计及时空灵活性资源协同的配电信息物理系统规划方法

吴舒坦; 王琦; 于昌平; 胡秦然; 宋梦; 汤奕

doi:10.7500/AEPS20241125001

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计及时空灵活性资源协同的配电信息物理系统规划方法

学术研究 | 更新时间：2025-08-05

- 计及时空灵活性资源协同的配电信息物理系统规划方法
- Planning Method for Cyber-Physical Distribution System Considering Spatial-Temporal Flexibility Resource Collaboration
- 电力系统自动化 2025年49卷第15期页码：74-88
- 作者机构：
  
  东南大学电气工程学院，江苏省南京市210096
- 作者简介：
  
  吴舒坦(1999—)，男，博士研究生，主要研究方向：配电信息物理系统规划与运行、电力系统网络安全。E-mail：wushutan@seu.edu.cn
  王琦(1989—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：电力信息物理系统、电力系统网络安全。E-mail：wangqi@seu.edu.cn
  于昌平(2000—)，女，硕士研究生，主要研究方向：配电网灵活性资源调度。E-mail：yuchangping@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52477077)
- DOI：10.7500/AEPS20241125001
  中图分类号：
- 收稿：2024-11-25，
  
  修回：2025-03-03，
  
  网络出版：2025-05-12，
  
  纸质出版：2025-08-10
- 稿件说明：
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吴舒坦,王琦,于昌平等.计及时空灵活性资源协同的配电信息物理系统规划方法[J].电力系统自动化,2025,49(15):74-88.

WU Shutan,WANG Qi,YU Changping,et al.Planning Method for Cyber-Physical Distribution System Considering Spatial-Temporal Flexibility Resource Collaboration[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(15):74-88.
吴舒坦,王琦,于昌平等.计及时空灵活性资源协同的配电信息物理系统规划方法[J].电力系统自动化,2025,49(15):74-88. DOI： 10.7500/AEPS20241125001.

WU Shutan,WANG Qi,YU Changping,et al.Planning Method for Cyber-Physical Distribution System Considering Spatial-Temporal Flexibility Resource Collaboration[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(15):74-88. DOI： 10.7500/AEPS20241125001.

摘要

随着信息物理系统深度耦合发展，传统配电网规划面临诸多挑战。一方面，配电网日益复杂的交互方式和控制机理使得传统的信息物理独立规划方案难以保证电网整体最优；另一方面，具有调节潜力和故障响应能力的时空灵活性资源的广泛接入，对规划主体提出了新的要求。在信息物理网络耦合背景下，文中提出了计及时空灵活性资源协同的配电信息物理系统规划方法。首先，基于配电信息物理系统整体架构，阐述了灵活性资源参与的配电网时空调度策略，以及时空灵活性资源交互方式和调度特性；然后，提出了考虑信息系统影响和灵活性资源时空转移潜力的配电信息物理系统协同框架、规划模型和求解算法，并通过关键故障集生成和筛选，验证了所提规划方法下的配电网恢复能力；最后，在改进的标准配电系统及外部耦合网络中初步探讨了所提方案的经济性、可靠性和故障支撑能力。

Abstract

With the deep coupling development of cyber-physical systems

traditional distribution network planning is facing numerous challenges. On one hand

the increasingly complex interaction modes and control mechanisms of distribution networks make traditional independent cyber-physical planning schemes unable to ensure the overall optimality of the power grid. On the other hand

the extensive integration of spatial-temporal flexibility resources with regulation potential and fault response capabilities poses new requirements on the planning entities. In the context of cyber-physical network coupling

this paper proposes a planning method for cyber-physical distribution systems considering spatial-temporal flexibility resource collaboration. Firstly

based on the overall architecture of the cyber-physical distribution system

the spatial-temporal scheduling strategies for distribution networks involving flexibility resources

as well as the interaction modes and scheduling characteristics of spatial-temporal flexibility resources are described. Then

the collaborative framework

planning model

and solution algorithm for the cyber-physical distribution system are proposed considering the influence of cyber systems and the potential for spatial-temporal transfer of flexibility resources

and the distribution network recovery capability of the proposed planning method is verified through the generation and screening of key fault sets. Finally

in a modified standard distribution system with external coupling network

the economy

reliability

and fault support capabilities of the proposed scheme are preliminarily discussed.

关键词

Keywords

references

WANG Y ， CHEN C F ， KONG P-Y ， et al . A cyber-physical-social perspective on future smart distribution systems ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2023 ， 111 （ 7 ）： 694 - 724 .

YU X H ， XUE Y S . Smart grids： a cyber-physical systems perspective ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2016 ， 104 （ 5 ）： 1058 - 1070 .

高昆仑，王宇飞，赵婷 . 电网信息物理系统运行中信息-物理交互机理探索［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3101 - 3109 .

GAO Kunlun ， WANG Yufei ， ZHAO Ting . Exploration of cyber-physical interaction mechanism in power grid cyber-physical systems operation ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3101 - 3109 .

薛禹胜，李满礼，罗剑波，等 . 基于关联特性矩阵的电网信息物理系统耦合建模方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 2 ）： 11 - 19 .

XUE Yusheng ， LI Manli ， LUO Jianbo ， et al . Modeling method for coupling relations in cyber physical power systems based on correlation characteristic matrix ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 11 - 19 .

郭庆来，辛蜀骏，孙宏斌，等 . 电力系统信息物理融合建模与综合安全评估：驱动力与研究构想［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 6 ）： 1481 - 1489 .

GUO Qinglai ， XIN Shujun ， SUN Hongbin ， et al . Power system cyber-physical modelling and security assessment： motivation and ideas ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 6 ）： 1481 - 1489 .

LIU W X ， GONG Q ， HAN H ， et al . Reliability modeling and evaluation of active cyber physical distribution system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 7096 - 7108 .

GAO H J ， LYU X D ， HE S J ， et al . Integrated planning of cyber-physical active distribution system considering multidimensional uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2022 ， 13 （ 4 ）： 3145 - 3159 .

吕小东，高红均，贺帅佳，等 . 计及混合通信组网的信息物理主动配电系统协调规划［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 13 ）： 4987 - 5001 ．

LYU Xiaodong ， GAO Hongjun ， HE Shuaijia ， et al . Integrated planning of cyber-physical active distribution system considering hybrid communication networking ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 13 ）： 4987 - 5001 .

唐巍，张志刚，张璐，等 . 考虑微能网聚合整形和资产利用率提升的配电网规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 8 ）： 89 - 98 .

TANG Wei ， ZHANG Zhigang ， ZHANG Lu ， et al . Distribution network planning considering aggregated shaping for micro-energy grids and improvement of asset utilization rate ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 89 - 98 .

纪永新，王承民，张玉林，等 . 智能配电网一二次协同规划方法研究［J］. 智慧电力， 2020 ， 48 （ 1 ）： 69 - 73 .

JI Yongxin ， WANG Chengmin ， ZHANG Yulin ， et al . Primary and secondary collaborative planning method for smart distribution network ［J］. Smart Power ， 2020 ， 48 （ 1 ）： 69 - 73 .

李蕴，李雪男，舒彬，等 . 配电一次网架与信息系统协同规划［J］. 电力建设， 2015 ， 36 （ 11 ）： 30 - 37 .

LI Yun ， LI Xuenan ， SHU Bin ， et al . Coordinative planning of cyber-power distribution system ［J］. Electric Power Construction ， 2015 ， 36 （ 11 ）： 30 - 37 .

刘文霞，徐慧婷，陈晔，等 . 计及多维不确定性影响的配电信息物理系统优化规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7205 - 7215 ．

LIU Wenxia ， XU Huiting ， CHEN Ye ， et al . Cyber physical distribution system optimal planning considering the influence of multi-dimensional uncertainties ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7205 - 7215 .

张博，唐巍，蔡永翔，等 . 面向高比例户用光伏消纳的储能系统与通信网络协同规划［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3161 - 3169 .

ZHANG Bo ， TANG Wei ， CAI Yongxiang ， et al . Collaborative configuration of energy storage systems and communication networks for accommodation of high-penetration residential PVs ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3161 - 3169 .

WU S T ， WANG Q ， CHEN Q C ， et al . Cyber-physical integrated planning of distribution networks considering spatial-temporal flexible resources ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2024 ， 9 （ 3 ）： 142 - 156 .

刘文霞，宫琦，郭经，等 . 基于混合通信网的主动配电信息物理系统可靠性评价［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1706 - 1718 ．

LIU Wenxia ， GONG Qi ， GUO Jing ， et al . Reliability simulation of ADN cyber-physical system based on hybrid communication network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1706 - 1718 ．

阮前途，叶荣 . 保障极端天气下供需安全的新型电力系统电源规划［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 4 ）： 103 - 115 .

RUAN Qiantu ， YE Rong . Power source planning of new power system for guaranteeing supply-demand security under extreme weather ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 4 ）： 103 - 115 .

别朝红，卞艺衡，张理寅，等 . 新型电力系统应对极端事件的风险防范与应急管理关键技术［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 18 ）： 7049 - 7068 .

BIE Zhaohong ， BIAN Yiheng ， ZHANG Liyin ， et al . Key technologies of risk prevention and emergency management against extreme events for new power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 18 ）： 7049 - 7068 .

董申，周步祥，臧天磊，等 . 考虑快速响应应急资源的配电信息物理系统灾后协同恢复方法［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2025-02-17 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241688 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241688 .

DONG Shen ， ZHOU Buxiang ， ZANG Tianlei ， et al . Post-disaster coordinated restoration method for power distribution cyber-physical system considering rapid response emergency resource ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2025-02-17 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241688 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.241688 .

王丹阳，张沈习，程浩忠，等 . 考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 77 - 85 ．

WANG Danyang ， ZHANG Shenxi ， CHENG Haozhong ， et al . Coordinated planning of multi-regional energy stations considering spatio-temporal adjustment of energy consumption in data centers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 77 - 85 .

胡泽春，邵成成，何方，等 . 电网与交通网耦合的设施规划与运行优化研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 12 ）： 3 - 19 .

HU Zechun ， SHAO Chengcheng ， HE Fang ， et al . Review and prospect of research on facility planning and optimal operation for coupled power and transportation networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 3 - 19 .

郭创新，王惠如，张伊宁，等 . 面向区域能源互联网的“源-网-荷”协同规划综述［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3071 - 3080 .

GUO Chuangxin ， WANG Huiru ， ZHANG Yining ， et al . Review of “source-grid-load” co-planning orienting to regional energy Internet ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3071 - 3080 .

雍培，张宁，慈松，等 . 5G通信基站参与需求响应：关键技术与前景展望［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 16 ）： 5540 - 5552 .

YONG Pei ， ZHANG Ning ， CI Song ， et al . 5G communication base stations participating in demand response： key technologies and prospects ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 16 ）： 5540 - 5552 .

陈敏，高赐威，郭庆来，等 . 互联网数据中心负荷时空可转移特性建模与协同优化：驱动力与研究架构［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 19 ）： 6945 - 6958 .

CHEN Min ， GAO Ciwei ， GUO Qinglai ， et al . Modeling and coordinated optimization for spatiotemporal load regulation potentials of Internet data centers： motivation and architecture ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 19 ）： 6945 - 6958 .

丁肇豪，曹雨洁，张素芳，等 . 能源互联网背景下数据中心与电力系统协同优化（一）：数据中心能耗模型［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3161 - 3177 .

DING Zhaohao ， CAO Yujie ， ZHANG Sufang ， et al . Coordinated operation for data center and power system in the context of energy Internet （Ⅰ）： energy demand management model of data center ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3161 - 3177 .

WANG H R ， WANG Q ， TANG Y ， et al . Spatial load migration in a power system： concept， potential and prospects ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 140 ： 107926 .

俞拙非，刘菲，刘瑞环，等 . 面向配电网弹性提升的源网荷灵活资源优化研究综述及展望［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 4 ）： 132 - 144 ．

YU Zhuofei ， LIU Fei ， LIU Ruihuan ， et al . Resilience-oriented optimization of source-grid-load flexible resources in distribution systems： review and prospect ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 4 ）： 132 - 144 .

吴刚，高赐威，陈宋宋，等 . 考虑需求响应的数据中心用电负荷优化研究综述［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3782 - 3788 .

WU Gang ， GAO Ciwei ， CHEN Songsong ， et al . A survey on data center power load optimization considering demand response ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3782 - 3788 .

张巍，祝童童，苏瑾 . 考虑电动汽车和5G基站的电力-信息-交通耦合网络需求响应策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 7 ）： 116 - 126 .

ZHANG Wei ， ZHU Tongtong ， SU Jin . Demand response strategy for power-cyber-transportation coupling network considering electric vehicles and 5G base stations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 7 ）： 116 - 126 .

李金鹏，冯华，陈晓刚，等 . 计及多重不确定性的规模化电动汽车接入配电网调度方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 7 ）： 138 - 146 .

LI Jinpeng ， FENG Hua ， CHEN Xiaogang ， et al . Dispatching method for large-scale electric vehicles connecting to distribution network considering multiple uncertainties ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 7 ）： 138 - 146 .

王月汉，刘文霞，姚齐，等 . 面向配电网韧性提升的移动储能预布局与动态调度策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 15 ）： 37 - 45 ．

WANG Yuehan ， LIU Wenxia ， YAO Qi ， et al . Pre-layout and dynamic scheduling strategy of mobile energy storage for resilience enhancement of distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 15 ）： 37 - 45 ．

李昆，方家琨，艾小猛，等 . 考虑通信与配套设备协调优化的大规模5G宏基站网络能量管理模型［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 14 ）： 5391 - 5404 .

LI Kun ， FANG Jiakun ， AI Xiaomeng ， et al . Energy management model of large-scale 5G macro base station network considering the coordinated optimization of communication equipment and standard equipment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 14 ）： 5391 - 5404 .

麻秀范，刘子豪，王颖，等 . 考虑通信负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳能力研究［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 21 ）： 5832 - 5845 ．

MA Xiufan ， LIU Zihao ， WANG Ying ， et al . Research on photovoltaic absorption capacity of 5G base station considering communication load migration and energy storage dynamic backup ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 21 ）： 5832 - 5845 ．

ZERAATI M ， HAMEDANI GOLSHAN M E ， GUERRERO J M . Distributed control of battery energy storage systems for voltage regulation in distribution networks with high PV penetration ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 3582 - 3593 .

WU S T ， WANG Q ， MIAO C R . Distribution network resilience enhancement strategy considering spatial-temporal migration of flexible resources on supply and demand sides ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2024 ， 18 （ 7 ）： 1177 - 1192 .

TANG D F ， WANG P . Probabilistic modeling of nodal charging demand based on spatial-temporal dynamics of moving electric vehicles ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 2 ）： 627 - 636 .

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