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东北大学胡杰、孙秋野等:信息能源系统自-互-群立体协同优化方法


本文受国家重点研发计划(2018YFA0702200)、国家自然科学基金重点项目(61433004)、国家自然科学基金(61573094)、中央大学基础研究基金(N140402001)资助。


原文发表在《全球能源互联网》2019年第5期,欢迎品读。(点击查看)


作者:胡杰,孙秋野,胡旌伟,张化光

单位:东北大学信息科学与工程学院


研究背景

随着能源互联网和现代信息科学技术的不断发展人类正逐步从化石能源为主的能源系统过渡到以可再生能源为主多元化绿色化的综合能源系统。可再生能源存在随机性波动性以及在地理上分散与生产不连续等缺点,如何在通信计算信息处理等能力有限的条件下完成综合能源系统的能量调度实现能源绿色高效利用成为全球广为关注的焦点问题通过智能终端实现可再生能源之间信息共享以信息流控制能量流,有望实现可再生能源的最大程度消纳。

文章导读

1

针对综合能源系统的优化调度问题,提出了自-互-群的立体协同优化体系。根据不同的系统状况,选择不同层级的优化策略,进而实现信息能源系统安全高效运行。

2

针对自-互-群三个优化层级,分别构建了优化目标和优化策略,详述了基于智能终端的立体协同优化方法的运行流程。

重点内容

为了应对能源生产、分配及消费形式都呈现出时空异步、信能融合、多能互补以及智物协同的新趋势,创建有效的终端信息能源系统的平衡、协同、管控方法。构建信息能源系统的自-互-群协同优化架构,依托边缘智能,实现数据边缘计算处理,减轻系统网络传输压力;通过分级优化的方法,在有限信息通讯以及信息处理能力的情况下,进行能量优化调度,保证系统安全高效运行。本文提出的立体协同优化方法示意图如图1所示,包含有自-互-群三个优化层级。

⬆ 图1 综合能源系统的自-互-群立体协同优化方法示意图

自优化主要依托智能终端设备,对于端内进行纵向电-气-热-冷等多能互补,横向源-荷-储协同优化。智能终端设备区别于传统的终端设备,主要体现在由数据到知识、感知到认知以及自动化到智能化的转变。基于智能终端的综合能源系统结构图如图2所示。

⬆ 图2 基于智能终端的综合能源系统结构图

对于边缘区域,包含有智能数据处理优化的功能,能够进行区域自优化。优化以单区域自身经济性为优化目标,通过端内源-荷-储-转四个方面,自行趋优。自优化运行示意图如图3所示。

⬆ 图3 能源区域自优化示意图

在自优化的基础之上,互优化则是通过相邻智能终端区域进行邻端协同优化以及通过博弈等手段,突破单一终端的承受极限,寻求基于邻居范围内的优化。区别于单端的协调局限,互优化能充分利用邻居区域的能源和信息,进行局部优化。而邻端之间的互优化在满足多端系统稳定的前提下,寻求局部以各自经济性为目标的优化方法。互优化运行示意图如图4所示。


⬆ 图4 能源区域互优化运行示意图

虽然互优化能突破单一终端的承受极限,但对于系统的紧急状况,以及能量余度较大的情况,互优化仍然无法满足要求。群优化通过云平台技术,和智能终端交互进行能量调度,以及全局多时间尺度的多目标优化方法实现全局优化,群优化层级一般只在紧急情况调用。群优化运行示意图如图5所示。

⬆ 图5 能源区域群优化运行示意图

基于智能终端的综合能源系统的自-互-群立体协同优化体系,其运行流程总结如图6所示。

⬆ 图6 自-互-群立体协同优化体系运行流程图

本文引文信息

胡杰,孙秋野,胡旌伟,等. 信息能源系统自-互-群立体协同优化方法[J]. 全球能源互联网,2019,2(5):457-465.


Hu Jie, Sun Qiuye, Hu Jingwei, et al. Three-dimensional self-mutual-group collaborative optimization method for information-energy systems[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(5): 457-465(in Chinese).

研究团队

东北大学信息科学与工程学院电气自动化研究所长期从事包括电力系统仿真与分析技术、电网安全稳定控制技术、电力系统规划等多方面的研究。研究团队同时长期从事综合能源系统的智能优化决策与安全运行研究,在理论、方法和技术等方面取得了若干系统性的创新研究成果,并实现规模工业应用。

以张化光教授为核心、孙秋野教授为骨干的能源互联网与智慧能源研究团队主要研究复杂网络稳定性分析、分布式能源系统建模及分析、智能控制理论等。团队先后承担并完成了973 项目1 项,国家863 高科技计划重大/探索专项4 项,国家重点基金4 项,国家自然科学基金杰出青年基金2 项,国家自然科学基金面上/青年项目26 项。

作者简介

胡杰


博士研究生


主要研究方向为能源互联网、分布式协同控制、分布式优化

E-mail:hujie_neu@foxmail.com

孙秋野


教授,博士生导师


主要研究方向为电力系统,电气工程及其自动化,能源互联网,微电网,分布式优化,分布式控制等

E-mail:sunqiuye@mail.neu.edu.cn

胡旌伟


博士研究生


主要研究方向为能源互联网,能源市场,非侵入式监测,博弈论等

E-mail:hjw_neu@outlook.com

张化光


教授,博士生导师


主要研究方向为自适应动态规划,模糊控制,网络控制,能源互联网等

E-mail:zhanghuaguang@mail.neu.edu.cn

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编辑张鹏

审核:白恺


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