團隊介紹

張雨曼，上海交通大學，碩士研究生，研究方向為綜合能源系統優化規劃、運行，包括可再生能源和負荷不確定性研究，以及多時間尺度優化研究等，參與國家重點研發計劃。

劉學智，上海交通大學電子信息與電氣工程學院，講師。2014年獲英國卡迪夫大學博士學位，2013-2015年在英國曼徹斯特大學從事博士后研究工作。

研究方向為電氣與能源交叉學科領域，擁有10年以上國內外綜合能源系統研究經歷，包含電/熱/氣/氫網、熱電聯供、熱泵以及光伏-儲能系統優化設計與運行等。

論文代表作包含第一作者發表的3篇《Applied Energy》(IF：8.4)與1篇《Journal of Energy Storage》(IF: 3.5) ，其中1篇ESI高被引論文，谷歌學術引用共500次以上。2017年上海市浦江人才計劃獲得者。2019年上海交通大學—英國利茲大學學術交流基金項目獲得者。先后參與英國EPSRC、歐盟FP7、國家重點研發計劃、國家電網等項目。

導語

本文研究了光伏-儲能-熱電聯產（CHP）綜合能源系統的協調優化運行，在盡可能保證電熱系統各自信息有效保護隔離的前提下，利用 Benders分解方法將電熱耦合系統模型分解為熱力系統主問題和電力系統子問題，得出各系統設備的最優出力分配。

同時研究了基于 Benders 分解法的系統間交互模式和系統有效保護信息，探討了在隱私保護前提下運用分解協調優化方法求解的可行性。所提出的方法實現了綜合能源系統電熱網在各自信息隱私保護情況下達到全局最優。

項目研究背景

綜合能源系統互聯化的發展使得存在多個區域綜合能源系統和大電網相聯的情況，由于用戶隱私、數量規模等原因，不適宜將熱力系統內詳細數據上傳到電力系統調控中心。因此，在區域綜合能源里，電力系統與熱力系統有一定相互關聯，但又保持各自的獨立性。

在這樣的情況下，兩者之間的信息是無法充分化和透明化交互的，系統信息的隱私保障是必要的。由此，如何對電熱獨立的系統進行優化，達到整體的效益最大化，是一個具有挑戰性的問題。

本文基于 Benders 分解法，在調度中心信息加密化的情況下，在實現各系統優化運行的同時，能夠保護綜合能源系統中不同能源網絡或不同設備主體之間的信息隱私，減少信息共享，保護信息安全。

論文方法及創新點

為了實現綜合能源系統電熱網在各自信息隱私保護情況下達到全局最優，論文研究了光伏-儲能-熱電聯產簡單綜合能源系統的協調優化運行，探討了在隱私保護前提下運用分解協調優化方法求解的可行性，證明了能用分布式求解實現全局最優。

為解決電熱隱私保護情況下綜合能源系統優化運行問題，通常用到Benders分解方法， Benders分解方法所要求的協調只需要一些隱私加密化的信息，能夠將優化問題分解，獨立優化求解并通過反復迭代達到整體效益的最優，如圖1。

圖1 綜合能源網優化運行的分解協調示意圖

首先建立了電熱耦合系統的分解優化運行模型；其次，利用Benders分解法對模型進行求解，將模型分解為熱力系統主問題和電力系統子問題，通過兩個系統之間迭代計算，得出各系統設備的最優出力分配；再次，研究了基于Benders分解法的系統間交互模式，在盡可能保證主子問題各自信息有效保護隔離的前提下，兩個系統之間只需要交換隱私化后的參數及Benders約束，最大程度上保護了電/熱系統的信息隱私。

圖2 光伏-儲能-CHP功率流與Benders主子問題變量劃分

利用 Benders 分解法中主問題和子問題各自優化的特性，圖3將原 Benders 分解法進行改進，通過加密的方式實現信息隱私化，將子問題中包含的主問題信息保護隔離，主問題中包含的子問題信息保護隔離。

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，綜合對目標函數和約束條件的分析，總結出電網和熱網各自有效保護信息和共享信息。

同時總結出在這樣形成信息隱私加密化的主、子問題信息交互模式，包括信息的傳遞和返回過程。在交互模式下電力系統和熱力系統必須遵循以下準則：

結論

該研究顯示電熱系統在信息隱私保護的情況下進行各自獨立的優化，兩者的迭代信息遵循一定的機制準則，能夠實現總體效益最大化，這是由Benders分解優化原理所保證的。

基于Benders分解法，在調度中心信息加密化的情況下，在實現各系統優化運行的同時，能夠保護綜合能源系統中不同能源網絡或不同設備主體之間的信息隱私，減少信息共享，保護信息安全。

引用本文

張雨曼, 劉學智, 嚴正, 張沛超. 光伏-儲能-熱電聯產綜合能源系統分解協調優化運行研究[J]. 電工技術學報, 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.