考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略

张波; 张永康; 孙英钧; 贾焦心

doi:10.7500/AEPS20241025003

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考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略

学术研究 | 更新时间：2025-09-25

- 考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略
- Data-knowledge-driven Optimal Dispatch and Control Strategy for Distribution Network Considering Photovoltaic Levelized Cost of Energy
- 电力系统自动化 2025年49卷第18期页码：74-82
- 作者机构：
  
  河北省分布式储能与微网重点实验室（华北电力大学），河北省保定市 071003
- 作者简介：
  
  张波(1981—)，男，通信作者，副教授，硕士生导师，主要研究方向：新能源电力系统分析与稳定控制、电力电子系统可靠性分析。E-mail：zhangbo@ncepu.edu.cn
  张永康(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源电力系统规划。E-mail：zhang0605@ncepu.edu.cn
  孙英钧（2002—），男，硕士研究生，主要研究方向：新能源电力系统分析与控制。E-mail：yj_sun2023@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52207102);河北省自然科学基金资助项目(E2022502059)
- DOI：10.7500/AEPS20241025003
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-10-25，
  
  修回日期：2025-01-14，
  
  网络出版日期：2025-03-11，
  
  纸质出版日期：2025-09-25
- 稿件说明：
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张波,张永康,孙英钧等.考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略[J].电力系统自动化,2025,49(18):74-82.

ZHANG Bo,ZHANG Yongkang,SUN Yingjun,et al.Data-knowledge-driven Optimal Dispatch and Control Strategy for Distribution Network Considering Photovoltaic Levelized Cost of Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(18):74-82.
张波,张永康,孙英钧等.考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略[J].电力系统自动化,2025,49(18):74-82. DOI： 10.7500/AEPS20241025003.

ZHANG Bo,ZHANG Yongkang,SUN Yingjun,et al.Data-knowledge-driven Optimal Dispatch and Control Strategy for Distribution Network Considering Photovoltaic Levelized Cost of Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(18):74-82. DOI： 10.7500/AEPS20241025003.

摘要

光伏电源深度参与配电网优化调控可促进新能源配电网安全稳定运行，但势必会降低光伏电源的寿命损伤，同时增加优化模型的求解复杂度。为此，文中基于数据-知识驱动架构，提出考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略。首先，分析光伏电源提供无功支撑对光伏度电成本的影响，建立考虑光伏度电成本的配电网优化最优决策知识模型，获取配电网优化调控最优决策知识。然后，将配电网优化调控最优决策知识嵌入数据驱动的配电网极端梯度提升（XGBoost）优化调控模型，通过数据-知识驱动方法挖掘配电网状态信息与光伏最优决策之间的非线性映射关系，并利用贝叶斯算法完成XGBoost模型超参数的自适应优化。最后，利用PG&E 69节点典型配电系统验证所提策略的有效性。

Abstract

The deep participation of photovoltaic power supply in the optimal dispatch and control of distribution networks can promote the safe and stable operation of distribution networks with renewable energy. However

it reduces the life expenditure of photovoltaic power supply and increases the complexity of solving the optimal model. Consequently

based on the data-knowledge-driven architecture

this paper proposes a data-knowledge-driven optimal dispatch and control strategy for the distribution network considering photovoltaic levelized cost of energy (LCOE). Firstly

the influence of reactive power support provided by photovoltaic power supply on the photovoltaic LCOE is analyzed

and the optimal decision-making knowledge model of distribution network optimization considering the photovoltaic LCOE is established. The optimal decision-making knowledge of the optimal dispatch and control for distribution networks is obtained. Then

the optimal decision-making knowledge of the optimal dispatch and control for distribution networks is embedded in the data-driven eXtreme gradient boosting (XGBoost) optimal dispatch and control model for distribution networks. The nonlinear mapping relationship between the distribution network state information and photovoltaic optimal decision-making is mined through the data-knowledge-driven method

and the adaptive optimization of the hyperparameters of the XGBoost model is completed by the Bayesian algorithm. Finally

the effectiveness of the proposed strategy is verified by the typical PG&E 69-bus distribution network.

关键词

Keywords

references

国家能源局 . 2023年全国电力工业统计数据［EB/OL］.［ 2024-10-23 ］. https：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm https://www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm .

National Energy Administration . National electric power industry statistical data in 2023 ［EB/OL］. ［ 2024-10-23 ］. https：//www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm https://www.nea.gov.cn/2024-01/26/c_1310762246.htm .

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 . Technology features of the new generation power system in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 1893 - 1904 .

丁明，王伟胜，王秀丽，等 . 大规模光伏发电对电力系统影响综述［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 1 ）： 1 - 14 .

DING Ming ， WANG Weisheng ， WANG Xiuli ， et al . A review on the effect of large-scale PV generation on power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 1 ）： 1 - 14 .

高家元，赵晋斌，陈晓博，等 . 电压并网逆变器的功率控制与设计［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1788 - 1798 .

GAO Jiayuan ， ZHAO Jinbin ， CHEN Xiaobo ， et al . Power control and design of voltage-controlled grid-connected inverter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1788 - 1798 .

陈炜，艾欣，吴涛，等 . 光伏并网发电系统对电网的影响研究综述［J］. 电力自动化设备， 2013 ， 33 （ 2 ）： 26 - 32 .

CHEN Wei ， AI Xin ， WU Tao ， et al . Influence of grid-connected photovoltaic system on power network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2013 ， 33 （ 2 ）： 26 - 32 .

ZHANG Y X ， XU Y ， YANG H M ， et al . Voltage regulation-oriented co-planning of distributed generation and battery storage in active distribution networks ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2019 ， 105 ： 79 - 88 .

刘华志，李永刚，王优胤，等 . 无功电压优化对新能源消纳的影响［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （增刊2 ）： 646 - 653 .

LIU Huazhi ， LI Yonggang ， WANG Youyin ， et al . Influence of reactive power and voltage optimization on new energy consumption ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ S2 ）： 646 - 653 .

黄大为，王孝泉，于娜，等 . 计及光伏出力不确定性的配电网混合时间尺度无功/电压控制策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 17 ）： 4377 - 4389 .

HUANG Dawei ， WANG Xiaoquan ， YU Na ， et al . Hybrid timescale voltage/var control in distribution network considering PV power uncertainty ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 17 ）： 4377 - 4389 .

周林，任伟，廖波，等 . 并网型光伏电站无功电压控制［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （ 20 ）： 168 - 175 .

ZHOU Lin ， REN Wei ， LIAO Bo ， et al . Reactive power and voltage control for grid-connected PV power plants ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ 20 ）： 168 - 175 .

时珉，尹瑞，姜卫同，等 . 分布式光伏灵活并网集群调控技术综述［J］. 电测与仪表， 2021 ， 58 （ 12 ）： 1 - 9 .

SHI Min ， YIN Rui ， JIANG Weitong ， et al . Overview of flexible grid-connected cluster control technology for distributed photovoltaic ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2021 ， 58 （ 12 ）： 1 - 9 .

符杨，周晓鸣，苏向敬 . 多电压等级不平衡主动配电网电压无功自适应多目标协调优化［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2136 - 2147 .

FU Yang ， ZHOU Xiaoming ， SU Xiangjing . Adaptive and coordinated volt/var optimization for unbalanced active distribution networks of multiple voltage levels ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2136 - 2147 .

刘蕊，吴奎华，冯亮，等 . 含高渗透率分布式光伏的主动配电网电压分区协调优化控制［J］. 太阳能学报， 2022 ， 43 （ 2 ）： 189 - 197 .

LIU Rui ， WU Kuihua ， FENG Liang ， et al . Voltage partition coordinated optimization control of active distribution network of high penetration distributed PVs ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2022 ， 43 （ 2 ）： 189 - 197 .

DA SILVEIRA BRITO E M ， CUPERTINO A F ， PEREIRA H A ， et al . Reliability-based trade-off analysis of reactive power capability in PV inverters under different sizing ratio ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 136 ： 107677 .

GANDHI O ， RODRIGUEZ-GALLEGOS C D ， GORLA N B Y ， et al . Reactive power cost from PV inverters considering inverter lifetime assessment ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 738 - 747 .

YANG Y H ， WANG H ， BLAABJERG F . Reactive power injection strategies for single-phase photovoltaic systems considering grid requirements ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2014 ， 50 （ 6 ）： 4065 - 4076 .

PEYGHAMI S ， BLAABJERG F ， PALENSKY P . Incorporating power electronic converters reliability into modern power system reliability analysis ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 2 ）： 1668 - 1681 .

SANGWONGWANICH A ， YANG Y H ， SERA D ， et al . Lifetime evaluation of grid-connected PV inverters considering panel degradation rates and installation sites ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 1225 - 1236 .

王磊，石家瑞，吴源鑫，等 . 基于光伏系统可靠性的组件与逆变器最优容配比研究［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 12 ）： 498 - 504 .

WANG Lei ， SHI Jiarui ， WU Yuanxin ， et al . Research on optimal capacity ratio of module and inverter based on reliability of photovoltaic system ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 12 ）： 498 - 504 .

SANGWONGWANICH A ， YANG Y H ， BLAABJERG F ， et al . Benchmarking of constant power generation strategies for single-phase grid-connected photovoltaic systems ［C］// 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition （APEC）， March 20-24 ， 2016 ， Long Beach， USA .

张波，高远，李铁成，等 . 计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 5 ）： 1313 - 1326 .

ZHANG Bo ， GAO Yuan ， LI Tiecheng ， et al . Reactive voltage optimization control strategy for high penetration photovoltaic distribution network considering IGBT junction temperature constraint ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 5 ）： 1313 - 1326 .

DRAGICEVIC T ， WHEELER P ， BLAABJERG F . Artificial intelligence aided automated design for reliability of power electronic systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 8 ）： 7161 - 7171 .

ZHANG B ， GAO Y . IGBT reliability analysis of photovoltaic inverter with reactive power output capability ［J］. Microelectronics Reliability ， 2023 ， 147 ： 115073 .

姚婷婷，管乐诗，石恩达，等 . 一种低母线电压尖峰的改进型Y源逆变器及其可靠性分析［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊1 ）： 209 - 217 .

YAO Tingting ， GUAN Yueshi ， SHI Enda ， et al . A low DC-link voltage spike modified Y-source inverter and its reliability evaluation ［J］. Transactions of China electrotechnical society ， 2021 ， 36 （ S1 ）： 209 - 217 .

黄志强，陈业伟，毛志鹏，等 . 柔性多状态开关与分布式储能系统联合接入规划［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 29 - 37 .

HUANG Zhiqiang ， CHEN Yewei ， MAO Zhipeng ， et al . Joint access planning of soft open point and distributed energy storage system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 29 - 37 .

仲礼鹏，王梓耀，余涛，等 . 基于可靠性显式表达的交直流混合配电网规划方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 52 - 61 .

ZHONG Lipeng ， WANG Ziyao ， YU Tao ， et al . Planning method for AC/DC hybrid distribution network based on explicit expression of reliability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 52 - 61 .

帅轩越，王秀丽，吴雄，等 . 计及电热需求响应的共享储能容量配置与动态租赁模型［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 24 - 32 .

SHUAI Xuanyue ， WANG Xiuli ， WU Xiong ， et al . Shared energy storage capacity allocation and dynamic lease model considering electricity-heat demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 24 - 32 .

颜湘武，徐韵，李若瑾，等 . 基于模型预测控制含可再生分布式电源参与调控的配电网多时间尺度无功动态优化［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 10 ）： 2022 - 2037 .

YAN Xiangwu ， XU Yun ， LI Ruojin ， et al . Multi-time scale reactive power optimization of distribution grid based on model predictive control and including RDG regulation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 10 ）： 2022 - 2037 .

李峰，王琦，胡健雄，等 . 数据与知识联合驱动方法研究进展及其在电力系统中应用展望［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 13 ）： 4377 - 4390 .

LI Feng ， WANG Qi ， HU Jianxiong ， et al . Combined data-driven and knowledge-driven methodology research advances and its applied prospect in power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 13 ）： 4377 - 4390 .

MA Q ， DENG C H . Simplified deep reinforcement learning based volt-var control of topologically variable power system ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 4 ）： 1396 - 1404 .

徐博涵，向月，潘力，等 . 基于深度强化学习的含高比例可再生能源配电网就地分散式电压管控方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 22 ）： 100 - 109 .

XU Bohan ， XIANG Yue ， PAN Li ， et al . Local decentralized voltage management of a distribution network with a high proportion of renewable energy based on deep reinforcement learning ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 22 ）： 100 - 109 .

李慧婷 . 基于深度强化学习的含分布式电源配电网优化策略研究［D］. 成都：电子科技大学， 2022 .

LI Huiting . Research on optimization strategy of distribution network with distributed power based on deep reinforcement learning ［D］. Chengdu ： University of Electronic Science and Technology of China ， 2022 .

邵美阳，吴俊勇，石琛，等 . 基于数据驱动和深度置信网络的配电网无功优化［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 6 ）： 1874 - 1885 .

SHAO Meiyang ， WU Junyong ， SHI Chen ， et al . Reactive power optimization of distribution network based on data driven and deep belief network ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 1874 - 1885 .

LIAO W L ， CHEN J ， LIU Q ， et al . Data-driven reactive power optimization for distribution networks using capsule networks ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2022 ， 10 （ 5 ）： 1274 - 1287 .

谢庆，王春鑫，李帆，等 . 知识及数据驱动的电力一次设备健康管理方法综述［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 2 ）： 605 - 620 ..

XIE Qing ， WANG Chunxin ， LI Fan ， et al . Review of knowledge and data-driven primary equipment health management methods ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 2 ）： 605 - 620 ..

李鹏，黄文琦，王鑫，等 . 数据与知识联合驱动的人工智能方法在电力调度中的应用综述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 1 ）： 160 - 175 .

LI Peng ， HUANG Wenqi ， WANG Xin ， et al . Review on application of combined data-knowledge-driven artificial intelligence methods in power dispatching ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 160 - 175 .

王志杨，张靖，何宇，等 . 数据与模型混合驱动的区域综合能源系统双层优化调度决策方法［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 10 ）： 3797 - 3813 .

WANG Zhiyang ， ZHANG Jing ， HE Yu ， et al . Hybrid data-driven and model-driven bi-level optimal scheduling decision for regional integrated energy systems ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 3797 - 3813 .

赵晋泉，夏雪，徐春雷，等 . 新一代人工智能技术在电力系统调度运行中的应用评述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 24 ）： 1 - 10 .

ZHAO Jinquan ， XIA Xue ， XU Chunlei ， et al . Review on application of new generation artificial intelligence technology in power system dispatching and operation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 24 ）： 1 - 10 .

雷万钧，刘进军，吕高泰，等 . 大容量电力电子装备关键器件及系统可靠性综合分析与评估方法综述［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 10 ）： 3353 - 3361 .

LEI Wanjun ， LIU Jinjun ， LÜ Gaotai ， et al . Review of reliability comprehensive analysis and evaluation methods for key components and system of large capacity power electronic equipment ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 10 ）： 3353 - 3361 .

MUSALLAM M ， JOHNSON C M . An efficient implementation of the rainflow counting algorithm for life consumption estimation ［J］. IEEE Transactions on Reliability ， 2012 ， 61 （ 4 ）： 978 - 986 .

刘楠，康俊杰，赵春阳 . 多能互补能源基地开发模式及综合效益提升方法［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 4 ）： 1339 - 1352 .

LIU Nan ， KANG Junjie ， ZHAO Chunyang . Development model of multi-energy complementary energy base and comprehensive benefit enhancement method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 4 ）： 1339 - 1352 .

吴建章，梅飞，郑建勇，等 . 基于改进经验小波变换和XGBoost的电能质量复合扰动分类［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 1 ）： 232 - 243 .

WU Jianzhang ， MEI Fei ， ZHENG Jianyong ， et al . Recognition of multiple power quality disturbances based on modified empirical wavelet transform and XGBoost ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 232 - 243 .

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