Adaptive Search Algorithm for Security Regions in Distribution Network Considering Uncertainties of Wind and Photovoltaic Output

LIU Bo; YUE Ting

doi:10.7500/AEPS20250417003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Adaptive Search Algorithm for Security Regions in Distribution Network Considering Uncertainties of Wind and Photovoltaic Output

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Adaptive Search Algorithm for Security Regions in Distribution Network Considering Uncertainties of Wind and Photovoltaic Output
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 4, Pages: 111-119(2026)
- 作者机构：
  
  上海电力大学电气工程学院，上海市 200090
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51977030)
- DOI：10.7500/AEPS20250417003
  CLC：
- Received：17 April 2025，
  
  Revised：2025-10-27，
  
  Online First：04 January 2026，
  
  Published：25 February 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
刘博,岳挺.计及风光出力不确定性的配电网安全域自适应搜索算法[J].电力系统自动化,2026,50(4):111-119.

LIU Bo,YUE Ting.Adaptive Search Algorithm for Security Regions in Distribution Network Considering Uncertainties of Wind and Photovoltaic Output[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):111-119.
刘博,岳挺.计及风光出力不确定性的配电网安全域自适应搜索算法[J].电力系统自动化,2026,50(4):111-119. DOI： 10.7500/AEPS20250417003.

LIU Bo,YUE Ting.Adaptive Search Algorithm for Security Regions in Distribution Network Considering Uncertainties of Wind and Photovoltaic Output[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):111-119. DOI： 10.7500/AEPS20250417003.

摘要

现有配电网安全域算法在处理风光出力不确定性时，常因场景生成依赖单一分布假设而忽

略了时空相关性，导致算法搜索效率低、冗余搜索路径多。为此，文中提出一种计及风光出力不确定性的配电网安全域自适应搜索算法。首先，基于核密度估计和混合Copula函数构建风光出力联合分布模型，通过蒙特卡洛采样与

-means聚合构建风光出力时空耦合场景。其次，提出自适应混合搜索策略，结合一次迭代与二次修正的自适应区间分割与灵敏度矩阵引导机制，通过关键约束进行搜索方向动态调整，显著减少冗余搜索路径，降低算法计算时长，实现鲁棒边界逼近。最后，通过并行计算加速机制优化算法性能，并在IEEE 33节点配电系统中验证所提算法的有效性。

Abstract

Existing algorithms for security regions in distribution network often suffer from low searching efficiency and redundant search paths when handling uncertainties of wind and photovoltaic output. This is due to their reliance on single-distribution assumptions for scenario generation

which ignores spatio-temporal correlations. To address these issues

this paper proposes an adaptive search algorithm for security regions in distribution network considering the uncertainties of wind and photovoltaic output. Firstly

a joint distribution model of wind and photovoltaic output is constructed using kernel density estimation and the mixed Copula function. Spatio-temporal coupling scenarios are then generated through Monte Carlo sampling and reduced via

-means clustering. Secondly

an adaptive hybrid search strategy is proposed

combining adaptive interval segmentation with sensitivity matrix guidance in a two-step process of initial iteration and secondary correction. This strategy dynamically adjusts the search direction based on key constraints

significantly reducing redundant search paths and computation time while achieving robust boundary approximation. Finally

algorithm performance is optimized through a parallel computing acceleration mechanism. The effectiveness of the proposed method is validated on an IEEE 33-bus distribution system.

关键词

Keywords

references

杨明通，刘一欣，郭力，等 . 基于数据驱动安全域的输-配-微多层级分布式经济调度方法［J/OL］ . 中国电机工程学报［ 2025-03-13 ］. https：//link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250225.1334.007 https://link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250225.1334.007 .

YANG Mingtong ， LIU Yixin ， GUO Li ， et al . Data-driven security-constrained distributed economic dispatch method for multi-level transmission-distribution-microgrids ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2025-03-13 ］. https：//link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250225.1334.007 https://link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250225.1334.007 .

杨续松，罗先觉，王建学，等 . 基于概率性序列和近似动态规划的高比例可再生能源电力系统中长期生产模拟方法［J/OL］. 电网技术［ 2025-03-13 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1092 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1092 .

YANG Xusong ， LUO Xianjue ， WANG Jianxue ， et al . Mid-long term production simulation of high-proportion renewable energy power system based on probabilistic sequences and approximate dynamic programming ［J/OL］. Power System Technology ［ 2025-03-13 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1092 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1092 .

余贻鑫 . 电力系统安全域［M］. 北京：中国电力出版社， 2014 .

YU Yixin . Security region of electric power system ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2014 .

XIAO J ， GU W ， WANG C ， et al . Distribution system security region： definition， model and security assessment ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2012 ， 6 （ 10 ）： 1029 - 1035 .

肖峻，祖国强，白冠男，等 . 配电系统安全域的数学定义与存在性证明［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 18 ）： 4828 - 4836 .

XIAO Jun ， ZU Guoqiang ， BAI Guannan ， et al . Mathematical definition and existence proof of distribution system security region ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 18 ）： 4828 - 4836 .

肖峻，左磊，祖国强，等 . 基于潮流计算的配电系统安全域模型［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 17 ）： 4941 - 4949 .

XIAO Jun ， ZUO Lei ， ZU Guoqiang ， et al . Model of distribution system security region based on power flow calculation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ，（ 17 ）： 4941 - 4949 .

裴蕾，卫志农，陈胜，等 . 计及光伏出力波动的交直流混合配电网安全域模型［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 10 ）： 4084 - 4093 .

PEI Lei ， WEI Zhinong ， CHEN Sheng ， et al . Security region of variable photovoltaic generation in AC-DC hybrid distribution power networks ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 4084 - 4093 .

肖峻，祖国强，贺琪博，等 . 配电网安全域的实证分析［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 3 ）： 153 - 160 .

XIAO Jun ， ZU Guoqiang ， HE Qibo ， et al . Empirical analysis on distribution system security region ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 153 - 160 .

吉兴全，张丽泓，刘琪，等 . 电压与容量约束下柔性互联配电网安全裕度评估与优化提升［J/OL］. 电力系统自动化［ 2025-05-29 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20250328.1132.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20250328.1132.002.html .

JI Xingqun ， ZHANG Lihong ， LIU Qi ， et al . Evaluation and optimization improvement for safety margin in flexible interconnected distribution network under voltage and capacity constraints ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2025-05-29 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20250328.1132.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20250328.1132.002.html .

苏珈，姜海鹏，江晓东，等 . 计及时序特征的电力系统多时段静态安全域模型及刻画方法研究［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2025-03-13 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241240 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241240 .

SU Jia ， JIANG Haipeng ， JIANG Xiaodong ， et al . The multi-period static security region model and characterization method for power system considering timing characteristics ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2025-03-13 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241240 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241240 .

吕游，毛乃新，秦瑞钧，等 . 考虑风光及负荷不确定性的虚拟电厂低碳经济调度［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 11 ）： 116 - 123 .

LYU You ， MAO Naixin ， QIN Ruijun ， et al . Low-carbon economic dispatch of virtual power plants considering wind power， photovoltaic and load uncertainty ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 11 ）： 116 - 123 .

程杉，张芮嘉，钟仕凌，等 . 计及需求响应柔性调节的可再生能源优化配置［J］. 电力系统及其自动化学报， 2023 ， 35 （ 2 ）： 94 - 102 .

CHENG Shan ， ZHANG Ruijia ， ZHONG Shiling ， et al . Optimal allocation of distribution renewable generations considering flexible regulation of demand-side response ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2023 ， 35 （ 2 ）： 94 - 102 .

吴孟雪，房方 . 计及风光不确定性的电-热-氢综合能源系统分布鲁棒优化［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 13 ）： 3473 - 3485 .

WU Mengxue ， FANG Fang . Distributionally robust optimization of electricity-heat hydrogen integrated energy system with wind and solar uncertainties ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 13 ）： 3473 - 3485 .

郝文斌，孟志高，张勇，等 . 新型电力系统下多分布式电源接入配电网承载力评估方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 14 ）： 23 - 33 .

HAO Wenbin ， MENG Zhigao ， ZHANG Yong ， et al . Carrying capacity evaluation of multiple distributed power supply access to the distribution network with the background of a new power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 14 ）： 23 - 33 .

赵洪山，胡浈，魏伟，等 . 考虑相关性的配电网分布式光伏承载能力提升方法［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 1 ）： 37 - 46 .

ZHAO Hongshan ， HU Zhen ， WEI Wei ， et al . A method to improve the carrying capacity of a distributed photovoltaic power distribution network considering correlation ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 1 ）： 37 - 46 .

李响，张丹，李秋燕，等 . 计及随机性的多分布式电源接入中压配电网承载能力评估［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 17 ）： 150 - 160 .

LI Xiang ， ZHANG Dan ， LI Qiuyan ， et al . Hosting capacity evaluation of distributed generators accessing a medium voltage distribution network considering randomness ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 17 ）： 150 - 160 .

陈浩，张文朝，黄志光，等 . 考虑极端天气的先验知识引导风/光短期出力场景生成方法研究［J］. 智慧电力， 2025 ， 53 （ 3 ）： 44 - 52 .

CHEN Hao ， ZHANG Wenchao ， HUANG Zhiguang ， et al . Research on prior knowledge-guided short-term wind/photovoltaic output scenario generation method considering extreme weather ［J］. Smart Power ， 2025 ， 53 （ 3 ）： 44 - 52 .

肖峻，王聪，宋晨辉 . 综合能源系统能碳安全域的建模与求解［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 6 ）： 23 - 32 .

XIAO Jun ， WANG Cong ， SONG Chenhui . Modeling and solution for energy-carbon security regions of integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 6 ）： 23 - 32 .

卫志农，马智刚，陈胜，等 . 考虑光伏随机性的交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域模型［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 6 ）： 2208 - 2220 .

WEI Zhinong ， MA Zhigang ， CHEN Sheng ， et al . Robust chance-constrained security region model of AC/DC hybrid distribution network considering the uncertainty of photovoltaic generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 6 ）： 2208 - 2220 .

刘浩，王丹，肖峻，等 . 考虑碳流约束的电力系统能碳安全域模型与计算方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 10 - 21 .

LIU Hao ， WANG Dan ， XIAO Jun ， et al . Model and calculation method of energy-carbon security region for power system considering carbon flow constraints ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 10 - 21 .

赵福林，张通，马光，等 . 考虑源-荷波动的电力系统灵活性运行域研究［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2021 ， 55 （ 5 ）： 935 - 947 .

ZHAO Fulin ， ZHANG Tong ， MA Guang ， et al . Study on flexible operation region of power system considering source and load fluctuation ［J］. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2021 ， 55 （ 5 ）： 935 - 947 .

马智刚，卫志农，陈胜，等 . 基于椭圆近似的交直流混合配电网灵活性运行域快速计算方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 113 - 121 .

MA Zhigang ， WEI Zhinong ， CHEN Sheng ， et al . Fast calculation method for flexibility operation region of AC/DC hybrid distribution network based on elliptic approximation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 113 - 121 .

裴蕾，卫志农，陈胜，等 . 基于凸包络的交直流混合配电网安全域［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 45 - 51 .

PEI Lei ， WEI Zhinong ， CHEN Sheng ， et al . Convex hull based security region for AC/DC hybrid distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 45 - 51 .

高帆，包道日娜，狄彦强，等 . 考虑风光出力动态相关性的场景生成方法［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 8 ）： 256 - 264 .

GAO Fan ， BAO Daorina ， DI Yanqiang ， et al . Scene generation method considering dynamic correlation of wind and photovoltaic outputs ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 8 ）： 256 - 264 .

国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会 . 电能质量供电电压偏差： GB/T 12325—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2009 .

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Power quality—deviation of supply voltage ： GB/T 12325—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2009 .

李雪，职梦磊，姜涛，等 . 电力系统电压稳定域边界的全纯嵌入搜索方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 10 ）： 123 - 134 .

LI Xue ， ZHI Menglei ， JIANG Tao ， et al . Holomorphic embedding searching method for voltage stability region boundary of power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 10 ）： 123 - 134 .

李雪，高翔，姜涛，等 . 电力系统全纯嵌入潮流的并行计算［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 18 ）： 5839 - 5854 .

LI Xue ， GAO Xiang ， JIANG Tao ， et al . Parallel computing method of power system holomorphic embedded power flow ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 49 （ 18 ）： 5839 - 5854 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Multi-period Uncertainty Set Modeling Method for Wind Farms Applicable to Robust Control

Probabilistic Impedance Modeling and Stability Analysis of DC Interconnected System Considering Source-Load Uncertainty

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

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

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

Related Author

QIE Zhaohui

FU Linbo

JIANG Tao

LI Wei

LI Zhaowei

LYU Yazhou

LU Zimeng

LIAO Yuming

Related Institution

Key Laboratory of Modern Electric Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

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)

⁰