Comprehensive Optimization of Upgrade and Switch Configuration for Active Distribution Line Considering Flexible Load Shaping

TANG Wei; ZHANG Zhigang; ZHANG Lu; SUN Yan; ZHANG Xiaohui; HOU Yunpeng

doi:10.7500/AEPS20231122002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Comprehensive Optimization of Upgrade and Switch Configuration for Active Distribution Line Considering Flexible Load Shaping

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Comprehensive Optimization of Upgrade and Switch Configuration for Active Distribution Line Considering Flexible Load Shaping
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 12, Pages: 109-119(2024)
- 作者机构：
  
  中国农业大学信息与电气工程学院，北京市 100083
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Guizhou Provincial Science and Technology Support Plan
- DOI：10.7500/AEPS20231122002
  CLC：
- Received：22 November 2023，
  
  Revised：2024-02-04，
  
  Published Online：25 April 2024，
  
  Published：25 June 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
唐巍,张志刚,张璐等.考虑柔性负荷整形的含源配电线路升级与开关配置综合优化[J].电力系统自动化,2024,48(12):109-119.

TANG Wei,ZHANG Zhigang,ZHANG Lu,et al.Comprehensive Optimization of Upgrade and Switch Configuration for Active Distribution Line Considering Flexible Load Shaping[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(12):109-119.
唐巍,张志刚,张璐等.考虑柔性负荷整形的含源配电线路升级与开关配置综合优化[J].电力系统自动化,2024,48(12):109-119. DOI： 10.7500/AEPS20231122002.

TANG Wei,ZHANG Zhigang,ZHANG Lu,et al.Comprehensive Optimization of Upgrade and Switch Configuration for Active Distribution Line Considering Flexible Load Shaping[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(12):109-119. DOI： 10.7500/AEPS20231122002.

摘要

针对高比例分布式光伏接入造成配电线路重过载的问题，提出一种基于时序互补线路互联和柔性负荷整形的配电线路升级与开关配置综合优化方法。考虑柔性负荷功率调节意愿、线路负载率与功率反送约束，提出柔性负荷整形潜力和线路分段整形需求计算方法。以此为基础，建立了考虑柔性负荷整形的含源配电线路升级与开关配置综合优化双层模型。其中，上层模型以配电线路年规划成本最低、线路段净负荷功率和柔性资源均衡为目标进行线路选型和开关配置，下层模型以线路年运行成本最低为目标进行网络重构和负荷曲线整形，通过上、下层模型交互迭代获得互联线路改造优化方案。上、下层模型分别采用非支配排序遗传算法、二阶锥与大M法进行求解。算例仿真结果表明，所提方法可以提高互联线路资产利用率、规划方案的经济性和可靠性，对互联线路进行柔性负荷整形有利于突破线路负载率50%的限制。

Abstract

In view of the problem of heavy overload of distribution lines caused by high proportion of distributed photovoltaic integration

a comprehensive optimization method for distribution line upgrading and switch configuration based on sequential complementary line interconnection and flexible load shaping is proposed. Considering the willingness of flexible load power regulation

line load rate

and power reverse constraints

a calculation method for the potential of flexible load shaping and the demand of line segment shaping is proposed. On this basis

a bi-level comprehensive optimization model of upgrading and switch configuration for the active distribution line considering flexible load shaping is established. The upper-level model aims to minimize the annual planning cost of distribution lines

balance the net load power of line segments and flexible resources for the line selection and switch configuration. The lower-level model aims to minimize the annual operation cost of the line for the network reconstruction and load curve shaping. Through interactive iteration of the upper-level and lower-level models

the optimization scheme for the interconnection line renovation is obtained. The upper-level and lower-level models are solved by using the non-dominated sorting genetic algorithm

second-order cone and big-M method

respectively. Simulation results show that the proposed method can improve the asset utilization rate of interconnected lines

the economy and reliability of the planning scheme

and the flexible load shaping of interconnected lines is conducive to breaking through the limit of 50% line load rate.

关键词

Keywords

references

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 .

李军徽，孙大朋，朱星旭，等 . 光伏高渗透率下分布式储能群间协同的电压控制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 10 ）： 47 - 56 .

LI Junhui ， SUN Dapeng ， ZHU Xingxu ， et al . Voltage regulation strategy for distributed energy storage considering coordination among clusters with high penetration of photovoltaics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 47 - 56 .

CAO W S ， LI Z H ， LI Y X . Optimisation configuration of overhead-line segmentation switch of a distribution network based on global combination criterion ［J］. Processes ， 2022 ， 10 （ 10 ）： 1976 .

LI B ， WEI J ， LIANG Y F ， et al . Optimal placement of fault indicator and sectionalizing switch in distribution networks ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 17619 - 17631 .

孙磊，杨贺钧，丁明 . 配电系统开关优化配置的混合整数线性规划模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 16 ）： 87 - 95 .

SUN Lei ， YANG Hejun ， DING Ming . Mixed integer linear programming model of optimal placement for switching devices in distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 16 ）： 87 - 95 .

JOOSHAKI M ， KARIMI-ARPANAHI S ， LEHTONEN M ， et al . An MILP model for optimal placement of sectionalizing switches and tie lines in distribution networks with complex topologies ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 6 ）： 4740 - 4751 .

卞艺衡，别朝红 . 面向弹性提升的智能配电网远动开关优化配置模型［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 3 ）： 33 - 39 .

BIAN Yiheng ， BIE Zhaohong . Resilience-enhanced optimal placement model of remote-controlled switch for smart distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 33 - 39 .

Guest editorial： new trends in the planning of distribution network with high penetration of renewables and flexible loads ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2018 ， 12 （ 20 ）： 4359 - 4360 .

齐宁，程林，田立亭，等 . 考虑柔性负荷接入的配电网规划研究综述与展望［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 193 - 207 .

QI Ning ， CHENG Lin ， TIAN Liting ， et al . Review and prospect of distribution network planning research considering access of flexible load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 193 - 207 .

KOUTSOUKIS N C ， GEORGILAKIS P S . A multistage distribution network planning method considering distributed generation active management and demand response ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2022 ， 16 （ 1 ）： 65 - 76 .

唐巍，张志刚，张璐，等 . 考虑微能网聚合整形和资产利用率提升的配电网规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 8 ）： 89 - 98 .

TANG Wei ， ZHANG Zhigang ， ZHANG Lu ， et al . Distribution network planning considering aggregated shaping for micro-energy grids and improvement of asset utilization rate ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 89 - 98 .

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 .

肖峻，贺国伟 . 考虑双向能量交换型负荷的配电网最大供电能力模型［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 5 ）： 11 - 24 .

XIAO Jun ， HE Guowei . Model of total supply capability for distribution network considering bidirectional energy exchange load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 5 ）： 11 - 24 .

刘艾旺，朱萧轶，姚宝明，等 . 考虑低碳和柔性负荷的有源配网扩展规划模型［J］. 电力需求侧管理， 2023 ， 25 （ 4 ）： 15 - 20 .

LIU Aiwang ， ZHU Xiaoyi ， YAO Baoming ， et al . Active distribution network expansion planning model considering low carbon and flexible load ［J］. Power Demand Side Management ， 2023 ， 25 （ 4 ）： 15 - 20 .

张俊潇，高崇，李京平，等 . 考虑低碳和柔性负荷的有源配电网混合整数二阶锥规划［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 12 ）： 66 - 73 .

ZHANG Junxiao ， GAO Chong ， LI Jingping ， et al . Mixed-integer second-order cone programming for active distribution networks considering low-carbon and flexible loads ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 12 ）： 66 - 73 .

XIE D J ， HUI H X ， DING Y ， et al . Operating reserve capacity evaluation of aggregated heterogeneous TCLs with price signals ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 216 ： 338 - 347 .

吴春华，俞薛颖，李智华，等 . 基于FCM与高斯隶属度的光伏组件健康状态诊断［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 5 ）： 1887 - 1896 .

WU Chunhua ， YU Xueying ， LI Zhihua ， et al . Health state diagnosis of photovoltaic modules based on FCM and Gaussian membership ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 5 ）： 1887 - 1896 .

周玮，徐从明，杨丹霞，等 . P2P能源共享下考虑意愿动态调整的电动汽车群需求响应策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 21 ）： 8217 - 8230 .

ZHOU Wei ， XU Congming ， YANG Danxia ， et al . Research on demand response strategy of electric vehicles considering dynamic adjustment of willingness under P2P energy sharing ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 21 ）： 8217 - 8230 .

陶然，赵冬梅，王浩翔 . 基于信息间隙决策理论的配电网韧性提升规划方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 9 ）： 32 - 41 .

TAO Ran ， ZHAO Dongmei ， WANG Haoxiang . Planning method for resilience enhancement of distribution network based on information gap decision theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 9 ）： 32 - 41 .

ZHANG X H ， WANG L ， ZHANG B ， et al . Comprehensive configuration strategy of energy storage allocation and line upgrading for distribution networks considering a high proportion of integrated photovoltaics ［J］. IET Energy Systems Integration ， 2023 ， 5 （ 1 ）： 54 - 65 .

谢开贵，周家启 . 基于免疫算法的配电网开关优化配置模型［J］. 电力系统自动化， 2003 ， 27 （ 15 ）： 35 - 39 .

XIE Kaigui ， ZHOU Jiaqi . Model for optimal switching devices based on immune algorithm in electric distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2003 ， 27 （ 15 ）： 35 - 39 .

乐健，郎红科，廖小兵，等 . 基于广义线性多面体的有源配电网仿射可调鲁棒优化方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 22 ）： 138 - 148 .

LE Jian ， LANG Hongke ， LIAO Xiaobing ， et al . Affinely adjustable robust optimization method for active distribution network based on generalized linear polyhedral ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 22 ）： 138 - 148 .

陈红坤，夏方舟，袁栋，等 . 直流配电网中含光伏的电动汽车快速充电站优化配置方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 16 ）： 53 - 60 .

CHEN Hongkun ， XIA Fangzhou ， YUAN Dong ， et al . Optimal configuration scheme of fast electric vehicle charging station with photovoltaic in DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 16 ）： 53 - 60 .

孔涛，程浩忠，许童羽 . 基于组件式GIS网络分析与多目标遗传算法的城市中压配电网规划［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 19 ）： 49 - 55 .

KONG Tao ， CHENG Haozhong ， XU Tongyu . Urban medium-voltage distribution network planning based on ComGIS network analysis and multi-objective genetic algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 19 ）： 49 - 55 .

吴晗，欧阳森，梁炜焜 . 计及储能循环寿命的柔性配电网优化运行及效益均衡策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 17 ）： 99 - 109 .

WU Han ， OUYANG Sen ， LIANG Weikun . Optimal operation and benefit balance strategy for flexible distribution network considering cycle life of energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 17 ）： 99 - 109 .

伊昆明，孙磊，丁江，等 . 基于凸包理论的含风电电力系统负荷恢复方案优化［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 5 ）： 77 - 87 .

YI Kunming ， SUN Lei ， DING Jiang ， et al . Load restoration scheme optimization for power system with wind power based on convex hull theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 5 ）： 77 - 87 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Prospect of Coordinated Control Technology in Distribution Network Based on Wide-area Measurement Information

Related Author

Jian XU

Siyang LIAO

Congying WEI

Jiaxin YUAN

Jun YANG

Yuqiao JIA

Haobo FU

Boyu XIE

Related Institution

School of Electrical Engineering and Automation, Wuhan University

Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid Company Limited

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

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

Institute of Advanced Technology for Carbon Neutrality, Nanjing University of Posts and Telecommunications

⁰