Virtual Microgrid Partitioning Planning Based on Modularity of Power Flow Tracking

JIANG Wei; SA Pengcheng; JIA Jun; YANG Ni; XIE Bing; DENG Yifan

doi:10.7500/AEPS20230721002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Virtual Microgrid Partitioning Planning Based on Modularity of Power Flow Tracking

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Virtual Microgrid Partitioning Planning Based on Modularity of Power Flow Tracking
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 24, Pages: 132-142(2023)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.国网江苏省电力有限公司泰州供电公司，江苏省泰州市 225300
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277172)
- DOI：10.7500/AEPS20230721002
  CLC：
- Received：21 July 2023，
  
  Revised：2023-09-22，
  
  Published Online：20 November 2023，
  
  Published：25 December 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
蒋玮,撒鹏程,贾俊等.基于潮流追踪模块度的虚拟微电网分区规划[J].电力系统自动化,2023,47(24):132-142.

JIANG Wei,SA Pengcheng,JIA Jun,et al.Virtual Microgrid Partitioning Planning Based on Modularity of Power Flow Tracking[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(24):132-142.
蒋玮,撒鹏程,贾俊等.基于潮流追踪模块度的虚拟微电网分区规划[J].电力系统自动化,2023,47(24):132-142. DOI： 10.7500/AEPS20230721002.

JIANG Wei,SA Pengcheng,JIA Jun,et al.Virtual Microgrid Partitioning Planning Based on Modularity of Power Flow Tracking[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(24):132-142. DOI： 10.7500/AEPS20230721002.

摘要

虚拟微电网是一种向着智能化方向升级传统配电网的新方法，现有的虚拟微电网分区研究大部分聚焦于自身拓扑结构，同时，分区过程较为独立且对于虚拟微电网安全性的考虑不足，更为合理的虚拟微电网分区方法对于提高系统稳定性有着巨大的意义。文中首先提出了虚拟微电网的双层分区规划框架，在分区规划与可控分布式电源配置同时进行的基础上，协调故障情况下的可削减负荷与可控分布式电源。随后，建立基于潮流追踪的模块度指标，该指标作为上层模型的主要目标函数的同时，还可以在一定程度上评估各分区的能源利用率。接着，在满足各类约束的基础上建立了与双层框架相对应的上层与下层数学模型。最后，在IEEE 33节点模型中对8种分区方案进行层层优化筛选，得到了两种在上下层模型中目标函数最优的方案，二者在区域内能源利用率和用户负荷削减体验方面各有优劣，验证了所提方法的正确性与有效性。

Abstract

Virtual microgrid (VM) is a new method for upgrading conventional distribution networks towards intelligence. Most of the existing research on the VM partitioning focuses on its own topology. At the same time

the partitioning process is relatively independent and lacks the consideration for the security of VM. A more reasonable VM partitioning method has great significance for improving system stability. Firstly

a double-layer partitioning planning framework for the VM is proposed

which coordinates the reducible load and controllable distributed generator (CDG) under failure conditions while simultaneously implementing partitioning planning and CDG configuration. Subsequently

the modularity index based on the power flow tracking is established

which can serve as the main objective function of the upper-level model and evaluate the energy utilization rate of each partition to a certain extent. Then

on the basis of meeting various constraints

upper and lower mathematical models corresponding to the double-layer framework are established. Finally

eight partitioning schemes are optimized and screened layer by layer in the IEEE 33-bus model

resulting in two schemes with the best objective function in the upper- and lower-layer models. The two schemes have their own advantages and disadvantages in terms of energy utilization rate within the region and users’ load reduction experience

which verify the correctness and effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

李争，张蕊，孙鹤旭，等 . 可再生能源多能互补制-储-运氢关键技术综述［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 3 ）： 446 - 462 .

徐潇源，王晗，严正，等 . 能源转型背景下电力系统不确定性及应对方法综述［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 2 - 13 .

XU Xiaoyuan ， WANG Han ， YAN Zheng ， et al . Overview of power system uncertainty and its solutions under energy transition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 2 - 13 .

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

刘畅，卓建坤，赵东明，等 . 利用储能系统实现可再生能源微电网灵活安全运行的研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 18 .

LIU Chang ， ZHUO Jiankun ， ZHAO Dongming ， et al . A review on the utilization of energy storage system for the flexible and safe operation of renewable energy microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 18 .

李咸善，方子健，李飞，等 . 含多微电网租赁共享储能的配电网博弈优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6611 - 6625 .

LI Xianshan ， FANG Zijian ， LI Fei ， et al . Game-based optimal dispatching strategy for distribution network with multiple microgrids leasing shared energy storage ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6611 - 6625 .

周京华，翁志鹏，宋晓通 . 兼顾可靠性与经济性的孤岛型光储微电网容量配置方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 166 - 174 .

ZHOU Jinghua ， WENG Zhipeng ， SONG Xiaotong . Capacity configuration method of islanded microgrid with photovoltaic and energy storage system considering reliability and economy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 166 - 174 .

曹金声，曾君，刘俊峰，等 . 考虑极限场景的并网型微电网分布鲁棒优化方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 50 - 59 .

CAO Jinsheng ， ZENG Jun ， LIU Junfeng ， et al . Distributionally robust optimization method for grid-connected microgrid considering extreme scenarios ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 50 - 59 .

孙广明，陈良亮，王瑞升，等 . 基于深度强化学习的充光储能源站调度策略［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 5 ）： 17 - 24 .

SUN Guangming ， CHEN Liangliang ， WANG Ruisheng ， et al . A deep reinforcement learning-based scheduling strategy of photovoltaic-storage-charging integrated energy stations ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 5 ）： 17 - 24 .

陈阳，谢丽蓉，马兰，等 . 考虑光伏预测误差兼顾平抑波动的双层储能运行策略［J］. 电力工程技术， 2023 ， 42 （ 1 ）： 70 - 79 .

CHEN Yang ， XIE Lirong ， MA Lan ， et al . Double-layer energy storage operation strategy that takes into account PV output error and smooths out fluctuations ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2023 ， 42 （ 1 ）： 70 - 79 .

XU X T ， XUE F ， LU S F ， et al . Structural and hierarchical partitioning of virtual microgrids in power distribution network ［J］. IEEE Systems Journal ， 2019 ， 13 （ 1 ）： 823 - 832 .

LIANG X D ， ABU SAAKLAYEN M ， IGDER M A ， et al . Planning and service restoration through microgrid formation and soft open points for distribution network modernization： a review ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 1843 - 1857 .

SEDZRO K S A ， SHI X ， LAMADRID A J ， et al . A heuristic approach to the post-disturbance and stochastic pre-disturbance microgrid formation problem ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 5 ）： 5574 - 5586 .

吴琛，梁晟杰，刘旭斐，等 . 考虑子系统恢复时间的停电电网分区策略［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 1 ）： 92 - 98 .

WU Chen ， LIANG Chengjie ， LIU Xufei ， et al . Sectionalizing strategy for the blackout power system considering the restoration time of subsystem ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 1 ）： 92 - 98 .

于琳，孙莹，徐然，等 . 改进粒子群优化算法及其在电网无功分区中的应用［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 3 ）： 89 - 95 .

YU Lin ， SUN Ying ， XU Ran ， et al . Improved particle swarm optimization algorithm and its application in reactive power partitioning of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 89 - 95 .

陈光宇，吴文龙，戴则梅，等 . 计及故障场景集的风光储混合系统区域无功储备多目标优化［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 17 ）： 194 - 204 .

CHEN Guangyu ， WU Wenlong ， DAI Zemei ， et al . Multi-objective optimization of regional reactive power reserve in hybrid system with wind， photovoltaic and energy storage considering fault scenario set ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 194 - 204 .

颜伟，高峰，王芳，等 . 考虑区域负荷无功裕度的无功电压优化分区方法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 2 ）： 61 - 66 .

YAN Wei ， GAO Feng ， WANG Fang ， et al . An optimal network partitioning algorithm for reactive power and voltage control considering regional reactive power margin ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 2 ）： 61 - 66 .

肖传亮，赵波，周金辉，等 . 配电网中基于网络分区的高比例分布式光伏集群电压控制［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 21 ）： 147 - 155 .

XIAO Chuanliang ， ZHAO Bo ， ZHOU Jinhui ， et al . Network partition based cluster voltage control of high-penetration distributed photovoltaic systems in distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 21 ）： 147 - 155 .

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 .

黄煜，徐青山，许彪，等 . 采用图割算法的含风电电网动态分区备用配置［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3765 - 3775 .

HUANG Yu ， XU Qingshan ， XU Biao ， et al . Graph cut method for dynamic zonal reserve allocation in power grid with wind power integration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3765 - 3775 .

OSAMA R A ， ZOBAA A F ， ABDELAZIZ A Y . A planning framework for optimal partitioning of distribution networks into microgrids ［J］. IEEE Systems Journal ， 2020 ， 14 （ 1 ）： 916 - 926 .

YIN S R ， AI Q ， LI J M ， et al . Energy pricing and sharing strategy based on hybrid stochastic robust game approach for a virtual energy station with energy cells ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 772 - 784 .

BARANI M ， AGHAEI J ， AKBARI M A ， et al . Optimal partitioning of smart distribution systems into supply-sufficient microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 2523 - 2533 .

ALI AREFIFAR S ， MOHAMED Y A R I ， EL-FOULY T H M . Supply-adequacy-based optimal construction of microgrids in smart distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2012 ， 3 （ 3 ）： 1491 - 1502 .

谢开贵，李春燕，赵渊，等 . 电力系统功率分配的解析模型和算法［J］. 中国电机工程学报， 2005 ， 25 （ 22 ）： 27 - 31 .

XIE Kaigui ， LI Chunyan ， ZHAO Yuan ， et al . Efficient analytical model and algorithm for distributing power using the downstream distribution matrix ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2005 ， 25 （ 22 ）： 27 - 31 .

戴彩艳，陈崚，胡孔法 . 基于模块度增量的二分网络社区挖掘算法［J］. 计算机科学， 2018 ， 45 （增刊1 ）： 442 - 446 .

DAI Caiyan ， CHEN Ling ， HU Kongfa . Algorithm for mining bipartite network based on incremental modularity ［J］. Computer Science ， 2018 ， 45 （ Supplement 1 ）： 442 - 446 .

吴桐，刘丽军，林钰芳，等 . 基于动态分区的配电网日前优化调度研究［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 15 ）： 21 - 32 .

WU Tong ， LIU Lijun ， LIN Yufang ， et al . Day-ahead optimal dispatch for a distribution network based on dynamic partitioning ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 15 ）： 21 - 32 .

丁明，刘先放，毕锐，等 . 采用综合性能指标的高渗透率分布式电源集群划分方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 15 ）： 47 - 52 .

DING Ming ， LIU Xianfang ， BI Rui ， et al . Method for cluster partition of high-penetration distributed generators based on comprehensive performance index ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 15 ）： 47 - 52 .

NEWMAN M E J ， GIRVAN M . Finding and evaluating community structure in networks ［J］. Physical Review E， Statistical， Nonlinear， and Soft Matter Physics ， 2004 ， 69 ： 026113 .

NEWMAN M E J . Modularity and community structure in networks ［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ， 2006 ， 103 （ 23 ）： 8577 - 8582 .

刘一兵，吴文传，张伯明，等 . 基于混合整数二阶锥规划的主动配电网有功-无功协调多时段优化运行［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2575 - 2583 .

LIU Yibing ， WU Wenchuan ， ZHANG Boming ， et al . A mixed integer second-order cone programming based active and reactive power coordinated multi-period optimization for active distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2575 - 2583 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Synchronous Measurement Data-driven Classification Method for Disturbance Sources in Distribution Networks

Anti-islanding Protection Method Based on Magnitude Ratio of Inspection Signal to Power Frequency Voltage

Time-domain Waveform Based Adaptive Current Differential Protection for Active Distribution Networks

Related Author

CHEN Zhilin

LIU Hao

BI Tianshu

XU Huabo

CHEN Yu

XU Bingyin

ZHAO Ruifeng

LIU Yiming

Related Institution

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

School of Electrical and Electronic Engineering, Shandong University of Technology

Electric Power Dispatch and Control Center, Guangdong Power Grid Co., Ltd.

School of Intelligent Manufacturing, Zibo Vocational Institute

School of Electrical Engineering, Shandong University

⁰