Power Restoration Method for Distribution Network Based on Optimal Configuration of Photovoltaic and Energy Storage in Extreme Disaster Scenarios

TAO Wenjia; FENG Liang; PENG Ke; XIAO Chuanliang; ZHAO Xueshen; CHEN Jiajia

doi:10.7500/AEPS20231229002

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Power Restoration Method for Distribution Network Based on Optimal Configuration of Photovoltaic and Energy Storage in Extreme Disaster Scenarios

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Power Restoration Method for Distribution Network Based on Optimal Configuration of Photovoltaic and Energy Storage in Extreme Disaster Scenarios
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 7, Pages: 189-197(2025)
- 作者机构：
  
  山东理工大学电气与电子工程学院，山东省淄博市 255000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377110);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2023ME034)
- DOI：10.7500/AEPS20231229002
  CLC：
- Received：29 December 2023，
  
  Revised：2024-04-29，
  
  Published Online：11 June 2024，
  
  Published：10 April 2025
- 稿件说明：
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陶文嘉,冯亮,彭克等.极端灾害下基于光储优化配置的配电网供电恢复方法[J].电力系统自动化,2025,49(7):189-197.

TAO Wenjia,FENG Liang,PENG Ke,et al.Power Restoration Method for Distribution Network Based on Optimal Configuration of Photovoltaic and Energy Storage in Extreme Disaster Scenarios[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(7):189-197.
陶文嘉,冯亮,彭克等.极端灾害下基于光储优化配置的配电网供电恢复方法[J].电力系统自动化,2025,49(7):189-197. DOI： 10.7500/AEPS20231229002.

TAO Wenjia,FENG Liang,PENG Ke,et al.Power Restoration Method for Distribution Network Based on Optimal Configuration of Photovoltaic and Energy Storage in Extreme Disaster Scenarios[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(7):189-197. DOI： 10.7500/AEPS20231229002.

摘要

近年来，由极端灾害引发的配电网上级电源停电事故屡次发生。配电网单纯在运行层面进行供电恢复策略的制定时，常会出现电源资源不足的问题，难以保证重要负荷的持续、可靠供电。针对上述问题，提出了基于光储优化配置的配电网供电恢复方法，以达到资源高效利用与负荷可靠保供的最优均衡。首先，采用Beta分布模型拟合光照强度分布，建立了计及时序特性的光伏出力模型。其次，构建了配电网光储选址定容和极端灾害下动态孤岛划分的双层供电恢复优化模型，其中，上层模型考虑了投资与运维成本、线路损耗和负荷失电成本，下层模型则以恢复的负荷量最大为目标函数，通过深度优先搜索算法实现孤岛初步分区，利用功率裕度和能量裕度指标对孤岛进行动态划分，进而实现极端灾害下负荷供电的最大恢复。最后，通过算例对比不同策略的恢复效果和成本，验证了所提方法的可行性与优越性。

Abstract

In recent years

outages of higher power sources in the distribution network triggered by extreme disasters have occurred repeatedly. When formulating power restoration strategies solely at the operation level

the distribution network often faces the problem of insufficient power resources

making it difficult to ensure a continuous and reliable power supply for important loads. To address the above problems

a power restoration method for the distribution network based on the optimal configuration of the photovoltaic and energy storage is proposed to achieve the optimal balance between efficient resource utilization and reliable load preservation. Firstly

the Beta distribution model is used to fit the light intensity distribution

and a photovoltaic output model considering temporal characteristics is established. Secondly

a bi-level power restoration optimization model is constructed for the distribution network

incorporating both the siting and sizing of the photovoltaic and energy storage

and the dynamic islanding partition in extreme disaster scenarios. Among them

the upper-level model considers investment and operation costs

line loss costs

and load loss costs

while the lower-level model aims to maximize the restored load as the objective function. Through the depth first search algorithm

the preliminary island partitioning is achieved

and the power margin and energy margin indicators are used to implement dynamic islanding partition

thereby achieving the maximum load restoration in extreme disaster scenarios. Finally

the feasibility and superiority of the proposed method are verified by comparing the restoration effects and costs of different strategies through numerical cases.

关键词

Keywords

references

马丽叶，王海锋，卢志刚，等 . 计及相关性影响的增强台风灾害下配电网韧性灵活性资源规划［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 60 - 68 .

MA Liye ， WANG Haifeng ， LU Zhigang ， et al . Flexible resource planning for improving distribution network resilience under typhoon disasters considering relevance impact ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 60 - 68 .

孙亮，孙萌萌，赵海猛，等 . 考虑移动式储能的综合能源系统冰灾后抢修与调度协同优化［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 1 ）： 10 - 16 .

SUN Liang ， SUN Mengmeng ， ZHAO Haimeng ， et al . Cooperative optimization of emergency repair and dispatch for integrated energy system considering mobile energy storage after ice disaster ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 1 ）： 10 - 16 .

GIBERSON M . The 2021 Texas power crisis： what happened and what can be done to avoid another one ［EB/OL］. ［ 2023-04-23 ］. https：//reason.org/policy-brief/the-2021-texas-power-crisis/ https://reason.org/policy-brief/the-2021-texas-power-crisis/ .

王守相，刘琪，赵倩宇，等 . 配电网弹性内涵分析与研究展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 1 - 9 .

WANG Shouxiang ， LIU Qi ， ZHAO Qianyu ， et al . Connotation analysis and prospect of distribution network elasticity ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 1 - 9 .

李扬，冯博，李国庆，等 . 计及储能接入影响的主动配电网分布式电源双层规划［J］. 太阳能学报， 2017 ， 38 （ 12 ）： 3311 - 3318 .

LI Yang ， FENG Bo ， LI Guoqing ， et al . Bi-level programming of distributed generation in active distribution network considering integration influence of energy storage system ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2017 ， 38 （ 12 ）： 3311 - 3318 .

李晨 . 考虑分布式电源出力随机性的配电网故障恢复方法研究［D］. 北京：北京交通大学， 2020 .

LI Chen . Research on distribution network service restoration method considering stochasticity of distributed generators ［D］. Beijing ： Beijing Jiaotong University ， 2020 .

卢志刚，王文涛，张丹，等 . 基于配电网可靠性的分布式电源与充换电站协同规划［J］. 太阳能学报， 2020 ， 41 （ 4 ）： 348 - 356 .

LU Zhigang ， WANG Wentao ， ZHANG Dan ， et al . DG and EVCS collaborative planning based on distribution network reliability ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2020 ， 41 （ 4 ）： 348 - 356 .

高倩，朱佳明，林其友，等 . 考虑孤岛供需波动的多DG配电系统可靠性评估［J］. 电力科学与技术学报， 2019 ， 34 （ 3 ）： 136 - 142 .

GAO Qian ， ZHU Jiaming ， LIN Qiyou ， et al . Reliability evaluation of multi DG distribution system considering islanding fluctuation ［J］. Journal of Electric Power Science and Technology ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 136 - 142 .

徐岩，张荟，马天祥，等 . 含分布式电源的配电网故障紧急恢复与抢修协调优化策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 38 - 46 .

XU Yan ， ZHANG Hui ， MA Tianxiang ， et al . Coordinated optimization strategy of fault emergency recovery and repair for distribution network with distributed generators ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 38 - 46 .

陈玮，周贤正，李晏君，等 . 考虑电动汽车配置的主动配电网鲁棒孤岛恢复［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （增刊1 ）： 58 - 67 .

CHEN Wei ， ZHOU Xianzheng ， LI Yanjun ， et al . Robust islanding restoration of active distribution network considering electric vehicle configuration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ S1 ）： 58 - 67 .

王杨，万凌云，胡博，等 . 基于孤岛运行特性的微电网可靠性分析［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 9 ）： 2379 - 2385 .

WANG Yang ， WAN Lingyun ， HU Bo ， et al . Isolated island operating characteristics based analysis on reliability of microgrid ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 9 ）： 2379 - 2385 .

张晓雪，牛焕娜，赵静翔，等 . 考虑微电网供电潜力的配电网孤岛划分［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 11 ）： 51 - 58 .

ZHANG Xiaoxue ， NIU Huanna ， ZHAO Jingxiang ， et al . Distribution network island partition considering potential power-supply of microgrid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 11 ）： 51 - 58 .

曾令诚，吕林，曾澜钰 . 基于sollin算法的含分布式电源的孤岛划分方法［J］. 电力自动化设备， 2013 ， 33 （ 4 ）： 95 - 100 .

ZENG Lingcheng ， LÜ Lin ， ZENG Lanyu . Islanding method based on sollin algorithm for grid with distributed generations ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2013 ， 33 （ 4 ）： 95 - 100 .

姚玉海，张璇，齐伟强，等 . 基于Dijkstra算法的配电网孤岛划分［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 24 ）： 36 - 43 .

YAO Yuhai ， ZHANG Xuan ， QI Weiqiang ， et al . Island partition of the distribution system based on Dijkstra algorithm ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 24 ）： 36 - 43 .

马静，黄韦博，聂珍存，等 . 基于新能源快速调节的孤岛微网弹性恢复策略［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 3 ）： 1103 - 1115 .

MA Jing ， HUANG Weibo ， NIE Zhencun ， et al . Elastic recovery strategy of island micro-network based on rapid adjustment of new energy ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 1103 - 1115 .

李振坤，周伟杰，王坚敏，等 . 基于风光荷功率曲线的有源配电网动态孤岛划分方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 14 ）： 58 - 64 .

LI Zhenkun ， ZHOU Weijie ， WANG Jianmin ， et al . Dynamic islanding method of active power distribution network based on wind-photovoltaic-load curve ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 14 ）： 58 - 64 .

王以琳，朱瑞金，张卫江 . 考虑负荷类型和时间尺度的配电网故障恢复［J］. 自动化应用， 2023 ， 64 （ 23 ）： 87 - 90 .

WANG Yilin ， ZHU Ruijin ， ZHANG Weijiang . Distribution network fault recovery considering load type and time scale ［J］. Automation Application ， 2023 ， 64 （ 23 ）： 87 - 90 .

徐岩，张荟，孙易洲 . 基于变异粒子群算法的主动配电网故障恢复策略［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 12 ）： 45 - 53 .

XU Yan ， ZHANG Hui ， SUN Yizhou . Fault recovery strategy of active distribution network based on mutation particle swarm optimization algorithm ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 45 - 53 .

刘青，董浩然，胡紫琪，等 . 基于粒子群混合灰狼算法的配电网故障恢复策略［J/OL］. 华北电力大学学报（自然科学版）： 1 - 10 [ 2024-03-19 ] . http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1212.TM.20220830.1725.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1212.TM.20220830.1725.002.html .

LIU Qing ， DONG Haoran ， HU Ziqi ， et al . Distribution network fault recovery strategy based on BPSOGWO algorithm ［J/OL］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）： 1 - 10 [ 2024-03-19 ] . http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1212.TM.20220830.1725.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1212.TM.20220830.1725.002.html .

李红伟，林山峰，吴华兵，等 . 基于动态规划算法的配电网孤岛划分策略［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 1 ）： 47 - 52 .

LI Hongwei ， LIN Shanfeng ， WU Huabing ， et al . Islanding strategy based on dynamic programming algorithm for distribution network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 47 - 52 .

刘礼邦，武传涛，随权，等 . 计及可控负荷参与的主动配电网动态恢复供电策略［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 9 ）： 27 - 35 .

LIU Libang ， WU Chuantao ， SUI Quan ， et al . Power supply strategy for active distribution network dynamic recovery with controllable load participation ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 9 ）： 27 - 35 .

杨云杰 . 分布式电源与配电自动化终端协同规划方法研究［D］. 保定：河北农业大学， 2021 .

YANG Yunjie . Research on cooperative planning method of distributed power generation and distribution automation terminal ［D］. Baoding ： Hebei Agricultural University ， 2021 .

卢俊杰，杨晓东，张有兵，等 . 含多端柔性软开关的互联配电系统故障恢复优化决策方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4554 - 4568 .

LU Junjie ， YANG Xiaodong ， ZHANG Youbing ， et al . Optimal decision-making method for restoration of interconnected distribution networks with multi-terminal soft open point ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4554 - 4568 .

黄伟，陈伯达，羿应棋，等 . 考虑光储可持续带载能力的配电网可靠性分析［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1510 - 1520 .

HUANG Wei ， CHEN Boda ， YI Yingqi ， et al . Distribution system reliability analysis considering sustainable on-load capacity of hybrid photovoltaic/energy-storage system ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1510 - 1520 .

中华人民共和国住房和城乡建设部 . 供配电系统设计规范： GB 50052—2009 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2010 .

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China . Code for design electric power supply systems ： GB 50052—2009 ［S］. Beijing ： China Planning Press ， 2010 .

张俊潇，高崇，劳永钊，等 . 基于混沌二进制麻雀搜索的配电网故障恢复方法［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （增刊1 ）： 247 - 253 .

ZHANG Junxiao ， GAO Chong ， LAO Yongzhao ， et al . Fault recovery method of distribution network based on chaotic binary sparrow search ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ S1 ）： 247 - 253 .

詹红霞，肖竣文，邓小勇，等 . 计及柔性负荷的高比例风光渗透下配电网孤岛划分策略［J］. 电力工程技术， 2022 ， 41 （ 4 ）： 108 - 116 .

ZHAN Hongxia ， XIAO Junwen ， DENG Xiaoyong ， et al . Islanding strategy for distribution network with high proportion of wind/photovoltaic penetration considering flexible load ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2022 ， 41 （ 4 ）： 108 - 116 .

王红君，陈智晴，赵辉，等 . 考虑风光荷不确定性的配电网故障恢复策略［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 11 ）： 4356 - 4364 .

WANG Hongjun ， CHEN Zhiqing ， ZHAO Hui ， et al . Reconstruction strategies for fault recovery of active distribution network with distributed generation uncertainties ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 4356 - 4364 .

应宇辰，王灿，董庆国 . 基于负荷综合权值的配电网孤岛划分策略［J］. 电网与清洁能源， 2021 ， 37 （ 10 ）： 91 - 97 .

YING Yuchen ， WANG Can ， DONG Qingguo . Islanding partition strategy for distribution networks based on comprehensive weight of load ［J］. Power System and Clean Energy ， 2021 ， 37 （ 10 ）： 91 - 97 .

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