團(tuán)隊介紹

張雨曼，上海交通大學(xué)，碩士研究生，研究方向為綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃、運(yùn)行，包括可再生能源和負(fù)荷不確定性研究，以及多時間尺度優(yōu)化研究等，參與國家重點研發(fā)計劃。

劉學(xué)智，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，講師。2014年獲英國卡迪夫大學(xué)博士學(xué)位，2013-2015年在英國曼徹斯特大學(xué)從事博士后研究工作。

研究方向為電氣與能源交叉學(xué)科領(lǐng)域，擁有10年以上國內(nèi)外綜合能源系統(tǒng)研究經(jīng)歷，包含電/熱/氣/氫網(wǎng)、熱電聯(lián)供、熱泵以及光伏-儲能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運(yùn)行等。

論文代表作包含第一作者發(fā)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(xué)術(shù)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(xué)—英國利茲大學(xué)學(xué)術(shù)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(fā)計劃、國家電網(wǎng)等項目。

導(dǎo)語

本文研究了光伏-儲能-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)主問題和電力系統(tǒng)子問題，得出各系統(tǒng)設(shè)備的最優(yōu)出力分配。

同時研究了基于 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(tǒng)信息的隱私保障是必要的。由此，如何對電熱獨立的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到整體的效益最大化，是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。

本文基于 Benders 分解法，在調(diào)度中心信息加密化的情況下，在實現(xiàn)各系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的同時，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

為了實現(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-儲能-熱電聯(lián)產(chǎn)簡單綜合能源系統(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)化問題分解，獨立優(yōu)化求解并通過反復(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分解法對模型進(jìn)行求解，將模型分解為熱力系統(tǒng)主問題和電力系統(tǒng)子問題，通過兩個系統(tǒng)之間迭代計算，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題各自信息有效保護(hù)隔離的前提下，兩個系統(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(yōu)化的特性，圖3將原 Benders 分解法進(jìn)行改進(jìn)，通過加密的方式實現(xiàn)信息隱私化，將子問題中包含的主問題信息保護(hù)隔離，主問題中包含的子問題信息保護(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。

同時總結(jié)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(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，在實現(xiàn)各系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的同時，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, 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.