Distributed Planning Method for Gas-Electricity and Transportation Coupling System Considering Multi-microgrid Integration

SHI Haojie; XIONG Houbo; ZHANG Xiaoyan; LIN Yumian; LIN Yujie; GUO Chuangxin

doi:10.7500/AEPS20230902001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Distributed Planning Method for Gas-Electricity and Transportation Coupling System Considering Multi-microgrid Integration

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Distributed Planning Method for Gas-Electricity and Transportation Coupling System Considering Multi-microgrid Integration
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 17, Pages: 66-76(2024)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江省嘉兴市 314000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Joint Funds of National Natural Science Foundation of China (Key Program)(U22B2098)
- DOI：10.7500/AEPS20230902001
  CLC：
- Received：02 September 2023，
  
  Revised：2023-11-20，
  
  Published Online：06 March 2024，
  
  Published：10 September 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
石浩杰,熊厚博,张笑演等.考虑多微网接入的气电-交通耦合系统分布式规划方法[J].电力系统自动化,2024,48(17):66-76.

SHI Haojie,XIONG Houbo,ZHANG Xiaoyan,et al.Distributed Planning Method for Gas-Electricity and Transportation Coupling System Considering Multi-microgrid Integration[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(17):66-76.
石浩杰,熊厚博,张笑演等.考虑多微网接入的气电-交通耦合系统分布式规划方法[J].电力系统自动化,2024,48(17):66-76. DOI： 10.7500/AEPS20230902001.

SHI Haojie,XIONG Houbo,ZHANG Xiaoyan,et al.Distributed Planning Method for Gas-Electricity and Transportation Coupling System Considering Multi-microgrid Integration[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(17):66-76. DOI： 10.7500/AEPS20230902001.

摘要

电动汽车的激增加剧了交通网和气电配网的深度耦合；微网的广泛渗透，通过多种能源转换设备将地理位置毗邻的多能负荷聚合于气电配网的受端。由于电动汽车用户的出行策略和微网的多能需求将引起配电网潮流的波动，传统研究中采用的交通、微网独立规划方法可能造成电网运行电压越限或线路过载的问题。因此，能源-交通深度耦合的新型电力系统亟需更全面的规划模型来满足各主体安全性和经济性的需求。为解决上述问题，文中提出多微网接入的气电-交通耦合系统的协同规划模型。考虑到微网的多能互补特性，协同规划模型在微网中引入氢能系统，通过合理配置微网能源转换设备提高微网内部气转电的效率，进而降低微网的用电需求，提高气电配网运行安全性。在规划过程中，考虑到各主体对隐私保护的需求，建立了分布式求解框架实现各子系统的求解过程分散自治。最后，基于中国浙江省某地数据验证了所提协同规划模型和分布式求解策略的有效性。

Abstract

The surge of electric vehicles (EVs) intensifies the deep coupling between transportation network and gas-electricity distribution network

and the widespread penetration of microgrids aggregates geographically adjacent multi-energy loads at the receiving end of the gas-electricity distribution network through various energy conversion devices. The travel strategy of EV users and the multi-energy demands of microgrids may cause the fluctuations of power flow of distribution networks

thus the independent planning methods for transportation and microgrids used in the traditional research may cause the voltage overlimit and the line overload. Therefore

the new power system with deep coupling between energy and transportation urgently needs a more comprehensive planning model to meet the safety and economic demands of various entities. To address the above issues

a collaborative planning model is proposed for the gas-electricity distribution network and transportation coupling system with the multi-microgrid integration. Considering the multi-energy complementary characteristics of microgrids

the collaborative planning model introduces a hydrogen energy system into the microgrid. By rationally configuring the microgrid energy conversion devices

the efficiency of gas to electricity within the microgrid is improved

thereby reducing the electricity demand of the microgrid and improving the operation safety of the gas-electricity distribution network. In the planning process

taking into account the privacy protection demands of various entities

a distributed solution framework is established to achieve decentralized and autonomous solution processes for each subsystem. Finally

the effectiveness of the proposed collaborative planning model and distributed solution strategy is verified based on the data from a certain location in Zhejiang Province

China.

关键词

Keywords

references

GUO Z M ， ZHOU Z ， ZHOU Y . Impacts of integrating topology reconfiguration and vehicle-to-grid technologies on distribution system operation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1023 - 1032 .

ZHAO J ， XU Z ， WANG J H ， et al . Robust distributed generation investment accommodating electric vehicle charging in a distribution network ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 4654 - 4666 .

DE QUEVEDO P M ， MUÑOZ-DELGADO G ， CONTRERAS J . Impact of electric vehicles on the expansion planning of distribution systems considering renewable energy， storage， and charging stations ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 794 - 804 .

WANG S ， DONG Z Y ， CHEN C ， et al . Expansion planning of active distribution networks with multiple distributed energy resources and EV sharing system ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 602 - 611 .

陈倩，王维庆，王海云 . 计及需求响应和混合博弈含多微网主动配电网协调优化［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 99 - 109 .

CHEN Qian ， WANG Weiqing ， WANG Haiyun . Coordinated optimization of active distribution network with multiple microgrids considering demand response and mixed game ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 99 - 109 .

张笑演，王橹裕，黄蕾，等 . 考虑扩展碳排放流和碳交易议价模型的园区综合能源优化调度［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 34 - 46 .

ZHANG Xiaoyan ， WANG Luyu ， HUANG Lei ， et al . Optimal dispatching of park-level integrated energy system considering augmented carbon emission flow and carbon trading bargain model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 34 - 46 .

张笑演，熊厚博，王楚通，等 . 基于最优出力区间和碳交易的园区综合能源系统灵活经济调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 72 - 83 .

ZHANG Xiaoyan ， XIONG Houbo ， WANG Chutong ， et al . Flexible economic dispatching of park-level integrated energy system based on optimal power output interval and carbon trading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 72 - 83 .

HUANG W J ， ZHANG N ， YANG J W ， et al . Optimal configuration planning of multi-energy systems considering distributed renewable energy ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 1452 - 1464 .

程静，谭智钢，岳雷 . 考虑负荷综合需求响应的CCHP-SESS双层优化配置［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 3 ）： 918 - 931 .

CHENG Jing ， TAN Zhigang ， YUE Lei . CCHP-SESS bi-layer optimal configuration considering comprehensive load demand response ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 918 - 931 .

林顺富，刘持涛，李东东，等 . 考虑电能交互的冷热电区域多微网系统双层多场景协同优化配置［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 5 ）： 1409 - 1421 .

LIN Shunfu ， LIU Chitao ， LI Dongdong ， et al . Bi-level multiple scenarios collaborative optimization configuration of CCHP regional multi-microgrid system considering power interaction among microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 1409 - 1421 .

李军舟，赵晋斌，陈逸文，等 . 考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢（P2H）设备容量配置优化［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 18 ）： 4864 - 4874 .

LI Junzhou ， ZHAO Jinbin ， CHEN Yiwen ， et al . Optimal capacity configuration of P2H equipment considering dynamic power range and hydrogen production efficiency ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 18 ）： 4864 - 4874 .

徐艳春，刘海权，孙思涵，等 . 计及混合能源共享站的多微网系统双层混合整数规划［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 23 ）： 9136 - 9149 .

XU Yanchun ， LIU Haiquan ， SUN Sihan ， et al . Bi-level mixed integer programming of multi-microgrid system considering the hybrid energy sharing station ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 23 ）： 9136 - 9149 .

李鹏，韩建沛，殷云星，等 . 电转氢作为灵活性资源的微网容量多目标优化配置［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 17 ）： 28 - 35 .

LI Peng ， HAN Jianpei ， YIN Yunxing ， et al . Multi-objective optimal capacity configuration of microgrid with power to hydrogen as flexible resource ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 17 ）： 28 - 35 .

席磊，刘治洪，李彦营 . 基于拉格朗日松弛强化学习算法的自动发电控制［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1359 - 1369 .

XI Lei ， LIU Zhihong ， LI Yanying . Automatic generation control based on Lagrangian relaxation reinforcement learning algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1359 - 1369 .

李翔宇，赵冬梅 . 分散架构下多虚拟电厂分布式协同优化调度［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 7 ）： 1852 - 1863 .

LI Xiangyu ， ZHAO Dongmei . Distributed coordinated optimal scheduling of multiple virtual power plants based on decentralized control structure ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 7 ）： 1852 - 1863 .

夏世威，邹唯薇，张茜，等 . 基于交替方向乘子法的电力系统分散式经济调度［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 6 ）： 100 - 106 .

XIA Shiwei ， ZOU Weiwei ， ZHANG Qian ， et al . Decentralized economic dispatch for power system based on alternating direction method of multipliers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 100 - 106 .

陈厚合，王子璇，张儒峰，等 . 含虚拟电厂的风电并网系统分布式优化调度建模［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2615 - 2625 .

CHEN Houhe ， WANG Zixuan ， ZHANG Rufeng ， et al . Decentralized optimal dispatching modeling for wind power integrated power system with virtual power plant ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2615 - 2625 .

HE Y B ， YAN M Y ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Decentralized optimization of multi-area electricity-natural gas flows based on cone reformulation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 4531 - 4542 .

GAN W ， SHAHIDEHPOUR M ， YAN M Y ， et al . Coordinated planning of transportation and electric power networks with the proliferation of electric vehicles ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 5 ）： 4005 - 4016 .

GAN W ， YAN M Y ， WEN J F ， et al . A low-carbon planning method for joint regional-district multi-energy systems： from the perspective of privacy protection ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 311 ： 118595 .

CHANG T H ， HONG M Y ， WANG X F . Multi-agent distributed large-scale optimization by inexact consensus alternating direction method of multipliers ［C］// 2014 IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing （ICASSP）， May 25-30 ， 2014 ， Florence， Italy ： 6137 - 6141 .

CHEN Z ， LI Z S ， GUO C X ， et al . Fully distributed robust reserve scheduling for coupled transmission and distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 169 - 182 .

WEI W ， WU L ， WANG J H ， et al . Expansion planning of urban electrified transportation networks： a mixed-integer convex programming approach ［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification ， 2017 ， 3 （ 1 ）： 210 - 224 .

WARDROP J G . Some theoretical aspects of road traffic research ［J］. Proceedings of the Institution of Civil Engineers ， 1952 ， 1 （ 3 ）： 325 - 362 .

兰鹏，沈晓东，吴刚，等 . 基于交替方向乘子法的输-配-天然气系统分布式优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 23 ）： 21 - 30 .

LAN Peng ， SHEN Xiaodong ， WU Gang ， et al . Distributed optimal scheduling for transmission-distribution-natural-gas system based on alternating direction method of multipliers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 23 ）： 21 - 30 .

何雨霏，王伟，熊小伏，等 . 提升电-气互联能源系统弹性的应急资源灾前协同调度策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 14 ）： 21 - 32 .

HE Yufei ， WANG Wei ， XIONG Xiaofu ， et al . Pre-disaster collaborative dispatch strategy of emergency resources for resilience enhancement of electricity-gas interconnected energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 14 ）： 21 - 32 .

WEN Y F ， QU X B ， LI W Y ， et al . Synergistic operation of electricity and natural gas networks via ADMM ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 5 ）： 4555 - 4565 .

赵晶晶，魏炜，王成山 . 基于电网分区的分布式输电能力计算［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 7 ）： 1 - 6 .

ZHAO Jingjing ， WEI Wei ， WANG Chengshan . Distributed transfer capability computation of electric power system based on decomposed system network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 7 ）： 1 - 6 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Pre-disaster Deployment and Post-disaster Dispatching Method for Distribution Network Restoration Resources Under Compound Typhoon and Waterlog Disaster

Estimation and Application of Provincial Time-of-use Value of Lost Load for Enhancing Energy Security

Planning Method for Cyber-Physical Distribution System Considering Spatial-Temporal Flexibility Resource Collaboration

Related Author

WANG Di

AI Qian

YU Tao

ZUO Juan

LU Yi

LI Jiamei

LIU Ziyu

LIU Dafu

Related Institution

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

State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company

State Grid Shanghai Energy Interconnection Research Institute Co., Ltd.

State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment (Xi’an Jiaotong University)

Pudong Power Supply Company of State Grid Shanghai Electric Power Co., Ltd.

⁰