电网无功优化［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 15 ）： 58 - 64 .

LIU Yibing ， WU Wenchuan ， ZHANG Boming ， et al . Reactive power optimization for three-phase distribution networks with distributed generators based on mixed integer second-order cone programming ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 15 ）： 58 - 64 .

SANKUR M D ， DOBBE R ， STEWART E ， et al . A linearized power flow model for optimization in unbalanced distribution systems ［EB/OL］. ［ 2021-01-10 ］. https：//arxiv.org/abs/1606.04492 https://arxiv.org/abs/1606.04492 .

马群 . 含分布式光伏的配电网无功优化研究［J］. 信息技术， 2020 ， 44 （ 3 ）： 85 - 89 .

MA Qun . Reactive power optimization of distribution network with access of distributed photovoltaic ［J］. Information Technology ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 85 - 89 .

GAN L W ， LOW S H . Convex relaxations and linear approximation for optimal power flow in multiphase radial networks ［C］// 2014 Power Systems Computation Conference ， August 18-22 ， 2014 ， Wroclaw， Poland ： 1 - 9 .

HORN R A ， Johnson C R . Matrix Analysis ［M］. 2nd ed . Cambridge， UK ： Cambridge University Press ， 2013 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Online Reactive Power Optimization Method Based on Data-driven Predictive Control for Distribution Network with Low Situation Awareness

Coordinated Optimization of Active Distribution Network with Multiple Microgrids Considering Demand Response and Mixed Game

Flexible Islanding Partition and Real-time Scheduling Strategy for Active Distribution Network

Hierarchical Optimal Control Method for Active Distribution Network with Mobile Energy Storage

Related Author

QIAN Liqun

WEI Qing

HU Pengfei

YANG Zaixin

CHEN Qian

WANG Weiqing

WANG Haiyun

PANG Kaiyuan

Related Institution

School of Electrical Engineering, Zhejiang University

HuaDian Electric Research Institute Co., Ltd.

Inner Mongolia Power (Group) Co., Ltd., Inner Mongolia Power Research Institute Branch

Engineering Research Center of Education Ministry for Renewable Energy Power Generation and Grid-connection (Xinjiang University)

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

⁰