Optimal Scheduling Strategy of Farm Distribution Network for Power Supply Support for Production of Large-scale Crop Base

WANG Yiming; YI Zhongkai; XU Ying; TU Zhenghong; LIU Yanlong; LI Zhenwei

doi:10.7500/AEPS20241202004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimal Scheduling Strategy of Farm Distribution Network for Power Supply Support for Production of Large-scale Crop Base

Basic Research | 更新时间：2025-08-05

- Optimal Scheduling Strategy of Farm Distribution Network for Power Supply Support for Production of Large-scale Crop Base
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 15, Pages: 100-109(2025)
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001
  2.智慧农场技术与系统全国重点实验室，黑龙江省哈尔滨市 150001
  3.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，黑龙江省哈尔滨市 150030
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52407089)
- DOI：10.7500/AEPS20241202004
  CLC：
- Received：02 December 2024，
  
  Revised：2025-02-18，
  
  Published Online：21 May 2025，
  
  Published：10 August 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
王一鸣,仪忠凯,徐英等.服务大型粮食基地生产保供的农场配电网优化调度策略[J].电力系统自动化,2025,49(15):100-109.

WANG Yiming,YI Zhongkai,XU Ying,et al.Optimal Scheduling Strategy of Farm Distribution Network for Power Supply Support for Production of Large-scale Crop Base[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(15):100-109.
王一鸣,仪忠凯,徐英等.服务大型粮食基地生产保供的农场配电网优化调度策略[J].电力系统自动化,2025,49(15):100-109. DOI： 10.7500/AEPS20241202004.

WANG Yiming,YI Zhongkai,XU Ying,et al.Optimal Scheduling Strategy of Farm Distribution Network for Power Supply Support for Production of Large-scale Crop Base[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(15):100-109. DOI： 10.7500/AEPS20241202004.

摘要

随着中国乡村振兴战略推进和高标准农田建设推广，各农垦区大型农场用电需求快速增长，海量灌溉设施的集中无序用电引发了严重的输电拥堵、电压跌落问题。首先，文中推导了描述灌溉用电、土壤湿度和作物产量关联关系的数学传播链模型。以综合用电成本和粮食减产最低为目标，统筹考虑配电网运行安全和农业生产约束，提出了考虑大规模灌溉负荷生产保供的农场配电网优化调度模型。然后，针对农场配电网运行环境特有的降水等多元不确定性，设计了基于近邻传播聚类的农场配电网典型场景构建方法。进而，提出了统筹考虑多元随机因素的大型粮食基地农场配电网随机优化调度策略。最后，通过算例分析验证了所提策略的有效性。

Abstract

With the advancement of the strategy of China’s rural revitalisation and the promotion of the construction of high-standard farmland

the demand for electricity consumption of large-scale farms in various agricultural reclamation areas has been growing rapidly. The centralised and uncontrolled electricity consumption of massive irrigation facilities has caused the problems of severe transmission congestion and voltage dropping. Firstly

this paper derives a mathematical propagation chain model that describes the correlation relationship among irrigation electricity consumption

soil moisture

and crop yield. With the goal of minimizing comprehensive electricity consumption costs and crop yield reduction

this paper proposes an optimal scheduling model for farm distribution networks that takes into account large-scale irrigation load production security

and comprehensively considering the operation security constraints of distribution network and agricultural production. Then

in response to the unique multi-dimensional uncertainties in the operating environment of farm distribution networks

such as precipitation

this paper designs a method for constructing typical farm distribution network scenarios based on affinity propagation clustering. Furthermore

this paper proposes a stochastic optimal scheduling strategy for farm distribution networks in supporting power supply for large-scale crop bases

considering multiple random factors. Finally

the effectiveness of the proposed strategy is verified by case study.

关键词

Keywords

references

中国共产党第二十届中央委员会第三次全体会议公报［EB/OL］.［ 2024-12-19 ］. https：//www.news.cn/20240718/97de336 14e3644eea992747b65228ce5/c.html https://www.news.cn/20240718/97de33614e3644eea992747b65228ce5/c.html .

Communique of the Third Plenary Session of the 20th Central Committee of the Communist Party of China ［EB/OL］. ［ 2024-12-19 ］. https：//www.news.cn/20240718/97de33614e3644eea992747b65228ce5/c.html https://www.news.cn/20240718/97de33614e3644eea992747b65228ce5/c.html .

国务院关于全国高标准农田建设规划（ 2021 — 2030 年）的批复［EB/OL］.［ 2024-12-19 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-09/16/content_5637565.htm https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-09/16/content_5637565.htm .

Reply of the State Council on the national high standard farmland construction plan （ 2021 — 2030 ）［EB/OL］. ［ 2024-12-19 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-09/16/content_5637565.htm https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-09/16/content_5637565.htm .

坚决扛起维护国家“五大安全”政治责任［EB/OL］.［ 2024-12-19 ］. https：//heilongjiang.dbw.cn/system/2022/04/15/0588650 26.shtml https://heilongjiang.dbw.cn/system/2022/04/15/058865026.shtml .

Resolutely shoulder the political responsibility of safeguarding the country’s “five major security” ［EB/OL］. ［ 2024-12-19 ］. https：//heilongjiang.dbw.cn/system/2022/04/15/058865026.shtml https://heilongjiang.dbw.cn/system/2022/04/15/058865026.shtml .

TULABING R S ， MITCHELL B C ， COVIC G A ， et al . Localized demand control of flexible devices for peak load management ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 （ 1 ）： 217 - 227 .

HAN J P ， FANG Y C ， DU E S ， et al . Eliminating distribution network congestion based on spatial-temporal migration of multiple base stations ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2024 ， 15 （ 6 ）： 5638 - 5652 .

WU X ， GUO Y F ， YAN M ， et al . Non-intrusive load monitoring using identity library based on structured feature graph and group decision classifier ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 （ 3 ）： 1958 - 1973 .

GAO A ， ZHENG J Y ， MEI F ， et al . Substation-level flexible load disaggregation based on hierarchical federated perception algorithm ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2024 ， 15 （ 6 ）： 5787 - 5798 .

SONG J ， LEE Y G ， HWANG E . Time-frequency mask estimation based on deep neural network for flexible load disaggregation in buildings ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 3242 - 3251 .

YANG H Y ， LI C B ， HUANG R M ， et al . Bi-level energy trading model incorporating large-scale biogas plant and demand response aggregator ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 2 ）： 567 - 578 .

姜德威，高红均，贺帅佳，等 . 考虑生物质能和农业柔性负荷的农业产业园区综合能源系统规划方法［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 5 ）： 1836 - 1845 .

JIANG Dewei ， GAO Hongjun ， HE Shuaijia ， et al . Integrated energy system planning for agricultural industrial parks considering biomass energy and agricultural flexible load ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 5 ）： 1836 - 1845 .

FU X Q ， ZHOU Y Z . Collaborative optimization of PV greenhouses and clean energy systems in rural areas ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2023 ， 14 （ 1 ）： 642 - 656 .

边辉，陈丽娜，马凡琳，等 . 基于中枢解耦与演化博弈的多农业园区综合能源系统优化运行［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 2 ）： 26 - 36 .

BIAN Hui ， CHEN Lina ， MA Fanlin ， et al . Optimal operation strategy based on central decoupling and evolutionary game for multiple agricultural integrated energy systems ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 2 ）： 26 - 36 .

张继国，任洪民，刘大勇，等 . 考虑市场出清的农业园区能量管理策略［J］. 电力建设， 2024 ， 45 （ 3 ）： 58 - 68 .

ZHANG Jiguo ， REN Hongmin ， LIU Dayong ， et al . Energy management strategies in agricultural parks considering market clearing ［J］. Electric Power Construction ， 2024 ， 45 （ 3 ）： 58 - 68 .

董俊，束洪春，刘瑞，等 . 大语言模型赋能场景生成和双层优化的多农业园区供电-灌溉-蓄水耦合运行［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 7 ）： 2906 - 2917 .

DONG Jun ， SHU Hongchun ， LIU Rui ， et al . Large language models empowering scenario generation and dual-layer optimization for coupled operations of power supply， irrigation， and water storage in multiple agricultural parks ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 7 ）： 2906 - 2917 .

杨森，郭宁，张寿明 . 不确定性条件下农业微电网与灌溉系统相结合的鲁棒优化调度［J］. 上海交通大学学报， 2024 ， 58 （ 9 ）： 1432 - 1442 .

YANG Sen ， GUO Ning ， ZHANG Shouming . Robust optimal scheduling of agricultural microgrid combined with irrigation system under uncertainty conditions ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2024 ， 58 （ 9 ）： 1432 - 1442 .

王雯沁，高红均，徐琳，等 . 基于主从博弈的配电网-农灌园区互动协调优化方法［J/OL］. 电网技术［ 2024-12-19 ］. https：//kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=DWJS20230703001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DWJS20230703001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ .

WANG Wenqin ， GAO Hongjun ， XU Lin ， et al . Optimization method of distribution network-agricultural irrigation park interaction and coordination based on master-slave game ［J/OL］. Power System Technology ［ 2024-12-19 ］. https：//kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=DWJS20230703001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DWJS20230703001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ .

王雯沁，高红均，王仁浚，等 . 考虑分布式电源支撑与农业设施协调的配电网分布鲁棒优化［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 21 ）： 89 - 98 .

WANG Wenqin ， GAO Hongjun ， WANG Renjun ， et al . Distributionally robust optimization of distribution network considering distributed generator support and agricultural facility coordination ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 21 ）： 89 - 98 .

付学谦，周亚中，孙宏斌，等 . 园区农业能源互联网在线安全分析：评述与展望［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5404 - 5412 .

FU Xueqian ， ZHOU Yazhong ， SUN Hongbin ， et al . Online security analysis of a park-level agricultural energy Internet： review and prospect ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5404 - 5412 .

李小红，郑文林，潘愫敏 . 差异化农业生产用电治理助力多元现代农业［J］. 农电管理， 2016 （ 8 ）： 27 - 28 .

LI Xiaohong ， ZHENG Wenlin ， PAN Sumin . Differentiated electricity management in agricultural production helps diversified modern agriculture ［J］. Rural Power Management ， 2016 （ 8 ）： 27 - 28 .

李丽芬，陈士钊 . 希望的田野上——国网宁晋县供电公司春灌保电工作侧记［J］. 农电管理， 2020 （ 6 ）： 23 - 24 .

LI Lifen ， CHEN Shizhao . On the field of hope—a record of spring irrigation and power maintenance work of State Grid Ningjin County Power Supply Company ［J］. Rural Power Management ， 2020 （ 6 ）： 23 - 24 .

许晓庆，朱彤 . 新疆首个智慧农业用能示范区实现农业灌溉设施有序用电［N］. 科技日报， 2021-07-23 （7）.

XU Xiaoqing ， ZHU Tong . Xinjiang’s first smart agriculture energy demonstration zone achieves orderly use of electricity for agricultural irrigation facilities ［N］. Science and Technology Daily ， 2021-07-23 （7）.

鹤岗供电公司：科学调度保春耕春灌用电无虞［EB/OL］.［ 2023-05-22 ］. https：//m.dbw.cn/difang/system/2020/05/22/058421747.shtml https://m.dbw.cn/difang/system/2020/05/22/058421747.shtml .

Hegang Power Supply Company： scientific scheduling ensures uninterrupted electricity supply for spring plowing ［EB/OL］. ［ 2023-05-22 ］. https：//m.dbw.cn/difang/system/2020/05/22/058421747.shtml https://m.dbw.cn/difang/system/2020/05/22/058421747.shtml .

蔡昊炀，韩孟红，陈俊霖，等 . 不同灌溉用水量对水稻产量和水分利用效率的影响［J］. 中国稻米， 2024 ， 30 （ 5 ）： 103 - 106 .

CAI Haoyang ， HAN Menghong ， CHEN Junlin ， et al . Effects of different irrigation water rate on rice yield and water use efficiency ［J］. China Rice ， 2024 ， 30 （ 5 ）： 103 - 106 .

代志伟，程曼，袁洪波，等 . 温室灌溉控制策略研究进展［J］. 中国农机化学报， 2022 ， 43 （ 9 ）： 63 - 72 .

DAI Zhiwei ， CHENG Man ， YUAN Hongbo ， et al . Review of irrigation control strategy for greenhouse ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization ， 2022 ， 43 （ 9 ）： 63 - 72 .

孟楚 . 基于土壤湿度预测的大田灌溉方法研究［D］. 长春：吉林农业大学， 2021 .

MENG Chu . Study on field irrigation method based on soil moisture prediction ［D］. Changchun ： Jilin Agricultural University ， 2021 .

LI W H ， ZOU Y Y ， YANG H M ， et al . Two-stage stochastic energy scheduling for multi-energy rural microgrids with irrigation systems and biomass fermentation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2025 ， 16 （ 2 ）： 1075 - 1087 .

ALLEN R G ， PRUITT W O ， WRIGHT J L ， et al . A recommendation on standardized surface resistance for hourly calculation of reference ETo by the FAO56 Penman-Monteith method ［J］. Agricultural Water Management ， 2006 ， 81 （ 1/2 ）： 1 - 22 .

刘笑吟，王海明，王钥，等 . 节水灌溉稻田蒸发蒸腾过程及其比例变化特征研究［J］. 农业机械学报， 2021 ， 52 （ 7 ）： 271 - 282 .

LIU Xiaoyin ， WANG Haiming ， WANG Yue ， et al . Characteristics of rice transpiration and soil evaporation and their proportion variation in water-saving irrigated paddy field ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2021 ， 52 （ 7 ）： 271 - 282 .

康绍忠，蔡焕杰 . 农业水管理学［M］. 北京：中国农业出版社， 1996 .

KANG Shaozhong ， CAI Huanjie . Agricultural water management science ［M］. Beijing ： China Agriculture Press ， 1996 .

赵永 . 作物需水量计算方法比较与非充分灌溉预报研究［D］. 杨凌：西北农林科技大学， 2004 .

ZHAO Yong . Comparison of calculation methods of crop water demand and study on insufficient irrigation prediction ［D］. Yangling ： Northwest A&F University ， 2004 .

雷宏刚，肖让 . 大田灌溉作物水分生产函数的研究进展与应用［J］. 水利规划与设计， 2020 （ 2 ）： 35 - 37 .

LEI Honggang ， XIAO Rang . Research progress and application of water production function of field irrigated crops ［J］. Water Resources Planning and Design ， 2020 （ 2 ）： 35 - 37 .

NOOROLLAHI Y ， GOLSHANFARD A ， HASHEMI-DEZAKI H . A scenario-based approach for optimal operation of energy hub under different schemes and structures ［J］. Energy ， 2022 ， 251 ： 123740 .

王晓霞，俞敏，霍泽健，等 . 基于近邻传播聚类与LSTNet的分布式光伏电站群短期功率预测［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 6 ）： 133 - 141 .

WANG Xiaoxia ， YU Min ， HUO Zejian ， et al . Short-term power forecasting of distributed photovoltaic station clusters based on affinity propagation clustering and long short-term time-series network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 133 - 141 .

肖宇 . “稻”途新篇，筑梦禾下乘凉——北大荒集团黑龙江八五三农场有限公司水稻产业多策并施工作纪实［J］. 农场经济管理， 2025 （ 1 ）： 73 - 75 .

XIAO Yu . Record of multiple policies and implementation of rice industry in Heilongjiang 853 Farm Co.， Ltd. of Beidahuang Group ［J］. Farm Economic Management ， 2025 （ 1 ）： 73 - 75 .

赵新秀，姜斌，刘畅 . 北大荒集团：大国粮仓有担当［N］. 黑龙江日报， 2025-01-06 （6）.

ZHAO Xinxiu ， JIANG Bin ， LIU Chang . Beidahuang Group has a sense of responsibility as a major granary in the country ［N］. Heilongjiang Daily ， 2025-01-06 （6）.

WANG Y ， QIU D W ， WANG Y ， et al . Graph learning-based voltage regulation in distribution networks with multi-microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 1881 - 1895 .

史恒逸，王宝华 . 考虑配网电压越限风险的光伏接入规划研究［J］. 电测与仪表， 2021 ， 58 （ 3 ）： 40 - 46 .

SHI Hengyi ， WANG Baohua . Research on PV access planning considering the risk of distribution network voltage overrun ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2021 ， 58 （ 3 ）： 40 - 46 .

YUAN H Y ， LI F X ， WEI Y L ， et al . Novel linearized power flow and linearized OPF models for active distribution networks with application in distribution LMP ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 1 ）： 438 - 448 .

张玉，秦华东，黄敏，等 . 水稻根系空间分布特性的数学模拟及应用［J］. 华南农业大学学报， 2013 ， 34 （ 3 ）： 304 - 308 .

ZHANG Yu ， QIN Huadong ， HUANG Min ， et al . Mathematical simulation of rice root spatial distribution and its application ［J］. Journal of South China Agricultural University ， 2013 ， 34 （ 3 ）： 304 - 308 .

彭世彰，徐俊增，丁加丽 . 控制灌溉水稻气孔导度变化规律试验研究［J］. 农业工程学报， 2005 ， 21 （ 3 ）： 1 - 5 .

PENG Shizhang ， XU Junzeng ， DING Jiali . Variations of stomatal conductance of rice under controlled irrigation ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ， 2005 ， 21 （ 3 ）： 1 - 5 .

梁金晨 . 高温热害下灌溉处理对水稻高光谱的影响及水稻生长监测［D］. 南京：南京信息工程大学， 2020 .

LIANG Jinchen . Effect of irrigation treatment on rice hyperspectral and rice growth monitoring under high temperature and heat damage ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Information Science & Technology ， 2020 .

胡金忠，刘洪国 . 寒地水稻节水控制灌溉技术研究与探讨［J］. 北方水稻， 2012 ， 42 （ 6 ）： 47 - 49 .

HU Jinzhong ， LIU Hongguo . Research and discussion on water-saving controlled irrigation technology of rice in cold region ［J］. North Rice ， 2012 ， 42 （ 6 ）： 47 - 49 .

GUO L ， HOU R S ， LIU Y X ， et al . A novel typical day selection method for the robust planning of stand-alone wind-photovoltaic-diesel-battery microgrid ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 263 ： 114606 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research Status and Prospect of Distributed Generation Hosting Capacity Assessment for Distribution Network

Multi-dimensional Resilience Enhancement Strategy for Distribution Network During Typhoon Based on Improved Normal Constraints Method

Dual-data-model-driven Distributionally Robust Optimal Scheduling of Renewable Energy Microgrid

Collaborative Scheduling Strategy of Truck Mobile Charging Station Based on Information Gap Decision Theory

Related Author

LU Zimeng

LIAO Yuming

YANG Lei

LIU Wenlong

NIAN Heng

KONG Lingda

LIU Hong

CAO Ruizhi

Related Institution

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

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

Key Laboratory of the Ministry of Education on Smart Power Grids (Tianjin University)

State Grid Jiangsu Economic Research Institute

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

⁰