考虑极端场景的新能源电力系统输电网架智能扩展规划方法

曾琦; 刘子琦; 杨良; 高仕林; 周旭; 习工伟; 程奕

doi:10.7500/AEPS20250310007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑极端场景的新能源电力系统输电网架智能扩展规划方法

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 考虑极端场景的新能源电力系统输电网架智能扩展规划方法
- Intelligent Expansion Planning Method for Transmission Network of Power System with Renewable Energy Considering Extreme Scenarios
- 电力系统自动化 2026年50卷第2期页码：71-82
- 作者机构：
  
  1.四川大学电气工程学院，四川省成都市610065
  2.国家电力调度控制中心，北京市 100031
  3.电网安全全国重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192
- 作者简介：
  
  曾琦（1977—），女，博士，副教授，主要研究方向：电力系统稳定与控制、柔性直流输电。E-mail：zengqi-hk@163.com
  刘子琦（2001—），男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统静态分析、电网规划。E-mail：2023223035163@stu.scu.edu.cn
  杨良（1989—），男，博士，高级工程师，主要研究方向：电网运行调度控制。E-mail：liangyang@sgcc.com.cn
  高仕林（1994—），男，通信作者，博士，副研究员，硕士生导师，主要研究方向：电力系统暂态建模仿真、稳定分析、数字孪生。E-mail：gaoshilin@scu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司科技项目(5200-202455396A-3-3-ZX)
- DOI：10.7500/AEPS20250310007
  中图分类号：
- 收稿：2025-03-10，
  
  修回：2025-06-23，
  
  网络首发：2025-08-11，
  
  纸质出版：2026-01-25
- 稿件说明：
移动端阅览
曾琦,刘子琦,杨良等.考虑极端场景的新能源电力系统输电网架智能扩展规划方法[J].电力系统自动化,2026,50(2):71-82.

ZENG Qi,LIU Ziqi,YANG Liang,et al.Intelligent Expansion Planning Method for Transmission Network of Power System with Renewable Energy Considering Extreme Scenarios[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):71-82.
曾琦,刘子琦,杨良等.考虑极端场景的新能源电力系统输电网架智能扩展规划方法[J].电力系统自动化,2026,50(2):71-82. DOI： 10.7500/AEPS20250310007.

ZENG Qi,LIU Ziqi,YANG Liang,et al.Intelligent Expansion Planning Method for Transmission Network of Power System with Renewable Energy Considering Extreme Scenarios[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):71-82. DOI： 10.7500/AEPS20250310007.

摘要

近年来

极端气象灾害频发，电网设备故障概率增加，电力系统运行风险加剧。基于深度强化学习算法，文中提出了一种考虑极端场景下新能源电力系统电压支撑强度和扩建经济性的输电网架扩展规划方法。首先，考虑极端灾害对电网的影响，构建了电网典型极端运行场景。其次，利用马尔可夫链将网架规划问题转化为序列决策过程，将短路比裕度指标和线路扩建综合成本指标作为目标函数，得到网架扩展规划模型。进一步，提出了基于多门控专家混合模型-双延迟深度确定性策略梯度强化学习算法的扩展规划模型求解方法。最后，在含风电和光伏并网的改进IEEE RTS-24系统以及中国西北某地区直流送出系统算例中，模拟了系统极端运行场景，并求解考虑不同极端场景的网架扩展规划方案，验证了所提方法的有效性与鲁棒性。

Abstract

In recent years

extreme weather disasters occur frequently

leading to an increased probability of power grid equipment failure and exacerbating the operation risks of the power system. Based on deep reinforcement learning algorithms

an expansion planning method for transmission networks is proposed

considering both the voltage support strength of power system with renewable energy and the economic efficiency of expansion under extreme scenarios. Firstly

considering the impact of extreme disasters on the power grid

typical extreme scenarios for the power grid have been constructed. Secondly

the network planning problem is transformed into a sequential decision-making process by using Markov chains. The short-circuit ratio margin index and the comprehensive cost index of line expansion are taken as the objective functions

resulting in a network expansion planning model. Furthermore

a solving method for expansion planning model based on the multi-gate mixture-of-expert model and twin-delayed deep deterministic policy gradient reinforcement learning algorithm is proposed. Finally

in a modified IEEE RTS-24 system with integrated wind and photovoltaic power

as well as a DC transmission system case from a certain region in Northwest China

extreme operation scenarios of the system are simulated

and network expansion planning schemes considering various extreme scenarios are solved to verify the effectiveness and robustness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

刘文霞，刘佳怡，万海洋，等 . 面向多类型极端天气的新型电力系统规划方案全场景风险评估［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 4 ）： 65 - 78 .

LIU Wenxia ， LIU Jiayi ， WAN Haiyang ， et al . Full-scenario risk assessment of new power system planning scheme for multiple types of extreme weather ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 4 ）： 65 - 78 .

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 .

马梓耀，张博，张璐，等 . 考虑经济性与韧性均衡的交直流混合配电网协调规划［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 6 ）： 78 - 87 .

MA Ziyao ， ZHANG Bo ， ZHANG Lu ， et al . Coordinated planning for AC/DC hybrid distribution networks considering equilibrium between economy and resilience ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 6 ）： 78 - 87 .

李佩杰，玉君连，孙志媛 . 输电网拓扑优化的MISOCP模型及邻域搜索加速求解方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 3 ）： 170 - 177 .

LI Peijie ， YU Junlian ， SUN Zhiyuan . Mixed-integer second-order cone programming model for topology optimization of transmission network and accelerated solution method for neighborhood search ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 3 ）： 170 - 177 .

柳璐，程浩忠，吴耀武，等 . 面向高比例可再生能源的输电网规划方法研究进展与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 176 - 183 .

LIU Lu ， CHENG Haozhong ， WU Yaowu ， et al . Research progress and prospects of transmission expansion planning method for high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 176 - 183 .

张衡，程浩忠，张建平，等 . 高比例风电背景下计及 N -1安全网络约束的发输电优化规划［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 20 ）： 5929 - 5936 .

ZHANG Heng ， CHENG Haozhong ， ZHANG Jianping ， et al . Generation and transmission expansion planning considering N -1 security constraints with high penetration of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 20 ）： 5929 - 5936 .

SHEN X W ， SHAHIDEHPOUR M ， HAN Y D ， et al . Expansion planning of active distribution networks with centralized and distributed energy storage systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 8 （ 1 ）： 126 - 134 .

GHASEMI H ， AGHAEI J ， GHAREHPETIAN G B ， et al . Bi-level decomposition approach for coordinated planning of an energy hub with gas-electricity integrated systems ［J］. IEEE Systems Journal ， 2022 ， 16 （ 1 ）： 1529 - 1539 .

CHOI J ， TRAN T ， EL-KEIB A A ， et al . A method for transmission system expansion planning considering probabilistic reliability criteria ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2005 ， 20 （ 3 ）： 1606 - 1615 .

王秀丽，李淑慧，陈皓勇，等 . 基于非支配遗传算法及协同进化算法的多目标多区域电网规划［J］. 中国电机工程学报， 2006 ， 26 （ 12 ）： 11 - 15 .

WANG Xiuli ， LI Shuhui ， CHEN Haoyong ， et al . Multi-objective and multi-district transmission planning based on NSGA-Ⅱ and cooperative co-evolutionary algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2006 ， 26 （ 12 ）： 11 - 15 .

姜惠兰，安星，王亚微，等 . 基于改进NSGA2算法的考虑风机接入电能质量的多目标电网规划［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 21 ）： 5405 - 5411 .

JIANG Huilan ， AN Xing ， WANG Yawei ， et al . Improved NSGA2 algorithm based multi-objective planning of power grid with wind farm considering power quality ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 21 ）： 5405 - 5411 .

葛少云，张有为，刘洪，等 . 考虑网架动态重构的主动配电网双层扩展规划［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1526 - 1536 .

GE Shaoyun ， ZHANG Youwei ， LIU Hong ， et al . Bi-layer expansion programming method for active distribution network considering dynamic grid reconfiguration ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1526 - 1536 .

王渝红，胡胜杰，宋雨妍，等 . 基于强化学习理论的输电网扩展规划方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 7 ）： 2829 - 2838 .

WANG Yuhong ， HU Shengjie ， SONG Yuyan ， et al . Transmission expansion planning based on reinforcement learning ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 7 ）： 2829 - 2838 .

王渝红，周旭，陈磊，等 . 基于DDQN的风电替代传统电源的输电网结构优化研究［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 6 ）： 2084 - 2094 .

WANG Yuhong ， ZHOU Xu ， CHEN Lei ， et al . Research on the optimization of transmission network structure based on DDQN for wind power replace integration ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 2084 - 2094 .

孔涛，程浩忠，李钢，等 . 配电网规划研究综述［J］. 电网技术， 2009 ， 33 （ 19 ）： 92 - 99 .

KONG Tao ， CHENG Haozhong ， LI Gang ， et al . Review of power distribution network planning ［J］. Power System Technology ， 2009 ， 33 （ 19 ）： 92 - 99 .

杨月，孙英云，毛志航，等 . 中期天气过程引发的风电极端场景生成方法［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-11-05 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20241227.1243.004.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20241227.1243.004.html .

YANG Yue ， SUN Yingyun ， MAO Zhihang ， et al . Wind power extreme scenario generation caused by weather processes on medium time scale ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-11-05 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20241227.1243.004.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20241227.1243.004.html .

王建学，张耀，吴思，等 . 大规模冰灾对输电系统可靠性的影响分析［J］. 中国电机工程学报， 2011 ， 31 （ 28 ）： 49 - 56 .

WANG Jianxue ， ZHANG Yao ， WU Si ， et al . Influence of large-scale ice disaster on transmission system reliability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2011 ， 31 （ 28 ）： 49 - 56 .

苑子俊，张衡，时珊珊，等 . 考虑台风特征与线路故障双重不确定性的源-网-储协同规划［J/OL］. 电力系统自动化［ 2025-05-24 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240806.1521.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240806.1521.002.html .

YUAN Zijun ， ZHANG Heng ， SHI Shanshan ， et al . Coordinated preventive planning of source-network-storage considering the dual uncertainties of typhoon characteristics and line failure ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2025-05-24 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240806.1521.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240806.1521.002.html .

王金岩，丁坤，孙亚璐，等 . 强沙尘暴下新能源基地的韧性评估及其提升方法［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 1 ）： 124 - 135 .

WANG Jinyan ， DING Kun ， SUN Yalu ， et al . Research on resilience assessment and improvement methods of new energy bases under strong sandstorm ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 1 ）： 124 - 135 .

晏鸣宇，周志宇，文劲宇，等 . 基于短期覆冰预测的电网覆冰灾害风险评估方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 21 ）： 168 - 175 .

YAN Mingyu ， ZHOU Zhiyu ， WEN Jinyu ， et al . Assessment method for power grid icing risk based on short-term icing forecasting ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 21 ）： 168 - 175 .

陈怡冉，许寅，张宸赓，等 . 考虑台风强度尾部概率特性的电网负荷灾损评估方法［J/OL］. 电网技术［ 2024-12-10 ］. https：//link.cnki.net/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1782 https://link.cnki.net/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1782 .

CHEN Yiran ， XU Yin ， ZHANG Chengeng ， et al . Power grid load loss assessment method considering the tail probability characteristics of typhoon intensity ［J/OL］. Power System Technology ［ 2024-12-10 ］. https：//link.cnki.net/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1782 https://link.cnki.net/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1782 .

ZHOU J ， ZHANG H ， CHENG H ， et al . Resilience-oriented hardening and expansion planning of transmission system under hurricane impact ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2024 ， 10 （ 4 ）： 1746 - 1760 .

WANG H ， HOU K ， ZHAO J B ， et al . Planning-oriented resilience assessment and enhancement of integrated electricity-gas system considering multi-type natural disasters ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 315 ： 118824 .

孙华东，徐式蕴，许涛，等 . 新能源多场站短路比定义及指标［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 497 - 506 .

SUN Huadong ， XU Shiyun ， XU Tao ， et al . Definition and index of short circuit ratio for multiple renewable energy stations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 497 - 506 .

于琳，孙华东，赵兵，等 . 新能源并网系统短路比指标分析及临界短路比计算方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 3 ）： 919 - 929 .

YU Lin ， SUN Huadong ， ZHAO Bing ， et al . Short circuit ratio index analysis and critical short circuit ratio calculation of renewable energy grid-connected system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 3 ）： 919 - 929 .

李保罗，徐式蕴，李宗翰，等 . 基于贝叶斯深度学习的新能源多场站临界短路比区间预测方法［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 14 ）： 5451 - 5463 .

LI Baoluo ， XU Shiyun ， LI Zonghan ， et al . Multiple renewable energy station critical short circuit ratio interval prediction method based on Bayesian deep learning ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 14 ）： 5451 - 5463 .

于琳，孙华东，徐式蕴，等 . 电力电子设备接入电压支撑强度量化评估指标综述［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 499 - 515 .

YU Lin ， SUN Huadong ， XU Shiyun ， et al . Overview of strength quantification indexes of power system with power electronic equipment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 499 - 515 .

于琳，孙华东，徐式蕴，等 . 高比例新能源电力系统电压支撑强度实时量测方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 5 ）： 1741 - 1752 .

YU Lin ， SUN Huadong ， XU Shiyun ， et al . Research on the real-time measurement method of the strength of the power system with high penetration of renewable energies ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 5 ）： 1741 - 1752 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于强化学习的高比例新能源电网多时段在线预防控制策略