本文研究了光伏-儲(chǔ)能-熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）綜合能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，在盡可能保證電熱系統(tǒng)各自信息有效保護(hù)隔離的前提下，利用 Benders分解方法將電熱耦合系統(tǒng)模型分解為熱力系統(tǒng)主問(wèn)題和電力系統(tǒng)子問(wèn)題，得出各系統(tǒng)設(shè)備的最優(yōu)出力分配.
（本文來(lái)源：微信公眾號(hào)“電工技術(shù)學(xué)報(bào)”）
同時(shí)研究了基于 Benders 分解法的系統(tǒng)間交互模式和系統(tǒng)有效保護(hù)信息，探討了在隱私保護(hù)前提下運(yùn)用分解協(xié)調(diào)優(yōu)化方法求解的可行性。所提出的方法實(shí)現(xiàn)了綜合能源系統(tǒng)電熱網(wǎng)在各自信息隱私保護(hù)情況下達(dá)到全局最優(yōu)。
項(xiàng)目研究背景
綜合能源系統(tǒng)互聯(lián)化的發(fā)展使得存在多個(gè)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)和大電網(wǎng)相聯(lián)的情況，由于用戶隱私、數(shù)量規(guī)模等原因，不適宜將熱力系統(tǒng)內(nèi)詳細(xì)數(shù)據(jù)上傳到電力系統(tǒng)調(diào)控中心。因此，在區(qū)域綜合能源里，電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)有一定相互關(guān)聯(lián)，但又保持各自的獨(dú)立性.
在這樣的情況下，兩者之間的信息是無(wú)法充分化和透明化交互的，系統(tǒng)信息的隱私保障是必要的。由此，如何對(duì)電熱獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到整體的效益最大化，是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。
本文基于 Benders 分解法，在調(diào)度中心信息加密化的情況下，在實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的同時(shí)，能夠保護(hù)綜合能源系統(tǒng)中不同能源網(wǎng)絡(luò)或不同設(shè)備主體之間的信息隱私，減少信息共享，保護(hù)信息安全。
論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)
為了實(shí)現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)電熱網(wǎng)在各自信息隱私保護(hù)情況下達(dá)到全局最優(yōu)，論文研究了光伏-儲(chǔ)能-熱電聯(lián)產(chǎn)簡(jiǎn)單綜合能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，探討了在隱私保護(hù)前提下運(yùn)用分解協(xié)調(diào)優(yōu)化方法求解的可行性，證明了能用分布式求解實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。
為解決電熱隱私保護(hù)情況下綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題，通常用到Benders分解方法， Benders分解方法所要求的協(xié)調(diào)只需要一些隱私加密化的信息，能夠?qū)?yōu)化問(wèn)題分解，獨(dú)立優(yōu)化求解并通過(guò)反復(fù)迭代達(dá)到整體效益的最優(yōu)，如圖1。
圖1 綜合能源網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的分解協(xié)調(diào)示意圖
首先建立了電熱耦合系統(tǒng)的分解優(yōu)化運(yùn)行模型；其次，利用Benders分解法對(duì)模型進(jìn)行求解，將模型分解為熱力系統(tǒng)主問(wèn)題和電力系統(tǒng)子問(wèn)題，通過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)之間迭代計(jì)算，得出各系統(tǒng)設(shè)備的最優(yōu)出力分配；再次，研究了基于Benders分解法的系統(tǒng)間交互模式，在盡可能保證主子問(wèn)題各自信息有效保護(hù)隔離的前提下，兩個(gè)系統(tǒng)之間只需要交換隱私化后的參數(shù)及Benders約束，最大程度上保護(hù)了電/熱系統(tǒng)的信息隱私。
圖2 光伏-儲(chǔ)能-CHP功率流與Benders主子問(wèn)題變量劃分
利用 Benders 分解法中主問(wèn)題和子問(wèn)題各自優(yōu)化的特性，圖3將原 Benders 分解法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)加密的方式實(shí)現(xiàn)信息隱私化，將子問(wèn)題中包含的主問(wèn)題信息保護(hù)隔離，主問(wèn)題中包含的子問(wèn)題信息保護(hù)隔離。
圖3 信息隱私化后的 Benders 分解算法的模型求解原理
在圖3的信息隱私化的迭代交互模式下，基于已建立的電熱耦合模型，綜合對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件的分析，總結(jié)出電網(wǎng)和熱網(wǎng)各自有效保護(hù)信息和共享信息。
同時(shí)總結(jié)出在這樣形成信息隱私加密化的主、子問(wèn)題信息交互模式，包括信息的傳遞和返回過(guò)程。在交互模式下電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)必須遵循以下準(zhǔn)則：
結(jié)論
該研究顯示電熱系統(tǒng)在信息隱私保護(hù)的情況下進(jìn)行各自獨(dú)立的優(yōu)化，兩者的迭代信息遵循一定的機(jī)制準(zhǔn)則，能夠?qū)崿F(xiàn)總體效益最大化，這是由Benders分解優(yōu)化原理所保證的。
基于Benders分解法，在調(diào)度中心信息加密化的情況下，在實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的同時(shí)，能夠保護(hù)綜合能源系統(tǒng)中不同能源網(wǎng)絡(luò)或不同設(shè)備主體之間的信息隱私，減少信息共享，保護(hù)信息安全。
引用本文
張雨曼, 劉學(xué)智, 嚴(yán)正, 張沛超. 光伏-儲(chǔ)能-熱電聯(lián)產(chǎn)綜合能源系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(11): 2372-2386. Zhang Yuman, Liu Xuezhi, Yan Zheng, Zhang Peichao. Decomposition-Coordination Based Optimization for PV-BESS-CHP Integrated Energy Systems. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(11): 2372-2386.
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191468
