Analysis and Application of Static Voltage Stability Indices for Distribution Network Based on Single-port Coupling Equivalence

WU Zhi; LI Guanghuan; ZHANG Xiaoping; ZHENG Shu; ZHOU Suyang

doi:10.7500/AEPS20230720011

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Analysis and Application of Static Voltage Stability Indices for Distribution Network Based on Single-port Coupling Equivalence

Invited Paper | 更新时间：2025-06-16

- Analysis and Application of Static Voltage Stability Indices for Distribution Network Based on Single-port Coupling Equivalence
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 23, Pages: 44-54(2023)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院,江苏省南京市 210096
  2.中国石油大学(华东)新能源学院,山东省青岛市 266580
  3.英国伯明翰大学电子电气及系统工程系,伯明翰 B15 2TT,英国
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5400-202219417A-2-0-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20230720011
  CLC：
- Received：20 July 2023，
  
  Revised：2023-08-23，
  
  Published：10 December 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
吴志,李广焕,张小平等.基于单端口耦合等值的配电网静态电压稳定指标分析及应用[J].电力系统自动化,2023,47(23):44-54.

WU Zhi,LI Guanghuan,ZHANG Xiaoping,et al.Analysis and Application of Static Voltage Stability Indices for Distribution Network Based on Single-port Coupling Equivalence[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(23):44-54.
吴志,李广焕,张小平等.基于单端口耦合等值的配电网静态电压稳定指标分析及应用[J].电力系统自动化,2023,47(23):44-54. DOI： 10.7500/AEPS20230720011.

WU Zhi,LI Guanghuan,ZHANG Xiaoping,et al.Analysis and Application of Static Voltage Stability Indices for Distribution Network Based on Single-port Coupling Equivalence[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(23):44-54. DOI： 10.7500/AEPS20230720011.

摘要

随着配电网中光伏渗透率不断上升，源网荷关联效应持续增强，使得配电网电压稳定性分析困难。对此，文中依据节点电压方程建立了单端口耦合等值电路，主要包括3个部分：电源（主网供电、分布式电源）、负荷以及二者间耦合的关系。考虑到配电网多节点、多线路对电压稳定性的耦合影响，基于单端口耦合等值电路潮流可解性提出了耦合电压稳定指标（CVSI），并对配电网静态电压稳定性进行量化分析。针对传统静态电压稳定指标往往高度非线性，难以应用于配电网优化运行，文中基于二阶锥最优潮流模型对CVSI进行简化，并结合EPSILON约束法将配电网运行优化模型转化为多目标混合整数优化模型，提出了基于多目标函数综合最优原则的帕累托前沿最优解求解方法。最后，对中国浙江省台州市某实际配电网模型进行算例分析，验证了指标及模型的有效性。

Abstract

With the increasing penetration of photovoltaic in distribution networks

the source-grid-load correlation effect continues to increase

which increases the difficulty in analyzing the voltage stability of distribution networks. In this regard

this paper establishes a single-port coupling equivalent circuit based on the bus-voltage equation

which mainly includes three parts

i.e.

power (main grid power supply

distributed generator)

load

and the coupling relationship between them. Considering the coupling effect of multiple buses and lines on the voltage stability in distribution networks

the coupled voltage stability index (CVSI) is proposed based on the power flow solvability of the single-port coupling equivalent circuit

and the static voltage stability of distribution networks is quantitatively analyzed. In view of the fact that the traditional static voltage stability index is often highly nonlinear and difficult to apply to the optimization of distribution network operation

this paper simplifies the CVSI based on the second-order conical optimal power flow model and combines it with the EPSILON constraint method to transform the optimization model of distribution network operation into a multi-objective mixed-integer optimization model

and puts forward an optimal solution method of the Pareto frontier based on the principle of the comprehensive optimization of the multi-objective function. Finally

a real distribution network model in Taizhou City

Zhejiang Province

China

is analyzed as a case to verify the validity of the indexes and the model.

关键词

Keywords

references

国家发展改革委，国家能源局 . 关于印发《“十四五”现代能源体系规划》的通知［EB/OL］.［ 2023-07-20 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/23/content_5680759.htm https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/23/content_5680759.htm .

National Development and Reform Commission ， National Energy Administration . Notice on the issuance of the “14th Five-year Plan” for modern energy system ［EB/OL］. ［ 2023-07-20 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/23/content_5680759.htm https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/23/content_5680759.htm .

徐一帆，董树锋，毛航银，等 . 基于无迹变换法的配电网电压稳定指标概率分析及应用［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （增刊1 ）： 47 - 55 .

XU Yifan ， DONG Shufeng ， MAO Hangyin ， et al . Probability analysis and application of voltage stability index of distribution network based on unscented transformation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ Supplement 1 ）： 47 - 55 .

张曦，张宁，龙飞，等 . 分布式电源接入配网对其静态电压稳定性影响多角度研究［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 6 ）： 120 - 125 .

ZHANG Xi ， ZHANG Ning ， LONG Fei ， et al . Research of the impacts on static voltage stability of distribution networks with distributed generation from different aspects ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 6 ）： 120 - 125 .

薛安成，刘瑞煌，李铭凯，等 . 基于支路电压方程的在线电压稳定指标［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 7 ）： 95 - 103 .

XUE Ancheng ， LIU Ruihuang ， LI Mingkai ， et al . A new on-line voltage stability index based on voltage equation of the branch ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 7 ）： 95 - 103 .

武晓朦，刘健，毕鹏翔 . 配电网电压稳定性研究［J］. 电网技术， 2006 ， 30 （ 24 ）： 31 - 35 .

WU Xiaomeng ， LIU Jian ， BI Pengxiang . Research on voltage stability of distribution networks ［J］. Power System Technology ， 2006 ， 30 （ 24 ）： 31 - 35 .

张谦，廖清芬，唐飞，等 . 计及分布式电源接入的配电网静态电压稳定性评估方法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 15 ）： 42 - 48 .

ZHANG Qian ， LIAO Qingfen ， TANG Fei ， et al . Steady state voltage stability assessment method of distribution network considering inter-connection of distributed generators ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 15 ）： 42 - 48 .

李题印，韩永强，胡晓琴，等 . 分布式发电接入电网的静态电压稳定特性及影响分析［J］. 电力系统保护与控制， 2014 ， 42 （ 12 ）： 8 - 13 .

LI Tiyin ， HAN Yongqiang ， HU Xiaoqin ， et al . Characteristics of static voltage stability for distributed generation integrated into power system and its impacts analysis ［J］. Power System Protection and Control ， 2014 ， 42 （ 12 ）： 8 - 13 .

秦振涛，姚骏，刘育明，等 . 不对称短路故障下辐射状风电场电压稳定性分析方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 10 ）： 76 - 83 .

QIN Zhentao ， YAO Jun ， LIU Yuming ， et al . Voltage stability analytical method of radial wind farms with asymmetric short-circuit fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 76 - 83 .

高峰，王彦文，郭林，等 . 电力系统负荷节点在线电压稳定指标研究［J］. 电力建设， 2016 ， 37 （ 2 ）： 69 - 77 .

GAO Feng ， WANG Yanwen ， GUO Lin ， et al . Load-nodal on-line voltage stability index for power system ［J］. Electric Power Construction ， 2016 ， 37 （ 2 ）： 69 - 77 .

崔馨慧，贠志皓，刘道伟，等 . 大电网静态电压稳定在线防控灵敏度分析新方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 1 ）： 245 - 254 .

CUI Xinhui ， YUN Zhihao ， LIU Daowei ， et al . A new method of sensitivity analysis for static voltage stability online prevention and control of large power grids ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 245 - 254 .

刘运鑫，姚良忠，廖思阳，等 . 光伏渗透率对电力系统静态电压稳定性影响研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5484 - 5497 .

LIU Yunxin ， YAO Liangzhong ， LIAO Siyang ， et al . Study on the impact of photovoltaic penetration on power system static voltage stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5484 - 5497 .

黄雨佳，孙秋野，王睿，等 . 面向综合能源系统的静态电压稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ S1 ）： 44 - 53 .

HUANG Yujia ， SUN Qiuye ， WANG Rui ， et al . Static voltage stability analysis for integrated energy system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ S1 ）： 44 - 53 .

徐成司，王子翰，董树锋，等 . 基于潮流雅可比行列式的静态电压稳定分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2096 - 2109 .

XU Chengsi ， WANG Zihan ， DONG Shufeng ， et al . Static voltage stability analysis based on power flow Jacobian determinant ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2096 - 2109 .

陈昌，万凯遥，姜彤 . 考虑不确定性的辐射网静态电压稳定极限的二阶锥优化算法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 17 ）： 6239 - 6247 .

CHEN Chang ， WAN Kaiyao ， JIANG Tong . A conic optimization method for voltage stability assessment of distribution network under uncertainty ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 17 ）： 6239 - 6247 .

KAYACK S E ， KOCUK B . An MISOCP-based solution approach to the reactive optimal power flow problem ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 529 - 532 .

廖思阳，张明强，徐箭，等 . 考虑静态电压稳定约束的电解铝参与电网频率稳定控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6727 - 6740 .

LIAO Siyang ， ZHANG Mingqiang ， XU Jian ， et al . Frequency stability control method for electrolytic aluminum participation in power grid considering the static voltage stability constraints ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6727 - 6740 .

CUI B ， SUN X A . A new voltage stability-constrained optimal power-flow model： sufficient condition， SOCP representation， and relaxation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 5092 - 5102 .

陈聪，沈欣炜，夏天，等 . 计及㶲效率的综合能源系统多目标优化调度方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 12 ）： 60 - 67 .

CHEN Cong ， SHEN Xinwei ， XIA Tian ， et al . Multi-objective optimal dispatch method for integrated energy system considering exergy efficiency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 12 ）： 60 - 67 .

MOSHREF M ， AL-SAYYED R ， AL-SHARAEH S . An enhanced multi-objective non-dominated sorting genetic routing algorithm for improving the QoS in wireless sensor networks ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 149176 - 149195 .

黄敏镁，袁际军，曹亮 . 基于NSGAII的协同产品开发项目自动协商决策［J］. 运筹与管理， 2017 ， 26 （ 3 ）： 86 - 91 .

HUANG Minmei ， YUAN Jijun ， CAO Liang . NSGAII based automated negotiation in col aborative product development project ［J］. Operations Research and Management Science ， 2017 ， 26 （ 3 ）： 86 - 91 .

尚海，梁琳，王以建，等 . 6.5 kV SiC MOSFET模块加权优化设计与实验研究［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4911 - 4922 .

张缙，刘智，刘意，等 . 基于智能算法的双面散热SiC功率模块多目标优化设计［J/OL］. 电工技术学报［ 2023-04-04 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230321.0828.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230321.0828.002.html .

ZHANG Jin ， LIU Zhi ， LIU Yi ， et al . Research on multi-objective optimization design of double-sided cooling SiC power module based on intelligent algorithm ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ［ 2023-04-04 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230321.0828.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230321.0828.002.html .

赵玫，于帅，邹海林，等 . 聚磁式横向磁通永磁直线电机的多目标优化［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 17 ）： 3730 - 3740 .

黄文鑫，吴军，郭子辉，等 . 台风灾害下电网韧性评估及差异化规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 84 - 91 .

HUANG Wenxin ， WU Jun ， GUO Zihui ， et al . Power grid resilience assessment and differentiated planning against typhoon disasters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 84 - 91 .

陈锐智，李析鸿，陈思羽，等 . 基于EPSILON约束法的配电自动化设备多目标优化布点模型［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 24 ）： 51 - 58 .

CHEN Ruizhi ， LI Xihong ， CHEN Siyu ， et al . Multi-objective layout optimization model of distribution automation equipment based on the EPSILON constraint method ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 24 ）： 51 - 58 .

郑斐峰，何俊凯，刘明 . 基于Epsilon约束法的短纤维生产调度的双目标优化研究［J］. 运筹与管理， 2018 ， 27 （ 3 ）： 1 - 8 .

ZHENG Feifeng ， HE Junkai ， LIU Ming . An exact Epsilon-constraint algorithm for the bi-objective optimization problem of scheduling staple fiber production ［J］. Operations Research and Management Science ， 2018 ， 27 （ 3 ）： 1 - 8 .

WANG Y F ， PORDANJANI I R ， LI W X ， et al . Voltage stability monitoring based on the concept of coupled single-port circuit ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2011 ， 26 （ 4 ）： 2154 - 2163 .

叶平峰，韩学山，于一潇，等 . 电网PQ扰动分解的戴维南等值［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3239 - 3250 .

YE Pingfeng ， HAN Xueshan ， YU Yixiao ， et al . PQ disturbance decoupled Thevenin equivalent for power grids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3239 - 3250 .

高红均，刘俊勇，魏震波，等 . 主动配电网分层鲁棒规划模型及其求解方法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1389 - 1401 .

GAO Hongjun ， LIU Junyong ， WEI Zhenbo ， et al . A bi-level robust planning model of active distribution network and its solution method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1389 - 1401 .

陈瑞捷，鲁宗相，乔颖 . 基于多场景模糊集和改进二阶锥方法的配电网优化调度［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4621 - 4629 .

CHEN Ruijie ， LU Zongxiang ， QIAO Ying . Optimal dispatch based on multi-scene ambiguity set and modified second-order cone algorithm for distribution network ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4621 - 4629 .

张忠会，雷大勇，蒋昌辉，等 . 基于二阶锥规划和NNC法的交直流混合配电网双层规划模型及其求解方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 1 ）： 70 - 85 .

ZHANG Zhonghui ， LEI Dayong ， JIANG Changhui ， et al . A bi-level planning model and its solution method of AC/DC hybrid distribution network based on second-order cone programming and NNC method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 1 ）： 70 - 85 .

刘健辰，刘山林 . 基于二阶锥松弛和Big-M法的配电网分布式电源优化配置［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2604 - 2611 .

LIU Jianchen ， LIU Shanlin . Optimal distributed generation allocation in distribution network based on second order conic relaxation and Big-M method ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2604 - 2611 .

李广焕 . 配电系统参数［EB/OL］.［ 2023-06-12 ］. https：//pan.baidu.com/s/1_P2qVNhtVYVZ4PC3_h9l5A？pwd=r582 https://pan.baidu.com/s/1_P2qVNhtVYVZ4PC3_h9l5A?pwd=r582 .

LI Guanghuan . Parameters of distribution system ［EB/OL］. ［ 2023-06-12 ］. https：//pan.baidu.com/s/1_P2qVNhtVYVZ4PC3_h9l5A？pwd=r582 https://pan.baidu.com/s/1_P2qVNhtVYVZ4PC3_h9l5A?pwd=r582 .

胡思洋，杨健维，廖凯，等 . 计及大规模电动汽车接入的配电网故障分析方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 16 ）： 33 - 46 .

HU Siyang ， YANG Jianwei ， LIAO Kai ， et al . Fault analysis method for an urban distribution network considering large-scale electric vehicle access ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 16 ）： 33 - 46 .

孙乾，许珊，朱姝豫，等 . 考虑DG时序特性及EV时空特性的配电网规划［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 10 ）： 30 - 38 .

SUN Qian ， XU Shan ， ZHU Shuyu ， et al . Distribution network planning considering DG timing characteristics and EV spatiotemporal characteristics ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 10 ）： 30 - 38 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Multi-dimensional Resilience Enhancement Strategy for Distribution Network During Typhoon Based on Improved Normal Constraints Method

Voltage Regulation Strategy for Distribution Network Considering Optimal Adjustment of Automatic Voltage Control System Limits

考虑环网检测的配电网拓扑重构遗传算法

Related Author

KE Jun

WANG Xu

WEI Xinchi

JIANG Chuanwen

YANG Hongkun

ZHANG Ke

SUN Huapeng

DING Xiaohua

Related Institution

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion (Shanghai Jiao Tong University)

Shanghai Non-carbon Energy Conversion and Utilization Institute

State Grid Shanghai Electric Power Research Institute

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

NARI Technology Co., Ltd.

⁰