Generation Method for New Transmission Network Test System Based on Power Grid Evolution Model

LI Bo; WEI Guangrui; ZHONG Haiwang; LIU Hui

doi:10.7500/AEPS20240409003

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Generation Method for New Transmission Network Test System Based on Power Grid Evolution Model

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Generation Method for New Transmission Network Test System Based on Power Grid Evolution Model
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 10, Pages: 135-144(2025)
- 作者机构：
  
  1.广西大学电气工程学院，广西壮族自治区南宁市 530004
  2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the Specific Research Project of Guangxi for Research Bases and Talents(2022AC21257);National Natural Science Foundation of China(52122706)
- DOI：10.7500/AEPS20240409003
  CLC：
- Received：09 April 2024，
  
  Revised：2024-10-23，
  
  Published Online：06 March 2025，
  
  Published：25 May 2025
- 稿件说明：
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黎博,魏光瑞,钟海旺等.基于电网演化模型的新型输电网测试系统生成方法[J].电力系统自动化,2025,49(10):135-144.

LI Bo,WEI Guangrui,ZHONG Haiwang,et al.Generation Method for New Transmission Network Test System Based on Power Grid Evolution Model[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(10):135-144.
黎博,魏光瑞,钟海旺等.基于电网演化模型的新型输电网测试系统生成方法[J].电力系统自动化,2025,49(10):135-144. DOI： 10.7500/AEPS20240409003.

LI Bo,WEI Guangrui,ZHONG Haiwang,et al.Generation Method for New Transmission Network Test System Based on Power Grid Evolution Model[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(10):135-144. DOI： 10.7500/AEPS20240409003.

摘要

IEEE算例已被广泛用于电力系统规划、运行等领域的仿真测试。然而，受限于数据隐私保护，研究人员难以获取实际电力系统发电与网架结构的公开数据集。为此，提出一种基于三代电网演化模型的新型输电网测试系统生成方法，构建反映实际电力系统特征的输电网测试算例。首先，建立基于

-1安全校核的输电网扩展规划模型。然后，针对电网不同发展阶段特征设置相应优化目标与约束条件，以模拟电网的演化历程。为提高模型求解效率，建立输电走廊待建线路的二进制表征方法，以减少模型0-1变量。最后，以某省电网为例，构建开源电力测试系统，并根据复杂网络的统计特性验证所构建算例的有效性。此外，将该算例应用于输电网结构优化中以验证算例的合理性。

Abstract

The IEEE test case has been widely used for simulation testing in various fields such as power system planning and operation. However

due to concerns of data privacy protection

it is difficult to access publicly available datasets of actual power system generation and network structures. To address the issue

based on the evolution model of three-generation power grids

a gen

eration method for the new transmission network test system is proposed to build test cases that reflect actual power system characteristics. First

a transmission network expansion planning model considering

-1 security constraints is established. Secondly

the optimization objectives and constraints are proposed according to the characteristics of different stages of network development to simulate the evolution process of the power grids. To enhance the solving efficiency of the model

a binary representation method of planned lines of transmission corridors is introduced to reduce the number of 0-1 variables. Finally

taking a provincial power grid as a case

an open-source power system testing system is constructed. The validity of the constructed testing system is verified based on the statistical properties of complex networks. Furthermore

the test case is applied to the optimization of transmission network structures to verify its rationality.

关键词

Keywords

references

黎博，陈民铀，钟海旺，等 . 高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 2 ）： 555 - 580 .

LI Bo ， CHEN Minyou ， ZHONG Haiwang ， et al . A review of long-term planning of new power systems with large share of renewable energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 2 ）： 555 - 580 .

康重庆，姚良忠 . 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2 - 11 .

KANG Chongqing ， YAO Liangzhong . Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2 - 11 .

PEYGHAMI S ， DAVARI P ， FOTUHI-FIRUZABAD M ， et al . Standard test systems for modern power system analysis： an overview ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2019 ， 13 （ 4 ）： 86 - 105 .

MOHAMMADI M H ， SALEH K . Synthetic benchmarks for power systems ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 162706 - 162730 .

路帅超，孙英云，赵鹏飞，等 . 新型电力系统多阶段输-储协同分布鲁棒规划［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 15 ）： 15 - 24 .

LU Shuaichao ， SUN Yingyun ， ZHAO Pengfei ， et al . Multi-stage transmission-storage cooperative distributionally robust planning for new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 15 ）： 15 - 24 .

赵晋泉，汤奕，党杰，等 . 计及高比例新能源多种控制方式及运行约束的连续潮流［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 16 ）： 123 - 131 .

ZHAO Jinquan ， TANG Yi ， DANG Jie ， et al . Continuous power flow considering multiple control modes and operational constraints of high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 16 ）： 123 - 131 .

BARROWS C ， PRESTON E ， STAID A ， et al . The IEEE reliability test system： a proposed 2019 update ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 119 - 127 .

ZHUO Z Y ， ZHANG N ， YANG J W ， et al . Transmission expansion planning test system for AC/DC hybrid grid with high variable renewable energy penetration ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 2597 - 2608 .

李傲伟，柳璐，程浩忠，等 . 高比例可再生能源接入下考虑输配协同的输电网规划测试系统［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 19 - 27 .

LI Aowei ， LIU Lu ， CHENG Haozhong ， et al . Transmission expansion planning test system considering transmission and distribution coordination with integration of high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 19 - 27 .

WATTS D J ， STROGATZ S H . Collective dynamics of ‘small-world’ networks ［J］. Nature ， 1998 ， 393 ： 440 - 442 .

CUADRA L ， SALCEDO-SANZ S ， DEL SER J ， et al . A critical review of robustness in power grids using complex networks concepts ［J］. Energies ， 2015 ， 8 （ 9 ）： 9211 - 9265 .

WANG Z F ， SCAGLIONE A ， THOMAS R J . Generating statistically correct random topologies for testing smart grid communication and control networks ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2010 ， 1 （ 1 ）： 28 - 39 .

FORSBERG S ， THOMAS K ， BERGKVIST M . Power grid vulnerability analysis using complex network theory： a topological study of the Nordic transmission grid ［J］. Physica A： Statistical Mechanics and Its Applications ， 2023 ， 626 ： 129072 .

HU J L ， SANKAR L ， MIR D J . Cluster-and-Connect： an algorithmic approach to generating synthetic electric power network graphs ［C］// 2015 53rd Annual Allerton Conference on Communication， Control， and Computing（Allerton）， September 29-October 2 ， 2015 ， Monticello， USA .

RODRIGUEZ-AGUILAR R . A hybrid model to simulate test cases of electrical power systems ［J］. Applied Sciences ， 2020 ， 10 （ 10 ）： 3531 .

SCHULTZ P ， HEITZIG J ， KURTHS J . A random growth model for power grids and other spatially embedded infrastructure networks ［J］. The European Physical Journal Special Topics ， 2014 ， 223 （ 12 ）： 2593 - 2610 .

GEGNER K M ， BIRCHFIELD A B ， XU T ， et al . A methodology for the creation of geographically realistic synthetic power flow models ［C］// 2016 IEEE Power and Energy Conference at Illinois（PECI）， February 19-20 ， 2016 ， Urbana， USA .

BIRCHFIELD A B ， XU T ， GEGNER K M ， et al . Grid structural characteristics as validation criteria for synthetic networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 3258 - 3265 .

ARRAÑO-VARGAS F ， KONSTANTINOU G . Longitudinal power systems for modern and future grid studies： a graph theory analysis ［J］. Sustainable Energy， Grids and Networks ， 2023 ， 35 ： 101132 .

WU D Q ， ZHENG X T ， XU Y X ， et al . An open-source extendable model and corrective measure assessment of the 2021 texas power outage ［J］. Advances in Applied Energy ， 2021 ， 4 ： 100056 .

ABU-KHALIFA Y A ， BIRCHFIELD A B . Techniques for creating synthetic combined electric and natural gas transmission grids ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2023 ， 59 （ 4 ）： 4734 - 4743 .

LIU M V ， YUAN B ， WANG Z J ， et al . An open source representation for the NYS electric grid to support power grid and market transition studies ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 3293 - 3303 .

ESPEJO R ， LUMBRERAS S ， RAMOS A . A complex-network approach to the generation of synthetic power transmission networks ［J］. IEEE Systems Journal ， 2019 ， 13 （ 3 ）： 3050 - 3058 .

国网北京经济技术研究院 . 电网规划设计手册［M］. 北京：中国电力出版社， 2016 .

State Grid Beijing Institute of Economics and Technology . Grid planning and design manual ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2016 .

杨修宇，郭琪，刘雪媛，等 . 计及弃风事件耦合关系的源-储-网联合规划方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 2 ）： 53 - 60 .

YANG Xiuyu ， GUO Qi ， LIU Xueyuan ， et al . Joint source-storage-grid planning method considering coupling relationship of wind power curtailment events ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 53 - 60 .

RAHMANI M ， ROMERO R ， RIDER M J . Strategies to reduce the number of variables and the combinatorial search space of the multistage transmission expansion planning problem ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 3 ）： 2164 - 2173 .

ZHANG Y ， WANG J X ， LI Y H ， et al . An extension of reduced disjunctive model for multi-stage security-constrained transmission expansion planning ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 1092 - 1094 .

PANG K Y ， WANG C Y ， HATZIARGYRIOU N D ， et al . Formulation of radiality constraints for optimal microgrid formation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 6 ）： 5341 - 5355 .

周孝信，陈树勇，鲁宗相 . 电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 22 ）： 1 - 11 .

ZHOU Xiaoxin ， CHEN Shuyong ， LU Zongxiang . Review and prospect for power system development and related technologies： a concept of three-generation power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 22 ）： 1 - 11 .

梅生伟，龚媛，刘锋 . 三代电网演化模型及特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 7 ）： 1003 - 1012 .

MEI Shengwei ， GONG Yuan ， LIU Feng . The evolution model of three-generation power systems and characteristic analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 7 ）： 1003 - 1012 .

潘松，李长城，康海鹏，等 . 考虑停运概率熵和网架结构熵的电网关键线路辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 1 ）： 139 - 149 .

PAN Song ， LI Changcheng ， KANG Haipeng ， et al . Identification method for key lines of power grid considering outage probability entropy and grid structure entropy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 1 ）： 139 - 149 .

AMANI A M ， JALILI M . Power grids as complex networks： resilience and reliability analysis ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 119010 - 119031 .

万文华，梁雪容，郑航，等 . 中国水电站数据库构建、验证与定量分析［J］. 水利水电技术， 2022 ， 53 （ 12 ）： 185 - 95 .

WAN Wenhua ， LIANG Xuerong ， ZHENG Hang ， et al . Database construction， verification and quantitative analysis of hydropower stations in China ［J］. Water Resources and Hydropower Engineering ， 2022 ， 53 （ 12 ）： 185 - 95 .

World Resources Institute . Global power plant database ［EB/OL］. （ 2021-06-24 ）［ 2024-04-09 ］. https：//datasets.wri.org/dataset/globalpowerplantdatab-ase https://datasets.wri.org/dataset/globalpowerplantdatab-ase .

PFENNINGER S ， STAFFELL I . Long-term patterns of European PV output using 30 years of validated hourly reanalysis and satellite data ［J］. Energy ， 2016 ， 114 ： 1251 - 1265 .

张云飞 . 广西500 kV电网中远期发展研究［J］. 中国电力教育， 2011 （ 3 ）： 93 - 95 .

ZHANG Yunfei . Study on medium and long-term development of Guangxi 500 kV power grid ［J］. China Electric Power Education ， 2011 （ 3 ）： 93 - 95 .

PowerWorld . PowerWorld Simulator ［EB/OL］. （ 2023-10-26 ）［ 2024-04-09 ］. https：//www.powerworld.com/WebHelp/Default.htm#MainD.ocumentati https://www.powerworld.com/WebHelp/Default.htm#MainD.ocumentati .

MEI Shengwei ， ZHANG Xuemin ， CAO Ming . Power grid complexity ［M］. Berlin， Germany ： Springer ， 2011 .

Homeland Infrastructure Foundation Level Database . Transmission lines ［EB/OL］. （ 2023-6-30 ）［ 2024-04-09 ］. https：//hifldgeopLatform.opendata.arcgi-s.com/datasets/geoplatform：：transmission-lines/explore https://hifldgeopLatform.opendata.arcgi-s.com/datasets/geoplatform::transmission-lines/explore .

HÖRSCH J ， HOFMANN F ， SCHLACHTBERGER D ， et al . PyPSA-Eur： an open optimisation model of the European transmission system ［J］. Energy Strategy Reviews ， 2018 ， 22 ： 207 - 215 .

杨知方，钟海旺，夏清，等 . 输电网结构优化问题研究综述和展望［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 2 ）： 426 - 434 .

YANG Zhifang ， ZHONG Haiwang ， XIA Qing ， et al . Review and prospect of transmission topology optimization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 2 ）： 426 - 434 .

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