Functional Architecture and Collaborative Configuration of Virtual Distribution Feeder for Seasonal Short-term Peak Load

ZHOU Niancheng; WANG Peng; CHI Yuan; GUO Yingfei; WANG Qianggang; LUO Yongjie

doi:10.7500/AEPS20230703005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Functional Architecture and Collaborative Configuration of Virtual Distribution Feeder for Seasonal Short-term Peak Load

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Functional Architecture and Collaborative Configuration of Virtual Distribution Feeder for Seasonal Short-term Peak Load
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 14, Pages: 79-90(2024)
- 作者机构：
  
  输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学），重庆市 400044
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077017)
- DOI：10.7500/AEPS20230703005
  CLC：
- Received：03 July 2023，
  
  Revised：2023-11-29，
  
  Published Online：26 April 2024，
  
  Published：25 July 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
周念成,王鹏,池源等.面向季节性短时高峰负荷的虚拟配电馈线功能架构及协同配置[J].电力系统自动化,2024,48(14):79-90.

ZHOU Niancheng,WANG Peng,CHI Yuan,et al.Functional Architecture and Collaborative Configuration of Virtual Distribution Feeder for Seasonal Short-term Peak Load[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(14):79-90.
周念成,王鹏,池源等.面向季节性短时高峰负荷的虚拟配电馈线功能架构及协同配置[J].电力系统自动化,2024,48(14):79-90. DOI： 10.7500/AEPS20230703005.

ZHOU Niancheng,WANG Peng,CHI Yuan,et al.Functional Architecture and Collaborative Configuration of Virtual Distribution Feeder for Seasonal Short-term Peak Load[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(14):79-90. DOI： 10.7500/AEPS20230703005.

摘要

传统线路增容方式面对季节性短时高峰负荷时存在线路整体利用率低、紧急功率支撑能力差等问题。因此，文中以功能虚拟化为核心，研究了传统配电馈线与储能元件融合的虚拟配电馈线功能架构，利用双端储能元件搭建虚拟电能传输通道，以应对季节性短时高峰负荷、延缓传统线路增容改造工程，并在非高峰时期提供紧急功率支撑和辅助服务功能，提高储能元件整体利用率。为充分挖掘虚拟配电馈线的灵活传输和紧急功率支撑潜力，提出了配电网线路增容优化配置模型，在保证经济性和满足高峰负荷需求的前提下，优化虚拟配电馈线储能配置。算例研究表明，虚拟配电馈线能够有效延缓传统线路增容改造工程、应对季节性短时高峰负荷；对于线路负荷增长较稳定、线路长度较长和设计延缓增容年限较短的配电区域，虚拟配电馈线的优势更加凸显。

Abstract

The traditional line capacity expansion method suffers from the low overall utilization rate of lines and poor power support ability during a contingency when facing seasonal short-term peak loads. Therefore

with the function virtualization as the core concept

this paper studies the functional architecture of virtual distribution feeders that integrate traditional distribution feeders with energy storage components. By using paired energy storage components to construct a virtual power transmission channel

the virtual distribution feeders address seasonal short-term peak loads

delay the conventional line capacity expansion project

and provide emergency power support and auxiliary service functions during non-peak periods to improve the overall utilization rate of energy storage components. In order to further fulfill the flexible transmission and emergency power support potential of virtual distribution feeders

an optimal configuration model for line capacity expansion in distribution network is proposed to optimize the energy storage configuration for virtual distribution feeders while ensuring economy feasibility and meeting peak load demand. Case studies show that the virtual distribution feeders can effectively delay the traditional capacity expansion projects and cope with the seasonal short-term peak loads. For areas with relatively stable load growth

or long lines and short designed delay years for capacity expansion

the advantages of virtual distribution feeders are more noticeable.

关键词

Keywords

references

胡博，谢开贵，邵常政，等 . 双碳目标下新型电力系统风险评述：特征、指标及评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

HU Bo ， XIE Kaigui ， SHAO Changzheng ， et al . Commentary on risk of new power system under goals of carbon emission peak and carbon neutrality： characteristics， indices and assessment methods ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

国家发展改革委，国家能源局 . “十四五”新型储能发展实施方案［EB/OL］.［ 2022-08-20 ］. http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202203/22/5680417/files/41a50cec48e84cc4adfca855c3444f6b.pdf http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202203/22/5680417/files/41a50cec48e84cc4adfca855c3444f6b.pdf .

National Development and Reform Commission ， National Energy Administration . Implementation plan for the development of new energy storage in the “Fourteenth Five-Year” Plan ［EB/OL］. ［ 2022-08-20 ］. http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/22/5680417/files/41a50cec48e84cc4adfca855c3444f6b.pdf http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/22/5680417/files/41a50cec48e84cc4adfca855c3444f6b.pdf .

胡鹏飞，朱乃璇，江道灼，等 . 柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 2 - 12 .

HU Pengfei ， ZHU Naixuan ， JIANG Daozhuo ， et al . Research progress and prospects of key technologies of flexible interconnected smart distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 2 - 12 .

MOROZOVSKA K ， HELENO M ， MEZA A V ， et al . Including dynamic line rating into the optimal planning of distributed energy resources ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 6 ）： 5052 - 5059 .

侯宇，王伟，韦徵，等 . 输电线路动态增容技术研究及应用［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 189 - 198 .

HOU Yu ， WANG Wei ， WEI Zheng ， et al . Research and application of dynamic rating technology of transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 189 - 198 .

彭向阳，彭瑞东，王锐，等 . 架空输电线路动态增容等效散热暂态测量模型［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3975 - 3986 .

PENG Xiangyang ， PENG Ruidong ， WANG Rui ， et al . Equivalent heat transfer transient measurement model for dynamic capacity increase of overhead transmission lines ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3975 - 3986 .

李军辉，贾思棋，杜冬梅，等 . 考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析［J］. 湖南大学学报（自然科学版）， 2020 ， 47 （ 4 ）： 57 - 66 .

LI Junhui ， JIA Siqi ， DU Dongmei ， et al . Dynamic capacity analysis of overhead transmission lines considering temperature field ［J］. Journal of Hunan University （Natural Sciences）， 2020 ， 47 （ 4 ）： 57 - 66 .

严伯伦，谢红刚，杨明 . 微气象分析与载流量预测结合的动态线路增容方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2022 ， 34 （ 12 ）： 137 - 144 .

YAN Bolun ， XIE Honggang ， YANG Ming . Dynamic line rating method combining micrometeorological analysis and ampacity forecasting ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2022 ， 34 （ 12 ）： 137 - 144 .

谭卫成 . 基于最优化模型的深圳电网高压交流输电线路增容方案研究［D］. 广州：华南理工大学， 2012 .

TAN Weicheng . HVAC transmission line capacity enhancing scheme based on optimization model in Shenzhen power grid ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2012 .

殷跃 . 重庆电网夏季高峰负荷特性分析及优化措施［J］. 宁夏电力， 2021 （ 5 ）： 28 - 33 .

YIN Yue . Characteristic analysis of summer peak load and optimization measures in Chongqing power grid ［J］. Ningxia Electric Power ， 2021 （ 5 ）： 28 - 33 .

滕贤亮，谈超，昌力，等 . 高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

TENG Xianliang ， TAN Chao ， CHANG Li ， et al . Review and prospect of research on active power and frequency control in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

董旭柱，华祝虎，尚磊，等 . 新型配电系统形态特征与技术展望［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 9 ）： 3021 - 3035 .

DONG Xuzhu ， HUA Zhuhu ， SHANG Lei ， et al . Morphological characteristics and technology prospect of new distribution system ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 9 ）： 3021 - 3035 .

DVORKIN Y ， FERNÁNDEZ-BLANCO R ， WANG Y S ， et al . Co-planning of investments in transmission and merchant energy storage ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 245 - 256 .

HASSAN A ， DVORKIN Y . Energy storage siting and sizing in coordinated distribution and transmission systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 1692 - 1701 .

NEMATI H ， LATIFY M A ， YOUSEFI G R . Optimal coordinated expansion planning of transmission and electrical energy storage systems under physical intentional attacks ［J］. IEEE Systems Journal ， 2020 ， 14 （ 1 ）： 793 - 802 .

ARTEAGA J ， ZAREIPOUR H ， AMJADY N . Energy storage as a service： optimal sizing for transmission congestion relief ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 298 ： 117095 .

HE G N ， MICHALEK J ， KAR S ， et al . Utility-scale portable energy storage systems ［J］. Joule ， 2021 ， 5 （ 2 ）： 379 - 392 .

IRENA . Innovation landscape for a renewable-powered future： solutions to integrated variable renewables ［R］. International Renewable Energy Agency ， 2019 .

KUMARASWAMY K ， CABBABE J ， WOLFSCHMIDT H . Redrawing the network map： energy storage as virtual transmission ［R］. Austin， USA ： Fluence ， 2020 .

International Renewable Energy Agency（IRENA） . Virtual power lines： innovation landscape brief ［R］. Abu Dhabi， The United Arab Emirates ， 2021 .

池源，郭莹霏，孟庆昊，等 . 主动配电网储能应用新形态：虚拟配电变压器与馈线［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 163 - 175 .

CHI Yuan ， GUO Yingfei ， MENG Qinghao ， et al . New form of energy storage application in active distribution network： virtual distribution transformers and feeders ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 163 - 175 .

LEE D ， HAN C ， KANG S ， et al . Chance-constrained optimization for active distribution networks with virtual power lines ［J］. Electric Power Systems Research ， 2023 ， 221 ： 109449 .

HERNANDEZ R D ， GIRALDO J S ， TSAOUSOGLOU G ， et al . Fair congestion management in distribution systems using virtual power lines ［C］// 2021 International Conference on Smart Energy Systems and Technologies（SEST）， September 6-8 ， 2021 ， Vaasa， Finland ： 1 - 6 .

NUMAN M ， ASIF M ， KHAN M W ， et al . Impact of dynamic thermal rating on optimal siting and sizing of energy storage systems under renewable portfolio standards requirements ［J］. Sustainable Energy， Grids and Networks ， 2022 ， 32 ： 100881 .

额定电压10 kV架空绝缘电缆： GB/T 14049—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2008 .

Rated voltage 10 kV overhead insulated cable ： GB/T 14049—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2008 .

马燕峰，谢家荣，赵书强，等 . 考虑园区综合能源系统接入的主动配电网多目标优化调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 13 ）： 53 - 61 .

MA Yanfeng ， XIE Jiarong ， ZHAO Shuqiang ， et al . Multi-objective optimal dispatching for active distribution network considering park-level integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 13 ）： 53 - 61 .

闫群民，董新洲，穆佳豪，等 . 基于改进多目标粒子群算法的有源配电网储能优化配置［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 10 ）： 11 - 19 .

YAN Qunmin ， DONG Xinzhou ， MU Jiahao ， et al . Optimal configuration of energy storage in an active distribution network based on improved multi-objective particle swarm optimization ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 10 ）： 11 - 19 .

DEB K ， PRATAP A ， AGARWAL S ， et al . A fast and elitist multiobjective genetic algorithm： NSGA-Ⅱ ［J］. IEEE Transac-tion Evolutionary Computation ， 2002 ， 6 （ 2 ）： 182 - 197 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

Inertia Support Method of Energy Storage Doubly-fed Condenser Based on Frequency-Rotor Speed Droop Control

Regulation Performance-oriented Bi-level Optimal Configuration Strategy of Hybrid Energy Storage for Thermal Power-Energy Storage Frequency Regulation

Related Author

LUO Yanhong

ZHAO Shuqiang

GAO Mingyang

WANG Hui

QU Hanchen

LI Shanying

YAN Gangui

SHA Qianli

Related Institution

College of Information Science and Engineering, Northeastern University

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources （North China Electric Power University）

State Grid Jibei Electric Power Co.， Ltd.

Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

⁰