基于分布鲁棒优化的电-气综合能源系统弹性提升策略

张亚超; 易杨; 胡志鹏; 谢仕炜; 黄张浩; 郑峰

doi:10.7500/AEPS20201013001

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基于分布鲁棒优化的电-气综合能源系统弹性提升策略

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于分布鲁棒优化的电-气综合能源系统弹性提升策略
- Resilience Enhancement Strategy of Electricity-Gas Integrated Energy System Based on Distributionally Robust Optimization
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第13期页码：76-84
- 作者机构：
  
  1.福州大学电气工程与自动化学院，福建省福州市 350108
  2.国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，浙江省杭州市 310017
- 作者简介：
  
  张亚超(1985—)，男，博士，讲师，主要研究方向：含新能源电力系统优化调度。E-mail：yczhang@fzu.edu.cn
  易杨(1984—)，男，通信作者，博士，高级工程师，主要研究方向：电力电子控制技术。E-mail：ad9851@126.com
  胡志鹏(1992—)，男，硕士，中级工程师，主要研究方向：综合能源系统优化运行。E-mail：hangdianhzp@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61903088)
- DOI：10.7500/AEPS20201013001
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-10-13，
  
  修回日期：2021-01-12，
  
  网络出版日期：2021-04-09，
  
  纸质出版日期：2021-07-10
- 稿件说明：
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张亚超,易杨,胡志鹏等.基于分布鲁棒优化的电-气综合能源系统弹性提升策略[J].电力系统自动化,2021,45(13):76-84.

ZHANG Yachao,YI Yang,HU Zhipeng,et al.Resilience Enhancement Strategy of Electricity-Gas Integrated Energy System Based on Distributionally Robust Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(13):76-84.
张亚超,易杨,胡志鹏等.基于分布鲁棒优化的电-气综合能源系统弹性提升策略[J].电力系统自动化,2021,45(13):76-84. DOI： 10.7500/AEPS20201013001.

ZHANG Yachao,YI Yang,HU Zhipeng,et al.Resilience Enhancement Strategy of Electricity-Gas Integrated Energy System Based on Distributionally Robust Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(13):76-84. DOI： 10.7500/AEPS20201013001.

摘要

小概率-高风险极端天气灾害事件的频发对电力系统的安全稳定运行提出了重大挑战。针对深度耦合的电-气综合能源系统，文中提出一种考虑极端天气下配电网线路故障概率信息的弹性导向分布鲁棒优化模型以提升其弹性能力。首先，融合极端条件下元件故障概率区间构造线路故障模糊集，在此基础上建立防御-攻击-防御3层框架下的配电网弹性提升优化问题。其次，构建以燃气机组出力为耦合变量的天然气系统运行可行性子问题。然后，提出一种内外双层循环算法求解上述问题：外层循环结合对偶理论和列与约束生成算法求解配电网优化问题；内层循环采用Benders分解算法对气网问题进行校验。最后，通过算例验证了所提模型及求解算法的有效性。

Abstract

The frequent occurrence of extreme weather disaster events with low probability and high risk puts forward a great challenge to the safe and stable operation of the power system. Aiming at the deeply coupled electricity-gas integrated energy system

a resilience-oriented distributionally robust optimization model considering the failure probability information of distribution network transmission lines under extreme conditions is proposed to enhance the resilience. Firstly

the ambiguity set of the transmission line failure is constructed by incorporating the probability interval of component failure under extreme conditions. On this basis

an optimization problem of resilience enhancement in the distribution network is established with the tri-level framework of defense-attack-defense. Secondly

the operation feasibility sub-problem of the natural gas system is developed

where the power outputs of gas-fired units are regarded as the coupling variables. Thirdly

an internal and external bi-level cycle algorithm is proposed to solve the above problems: the outer cycle combines the duality theory and column-and-constraint generation algorithm to solve the distribution network optimization problem

and the Benders decomposition algorithm is employed to check the gas network problem in the inner cycle. Finally

the calculation example verifies the effectiveness of the proposed model and solution algorithm.

关键词

Keywords

references

GHOLAMI A ， AMINIFAR F ， SHAHIDEHPOUR M . Front lines against the darkness： enhancing the resilience of the electricity grid through microgrid facilities ［J］. IEEE Electrification Magazine ， 2016 ， 4 （ 1 ）： 18 - 24 .

别朝红，林超凡，李更丰，等 . 能源转型下弹性电力系统的发展与展望［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2735 - 2744 .

BIE Zhaohong ， LIN Chaofan ， LI Gengfeng ， et al . Development and prospect of resilient power system in the context of energy transition ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2735 - 2744 .

CHEN C ， WANG J ， QIU F ， et al . Resilient distribution system by microgrids formation after natural disasters ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 7 （ 2 ）： 958 - 966 .

周孝信，陈树勇，鲁宗相，等 . 能源转型中我国新一代电力系统的技术特征［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 7 ）： 1893 - 1904 .

ZHOU Xiaoxin ， CHEN Shuyong ， LU Zongxiang ， et al . Characteristics of China’s new generation power system in energy transformation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 1893 - 1904 .

CESEÑA E ， MANCARELLA P . Energy systems integration in smart districts： robust optimization of multi-energy flows in integrated electricity， heat and gas networks ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 1122 - 1131 .

HE C ， ZHANG X ， LIU T ， et al . Coordination of interdependent electricity grid and natural gas network—a review ［J］. Current Sustainable/Renewable Energy Reports ， 2018 ， 5 ： 23 - 36 .

卞艺衡，别朝红，黄格超，等 . 弹性配电网分布式可再生能源电源最优配置模型［J］. 全球能源互联网， 2020 ， 3 （ 3 ）： 213 - 221 .

BIAN Yiheng ， BIE Zhaohong ， HUANG Gechao ， et al . Optimal renewable energy distributed generators placement for resilient distribution system ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2020 ， 3 （ 3 ）： 213 - 221 .

MA S ， CHEN B ， WANG Z . Resilience enhancement strategy for distribution systems under extreme weather events ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 2 ）： 1442 - 1451

齐世雄，王秀丽，邵成成，等 . 极端事件下电-气混联综合能源系统的恢复力分析［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 1 ）： 41 - 49 .

QI Shixiong ， WANG Xiuli ， SHAO Chengcheng ， et al . Resilience analysis of integrated electricity and natural gas energy system under extreme events ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 41 - 49 .

SHAO C ， SHAHIDEHPOUR M ， WANG X ， et al . Integrated planning of electricity and natural gas transportation systems for enhancing the power grid resilience ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4418 - 4429 .

ALDARAJEE A H M ， HOSSEINIAN S H ， VAHIDI B ， et al . A coordinated planner-disaster-risk-averse-planner investment model for enhancing the resilience of integrated electric power and natural gas networks ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 119 ： 105948 .

唐文虎，杨毅豪，李雅晶，等 . 极端气象灾害下输电系统的弹性评估及其提升措施研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2244 - 2254 .

TANG Wenhu ， YANG Yihao ， LI Yajing ， et al . Investigation on resilience assessment and enhancement for power transmission systems under extreme meteorological disasters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2244 - 2254 .

李振坤，王法顺，郭维一，等 . 极端天气下智能配电网的弹性评估［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 9 ）： 60 - 68 .

LI Zhenkun ， WANG Fashun ， GUO Weiyi ， et al . Resilience evaluation of smart distribution network in extreme weather ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 60 - 68 .

陈彬，于继来 . 强台风环境下配电线路故障概率评估方法［J］. 中国电力， 2019 ， 52 （ 5 ）： 89 - 95 .

CHEN Bin ， YU Jilai . Outage probability evaluation of the distribution corridors under strong typhoon environment ［J］. Electric Power ， 2019 ， 52 （ 5 ）： 89 - 95 .

周任军，闵雄帮，童小娇，等 . 电力环保经济调度矩不确定分布鲁棒优化方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 13 ）： 3248 - 3256 .

ZHOU Renjun ， MIN Xiongbang ， TONG Xiaojiao ， et al . Distributional robust optimization under moment uncertainty of environment and economic dispatch for power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 13 ）： 3248 - 3256 .

SHANG C ， YOU F . Distributionally robust optimization for planning and scheduling under uncertainty ［J］. Computers and Chemical Engineering ， 2018 ， 110 ： 53 - 68 .

LIU H ， HAN K ， GAYAH V ， et al . Data-driven linear decision rule approach for distributionally robust optimization of on-line signal control ［J］. Transportation Research Part C ， 2015 ， 59 ： 260 - 277 .

ZHANG Y ， LE J ， ZHENG F ， et al . Two-stage distributionally robust coordinated scheduling for gas-electricity integrated energy system considering wind power uncertainty and reserve capacity configuration ［J］. Renewable Energy ， 2019 ， 135 ： 122 - 135 .

ZHANG Y ， ZHENG F ， SHU S ， et al . Distributionally robust optimization scheduling of electricity and natural gas integrated energy system considering confidence bands for probability density functions ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 123 ： 106321 .

税月，刘俊勇，高红均，等 . 考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7235 - 7247 .

SHUI Yue ， LIU Junyong ， GAO Hongjun ， et al . A distributionally robust coordinated dispatch model for integrated electricity and heating systems considering uncertainty of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7235 - 7247 .

WANG X ， LI Z ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Robust line hardening strategies for improving the resilience of distribution systems with variable renewable resources ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 386 - 395 .

ZENG B ， ZHAO L . Solving two-stage robust optimization problems using a column-and-constraint generation method ［J］. Operations Research Letters ， 2013 ， 41 ： 457 - 461 .

CONEJO A ， CASTILLO E ， MÍNGUEZ R ， et al . Decomposition techniques in mathematical programming ［M］. New York， USA ： Springer ， 2006 ， 5 （ 6 ）： 362 - 367 .

XIONG P ， JIRUTITIJAROEN P ， SINGH C . A distributionally robust optimization model for unit commitment considering uncertain wind power generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 39 - 49 .

HE C ， WU L ， LIU T ， et al . Robust co-optimization scheduling of electricity and natural gas systems via ADMM ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2017 ， 8 （ 2 ）： 658 - 670 .

WEN Y ， GUO C ， PANDZIC H ， et al . Enhanced security-constrained unit commitment with emerging utility-scale energy storage ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 652 - 662 .

张津珲，王旭，蒋传文，等 . 计及交通流量不确定性的多网耦合综合能源系统优化调度方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3081 - 3089 .

ZHANG Jinhui ， WANG Xu ， JIANG Chuanwen ， et al . Optimal scheduling method of multi-network regional integrated energy system based on traffic flow uncertainty ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3081 - 3089 .

HE C ， DAI C ， WU L ， et al . Robust network hardening strategy for enhancing resilience of integrated electricity and natural gas distribution systems against natural disasters ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 5787 - 5798 .

程新功，厉吉文，曹立霞，等 . 基于电网分区的多目标分布式并行无功优化研究［J］. 中国电机工程学报， 2003 ， 23 （ 10 ）： 109 - 113 .

CHENG Xingong ， LI Jiwen ， CAO Lixia ， et al . Multi-objective distributed parallel reactive power optimization based on subarea division of the power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2003 ， 23 （ 10 ）： 109 - 113 .

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