人工智能赋能微电网运行优化的应用及展望

为深化能源改革和推进“双碳”战略目标，我国提出以构建新型电力系统作为关键行径。《“十四五”现代能源体系规划》提出积极发展智能微电网，以创新电网结构形态和运行模式，推进构建新型电力系统，人工智能是实现微电网运行优化的重要赋能技术。因此，对人工智能赋能微电网运行优化的应用与理论进行深入分析，并对人工智能技术在微电网运行优化中的应用现状、瓶颈及发展趋势展开分析、总结和展望。提出以数字孪生为主要支撑框架的人工智能赋能智慧微电网的应用体系，深度总结功能要素、运行方式和人工智能赋能作用，展望人工智能赋能微电网运行优化的应用前景，为未来人工智能技术与新型电力系统的深度融合应用提供参考和启示。     

微电网多目标优化运行综述

微电网中的分布式电源随机性很大,易导致微电网调度计划出现偏差或运行经济性变差。因此,微电网运行亟待优化。首先对微电网的主要结构、运行模式以及运行特点进行分析,对于含有多个目标的微电网优化运行数学模型,分别从经济效益、环境效益、安全可靠效益与用户满意度4个方面分析微电网运行优化的目标,并对微电网的约束条件以及约束条件的处理进行梳理,进而对微电网多目标运行优化求解的常用智能算法进行归纳总结,为微电网运行优化提供科学可行的理论指导,具有一定现实意义。     

考虑低碳制氢的微电网优化配置

“双碳”目标下,为减少弃风弃光量和传统制氢方法的碳排放,同时提升微电网经济性,对考虑低碳制氢的微电网优化配置进行了研究。通过对制氢过程进行建模,提高经济分析的真实性,结合微电网结构建立考虑低碳制氢的微电网模型,综合考虑微电网配置运行成本、售电/售氢收益以及低碳制氢所带来的节碳收益,建立考虑低碳制氢的微电网优化配置模型,并从系统和设备2个角度提出了衡量配置结果的评价指标。通过分析电、氢设备调度逻辑,提出了一种电氢协调调度策略,采用基于动态时间规整距离的K-means聚类和改进的粒子群优化算法求解得到系统优化配置结果。最后,通过算例仿真验证了制氢装置建模和调度策略的有效性,并分析了售氢价格对优化配置的影响。     

高渗透率光伏微电网能量优化管理策略的研究

针对高渗透率光伏微电网,提出了运行总成本最优的能量优化管理策略。在微电网并网和孤岛两种运行模式下,基于光伏的运维成本、储能设备的运行损耗、火电的环境污染及治理成本、微电网与大电网之间电能交易差额以及可调负荷的断电惩罚费用等因素,建立高渗透率光伏微电网的多目标能量优化模型,并在系统功率平衡等安全约束下,应用具有惯性权重系数的粒子群算法求解得到能量优化管理策略。算例分析表明,该能量管理策略具有经济性和有效性。     

基于深度强化学习的微电网优化运行策略

风电、光伏、负荷的不确定性给含有高比例可再生能源的微电网制定运行策略带来了挑战,人工智能技术的发展为解决微电网运行优化问题提供了新思路。基于强化学习框架,将微电网运行问题转化为马尔可夫决策过程,以最大化微电网经济利益和居民满意度为目标,提出一种基于深度强化学习的微电网在线调度方法。为了在深度强化学习训练的过程中高效利用经验,设计一种优先经验存储的深度确定性策略梯度(PES-DDPG)算法,学习各类环境下不同时段的微电网最优调度策略。算例结果表明,PES-DDPG算法能够为微电网提供有效的调度策略,并实现微电网的实时优化。     

微电网定碳排运行域：理论、构建与观测

构建以高比例新能源为主体的低碳型微电网,充分挖掘微电网低碳调控潜力是实现能源体系绿色低碳转型的重要发展方向。为明晰碳排放目标下微电网低碳运行空间,该文提出计及微电网低碳调控特性的微电网定碳排运行域（CCEOR）理论及刻画方法,基于CCEOR投影观测下的几何特征直观量化微电网低碳调控能力,为调度中心监测和感知微电网运行状态提供有效工具。为确保CCEOR具备可观测理论条件,首先,从CCEOR概念出发,针对非凸特性建立考虑二阶锥松弛的CCEOR转换模型,并揭示CCEOR边界数学性质。进而,针对CCEOR高维耦合复杂特征,结合碳排放流理论构建CCEOR降维观测模型,将微电网低碳运行空间投影至关键节点负荷空间,在此基础上提出可兼顾求解精度和效率的凸包收缩CCEOR边界拟合算法。然后,建立可描述微电网低碳运行能力和变量耦合关系的几何特征指标,以实现微电网低碳调控潜力量化评估。最后,结合典型微电网算例进行CCEOR降维观测与评估,验证了所提模型和方法的有效性。基于可视化分析,深入挖掘了CCEOR在指导微电网协同配电网低碳资源优化和电碳市场交易等方面的潜在应用。     

工业型用户侧微电网储能运行方式与微电网的运营模式

在分析工业型用户侧微电网特点的基础上,归纳总结了微电网中的储能容量及功率配置的原则,分析了工业型用户侧微电网投资主体的多样性,在电网投资储能情况下,提出了以促进光伏就地消纳为主、优化调节微电网对外联络功率为辅、兼顾经济效益为能量优化目标的微电网及储能优化运行的原则和优化流程,提出了适合工业型用户侧微电网的运营模式。以实际微电网工程为例,介绍了储能选型的过程,详细计算分析了在所提储能运行方式下储能的收益和各投资主体的分配比例,为工业型用户侧微电网的规模化发展提供了运营模式参考。     

面向微电网源–储–荷互动的分布式多目标优化算法研究

微电网能量管理系统(microgridenergymanagement system,MGEMS)是保障微电网高效运行的基础,运行优化算法是MGEMS的核心。该文基于势博弈理论,提出一种完全分布式多目标运行优化算法以适应和支撑微电网开放性、智能性,尤其是个体自利、自治和即插即用的发展要求。通过将元件单元(包含负荷)作为独立的决策主体,根据不同类型的自利性目标建立多目标优化模型。引入势博弈,建立源–储–荷互动的分布式优化博弈模型。进一步,结合多目标粒子群算法(multi-objectiveparticleswarmoptimization,MOPSO)与约束支配原则,完成该模型的分布式迭代求解。仿真结果表明,微电网个体的自利性和智能性得以充分体现,经济性、环境性和满意度等多目标得以协调,分布式的个体利益与全局利益得以统一,验证了所提算法的可行性与有效性。     

考虑微电网间能量互济的多微电网日前经济优化策略

当一定区域内大量微电网接入配电网时,微电网的调度高效性以及运行经济性将难以保证,为此提出基于实时电价的并网多微电网日前经济优化策略。首先以多微电网总运行成本最低为目标,通过协调多微电网内各微电网之间能量互济、微电网与配电网之间的能量交互以及微电网内部各分布式发电单元的出力分配,实现多微电网的经济优化;继而为求解该模型,提出基于非线性变异算子的改进Jaya算法以获得更高的求解精度以及抗早熟收敛能力。测试结果表明:该经济优化模型能切实降低多微电网的总运行成本,所提出的改进优化算法具有良好的求解性能。     

微电网优化运行研究现状及其发展

微电网优化运行可以有效地提高其经济效益。在介绍目前微电网优化运行的研究、发展概况基础上,通过微电网并网运行方式下及其孤岛运行方式下数学模型对相关优化数学模型与算法进行概括与分析,对多目标优化问题的解决方法进行了讨论,指出目前的微电网优化数学模型普遍较简单,缺乏对环境因素的考虑。     

多能互补微电网的能量管理研究

微电网系统以其高效性、灵活性的运行优势在电力系统中不断得到重视。为使微电网系统能够稳定、可靠、经济地运行,文中以多种分布式能源为对象,建立了一个以综合成本最小为优化目标、满足多约束条件的微电网能量管理模型。以实际微电网系统为背景,讨论分析多能互补微电网在不同季节典型日条件下的运行经济性,并结合实际情况,给出一个典型微电网的经济运行方案。结果表明,文中所建立的模型具有很好的适用性,能够为微电网实际运行提供一定的理论指导。     

基于Homer仿真的微网能量管理与控制策略

文章采用微电网整体优化设计的理念,尽可能降低储能电池的比例,提高可再生能源渗透率,在进行技术方案比较与分析的基础上,对当地光伏发电量进行了Homer仿真,提出并网型微电网技术方案。进一步提出了微电网能量管理方案,能量优化模型及并网运行模式下的微电网实时运行控制策略。多元化能源在供能用能环节整合系统优化和控制,提供了可借鉴的技术方案。     

应用于微电网的复合储能技术研究综述

在对不同储能技术运行特性进行梳理总结的基础上,从控制策略与规划配置两个方面对复合储能技术在微电网中的研究及应用现状进行了评述。首先,从内部元件构成出发,介绍了复合储能单元在微电网中的基本形态及工作原理,并分析了其相对于单一储能形式的技术经济优势。其次,分别针对复合储能系统在微电网中的三种典型应用场合,阐述了其对应的控制策略,并进一步分析了各类控制方法的优劣。最后,从微电网规划角度,对复合储能系统的容量优化配置问题进行了探讨,总结了不同研究所采用的建模思路、优化目标及约束条件,并指出了后续应进一步关注的问题。     

用户侧微电网的特征及关键技术

分析了用户侧微电网的特征、基本结构及其面临的挑战,在此基础上总结提炼了用户侧微电网待解决的关键技术,包括运行模式与经济评价方法、供电模式与规划设计方法、双向计量与监控技术、控制与保护技术、优化运行与能效管理技术,以及光伏/储能微电网系统平台和关键设备的研发。这些技术有利于打好用户侧微电网商业运营的基础,提升用户服务质量和供电可靠性,实现微电网的并网与规模化发展以及安全稳定运行。     

计及负荷侧灵活性资源的微电网低碳优化调度

为提高清洁能源利用率以及促进微电网稳定低碳运行,建立一种基于负荷侧灵活性资源的微电网低碳优化调度模型。结合微电网实际运行特征,根据灵活性资源分析,进行微电网负荷侧灵活性资源建模,将低碳效益作为微电网优化运行的子目标之一,通过建立惩罚函数,最大限度地减少微电网运行全程产生的碳排放量。利用基于模拟退火的遗传算法对建立的模型进行求解,验证建立的负荷侧灵活性资源低碳优化调度模型的有效性。结果表明：有效利用微电网中的负荷侧灵活性资源能够有效平抑微电网负荷曲线的波动、提升清洁能源消纳量、增强微电网的环境效益。     

新型电力系统中储能应用功能的综述与展望EI北大核心CSCD

以高比例新能源和高比例电力电子(即“双高”)为特征的新型电力系统处在快速发展中,其动态行为和运行特性正发生深刻变化,在多时间尺度上的功率–能量平衡面临重大挑战;而储能可有效改善系统的动态特性、满足系统多时间尺度平衡需求。从分析新型电力系统多时间尺度功率–能量平衡的主要挑战出发,归纳常见储能技术的关键技术特征,探讨储能在新型电力系统中的应用潜力;梳理储能应用功能的研究现状,展望未来趋势,提出一种适用新型电力系统需求的储能多目标协同调控方法,可望实现多时间尺度上功率–能量的高效平衡,为利用储能技术应对新型电力系统的关键挑战提供支撑。     

基于互联的微电网集群化运作整体设计与实现

在环保、低碳经济、可再生能源大规模并网的要求下,微电网集群化运作是一种提高电网对分布式能源消纳的重要解决方案。结合微电网发展现状,指出基于互联的集群化运作是多微电网的进一步发展趋势,并定性描述了微电网集群的概念、结构及组成。研究了微电网集群化运作的特点,并与多微电网协调运行和单微电网运行等相关方式进行对比,探讨了微电网集群化运作的控制方式。最后,案例分析结果体现了微电网集群化运作的优越性。     

实时电力交易下的新能源电网能量管理策略

新能源微电网由多种分布式能量源组成,并具有不同动态特性和多样的能源管理需求,其能量管理是十分复杂的问题。为了提高微电网能源供应的经济效益和环境效益,文中针对由多分布式能源组成的微电网、考虑实时电力交易,提出了能源管理优化策略。该研究针对各分布式能源的运行特性和约束条件,构建了实时交易下的微电网的运行成本和污染排放目标函数,并将多目标函数转换为单目标函数。采用一种改进的粒子群优化方法对目标函数进行优化,求得能量管理策略,并对各分布式能源单元进行最佳功率调度。仿真验证了该能量管理策略的有效性。     

碳税机制下微电网优化调度研究

报告了国内外碳税制度发展现状,提出了碳税价格模型,并将碳税机制引入微电网优化中。研究以微电网综合运行成本为目标,运行稳定性为约束,建立并网运行条件下含可控分布式电源的微电网优化模型。采用Yalmip工具箱求解,得到了在不同碳税价格下微电网优化结果,并分析了碳税价格对微网可再生能源利用率的影响。结果表明,碳税机制能有效降低微电网运行成本,引导微电网更加优先利用新能源发电,提高可再生能源利用率。     

基于混沌的多Agent粒子群算法在微电网并网调度中的优化研究

考虑到微电网中的分布式电源具有较强的波动性和随机性,会对微电网并网的优化运行带来较大影响,在满足系统约束条件下,提出综合考虑各分布式电源发电成本、环境治理费用、微电网并网收益和新能源发电补贴的微电网并网多目标优化调度模型。针对现有标准粒子群算法中可能存在的局部收敛等问题,将多Agent技术和混沌优化的思想引入粒子群算法中,提出一种多Agent混沌粒子群算法用于求解微电网并网多目标优化调度问题,并结合实际微电网案例验证所提出的数学模型的合理性与优化算法的有效性。