面向隐私保护基于联邦强化学习的分布式电源协同优化策略

针对分布式电源优化调度面临的隐私保护和实时决策问题,提出了基于联邦强化学习的多智能体分布式协同优化策略。首先,构建了基于联邦强化学习的配电网分布式协同优化框架,利用联邦学习避免在多智能体深度强化学习过程中泄露隐私数据。在此框架下,提出了多智能体约束策略优化方法,利用离线训练缩短在线决策时间,支持智能体实时分布式决策。同时,该方法为智能体构建了考虑潮流方程等约束条件的可行域,允许智能体在训练过程中自由探索,提高了收敛速度,并确保实时调度策略满足电力系统安全运行约束。最后,通过算例进行仿真验证,结果表明离线训练时各智能体仅利用局部信息即可实现全局优化,并保证了实时决策和调度策略的安全性。     

基于时域模型的电-气综合能源系统分布式鲁棒状态估计

高效准确的状态估计(SE)技术是电-气综合能源系统(IEGS)安全稳定运行的关键。现有的IEGS-SE方法常采用有限元差分模型描述气网动态特性。该模型需引入冗余的时空微元,难以兼顾SE精度和计算复杂度。为此,提出一种基于时域模型的IEGS分布式鲁棒SE方法,在保证精度的前提下提升计算效率。首先,基于时域模型推导出以真实节点压强为状态量的气网状态空间模型,实现气网模型的简化和降维。在此基础上,以卡尔曼滤波算法为框架,提出有限边界信息交互的分布式IEGS-SE策略,以解决不同子系统多管理主体之间的信息壁垒问题。最后,利用噪声自适应算法准确跟踪时变噪声参数,提升所提方法的鲁棒性。仿真算例证明,所提方法在保护各子系统隐私的条件下,有效提高了SE精度,抑制了坏数据影响,且计算效率远高于传统有限元差分法。     

支撑能源互联网协同优化的隐私计算关键技术

传统电力系统与其他能源系统不断交叉融合,逐渐形成能源互联的新生态。在能源互联网中,数据使用权与数据所有权分离、信息资源与计算资源分离的特征使得多主体协同优化的隐私保护问题日益突出。文中从能源互联网协同优化的典型模式出发,总结了传统第三方代理计算模式及无第三方交互计算模式的隐私安全风险,提出了考虑隐私保护的能源互联网协同优化初步技术方案。首先,面向含第三方场景提出了基于信息伪装机制的安全代理计算方案,并研究了该方案的算法特性、算子构造方法以及基于云服务的用户侧、集群级、系统级应用场景。然后,面向无第三方场景提出了基于秘密分享原理的安全多方交互计算方案,并结合多中心化和全分布式两种应用架构,分析了该方案应用于海量主体或少量主体场景时的特性差异。最后,所述方案从数据隐私性和计算安全性层面,保障数据所有者的权益,遏制并降低能源互联网协同优化计算的数据泄露风险,实现可靠隐私保护。     

基于LSSVM的电-气区域综合能源系统短期可靠性评估

电-气区域综合能源系统电、气相互影响,一方面使得模型驱动的单一能源系统可靠性评估方法不再适用;另一方面由于天然气的引入,导致其短期可靠性评估计算开销大。为综合解决这两个问题,提出用机理模型结果训练最小二乘支持向量机（LSSVM）,由LSSVM在线评估短期可靠性的方法。首先,建立元件可靠性模型,提出基于系统等效节点模型的故障后果分析方法。在此基础上,构建基于蒙特卡洛模拟的模型驱动短期可靠性评估方法,获得训练样本。然后,构建LSSVM回归模型,通过离线训练,得到系统状态与短期可靠性指标间映射的LSSVM模型,实现系统短期可靠性实时评估。最后,电-气区域综合能源算例系统测试验证了所提方法的准确性和快速性。     

综合能源系统能源耦合度及其对运行域的影响

异质能源耦合是综合能源系统区别于配电系统等单一能量系统的显著特征。文中提出综合能源系统能源耦合程度的指标,设计观测方法并揭示了新的规律机理。首先,提出了耦合单元以及整个综合能源系统的能源耦合度指标。其次,建立了综合能源系统的运行域模型,描述了正常运行约束下系统的最大允许运行范围。最后,以典型电-气耦合综合能源系统为例验证了所提耦合度的合理性。总结得到电-气耦合综合能源系统运行域随耦合度的变化规律,发现了2个临界耦合度和3类现象,分析揭示了耦合度对运行域的影响机理。     

考虑群体热适应性的楼宇综合能源系统规划

充分发挥楼宇综合能源系统能源生产侧与消费侧源荷互动特性的作用,需要由供能的舒适度来保证。基于群体热舒适感会随季节调整其对环境的热期望的热适应性原理,建立楼宇综合能源系统中的能量枢纽选型定容统一优化模型。模型计及典型日室外温度、光照辐射强度和刚性电热负荷对室内温控负荷及能量枢纽出力的影响,将室温调节策略和能量枢纽容量配置基于群体热环境舒适区间进行约束,实现楼宇热舒适供能与能量枢纽架构经济性的协同优化,并采用Benders分解方法加以求解。算例分析结果表明,对热舒适区间进行修正后的规划模型能减少能量枢纽的配置容量,可有效提高可再生能源利用率并降低系统整体的碳排放量。     

考虑负荷特性的综合能源系统网格划分方法研究

针对目前综合能源系统网格划分方法体系尚不成熟,且尚未考虑负荷特性互补的问题,提出一种考虑负荷特性的综合能源系统网格划分方法。首先,采用改进k-means聚类算法对能源网格进行初始划分,即在传统k-means聚类算法的基础上确定网格数量划分范围和初始聚类中心点位置;其次,提出考虑负荷特性的能源网格修正方法,在能源网格初始划分完成后利用负荷特性对网格进行修正,减少每个能源网格内部的负荷峰谷差率与整体网格的负荷峰值;最后,通过模糊理想决策方法选取最优能源网格划分数量,并将该最优网格划分数量进行横向对比。结果表明,相比于不考虑负荷特性的网格划分方法,所提方法能够降低网格7.1%、0.5%、4.5%的电、热、冷负荷峰谷差率和7.9%、11.5%、3.9%的电、热、冷整体负荷峰值。     

计及灵活性与可靠性的综合能源系统优化调度

高比例可再生能源不断并网使得系统的不确定性问题日益突出,对系统的供能能力和响应能力均提出了更高的要求。为满足系统高灵活性与高可靠性的需求,充分挖掘电-气-热多种能源间的耦合和互补协调的能力,提出了一种考虑运行灵活性与供能可靠性约束的综合能源系统优化调度模型,在明晰灵活性和可靠性两者概念内涵的基础上,提出了提升灵活性与可靠性的相互影响机理。据此,文中分别推导了运行灵活性与可靠性的评价指标,并定义了表征二者相互影响关系的协调指标。在此基础上,采用成本效益分析法和等响应风险方法构建了计及运行灵活性与供能可靠性协调效应的综合能源系统优化调度模型,并采用增量线性化方法对模型中的非线性项进行了处理,进而通过混合整数线性规划法直接求解。最后,以改进的电-气-热IES 24-20-16系统和电-气-热IES 118-20-16系统为例,验证了所提模型和方法的可行性。     

面向可再生能源接入的综合能源系统熵态机理和分析方法

综合能源系统（IES）中不同品质能量的转换和高比例可再生能源集成背景下源荷的不确定性均增加了系统能量的不可用性。为统一量化分析上述场景中的能量不可用性,基于IES的网络属性,提出了面向可再生能源集成的IES熵态机理与分析方法。基于IES(火用)流机理模型,建立了IES物理层面热力学熵增机理模型;基于广义信息功理论,引入IES信息学等效热力学熵增机理模型。结合IES的网络化特征,定义了熵态、熵增流、熵增流量、熵增源、节点熵增等IES熵态基本概念。在此基础上,提出了IES各个环节的熵态建模方法。最后,通过算例系统验证了所提模型可有效求解IES的熵态分布,并探讨了源荷预测差异性对系统熵态分布的影响。     

基于碳熵指标的电-热互联综合能源系统碳轨迹追踪方法

“碳达峰·碳中和”目标背景下,节能减排成为中国能源改革的首要任务。碳排放(简称碳排)的宏观计量无法满足能量系统碳排深入研究的需求,精细化的用能侧碳排特征能够有效指导用户低碳用能。文中基于碳熵指标提出了电-热互联综合能源系统的碳轨迹追踪方法。首先,基于“熵”与“碳排”的相似特征引入了“碳熵”概念,用以描述碳排随能量流动的无序化,研究源与荷的碳熵关系。其次,基于电、热系统的叠加特性建立了电-热互联综合能源系统的碳熵模型,形成源荷作用关系的显式表达式,对电-热互联综合能源系统进行碳轨迹追踪,并分析单个碳源作用于用户侧的碳熵分量。最后,以中国吉林省某地区电-热互联综合能源系统为例进行算例分析,验证了碳熵模型的优势及有效性。     

考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划

数字经济背景下,数据中心用能规模日益增长,数据中心用能在时间、空间尺度上的灵活性引起了广泛关注。为充分挖掘数据中心用能灵活性资源、促进综合能源系统资源优化配置,文中在计及电、气、热、冷多能转换互补、多区域互联互济、能量流-数据流深度耦合的基础上,提出了一种考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划模型。首先,对数据负载及数据中心能耗进行建模,并分析了数据中心用能的时空可调特性。然后,以总成本最小为目标构建了考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站规划模型。最后,根据是否考虑数据中心用能时空可调特性设置了3个场景进行对比分析,基于中国天津市某实际算例验证了考虑数据中心用能时空可调特性在提高设备利用率、降低投资成本等方面的积极作用。     

云计算环境下配电网调度决策模型诱骗式隐私保护方法

随着“新基建”“东数西算”等国家重大工程快速推进,云计算成为新型电力系统调度决策的重要依托手段。针对云计算过程潜藏的信息安全风险,基于主动诱骗理念提出了适配配电网调度决策模型的隐私保护方法。该方法通过构建与真实配电网伴生的随机化虚拟配电网,在防止隐私信息泄露的前提下保持了调度决策模型的稀疏性,进而整体提升云计算效率。首先,结合仿射变换原理,探讨了现有调度决策模型隐私保护方法面临的求解效率低下问题。其次,根据无标度网络模型,设计了伴生虚拟配电网生成方法,并推导了不同配电网结构之间的转换原理,提出了虚拟调度决策模型构建方法。然后,设计了基于双重校验机制的云计算框架,通过不同服务商云计算结果的相互验证,进一步保证结果的正确性和可信度。最后,基于6节点、IEEE 906节点系统进行数值实验,验证了所提方法的有效性和实用性。     

具有电转气装置的电-气混联综合能源系统的协同规划

近年来随着天然气发电比重的不断增加和电转气(power to gas,P2G)技术的逐步成熟,电力系统和天然气系统的耦合程度随之加深,只针对电力系统的规划方法已经不能满足电-气混联综合能源系统的规划和运行需求。在此背景下,考虑热电联产(combined heat and power,CHP)机组和电转气装置,对电-气混联综合能源系统的协同规划问题做了些初步研究。首先,引入能源中心概念,其中能源载体可从某种形式转换成其他形式,如热电联产机组,并对能源中心进行建模。在此基础上,构建了包含能源中心和电转气装置等的综合能源系统的非线性模型并进行线性化处理。之后,以电-气混联综合能源系统的投资成本、运行成本以及表征可靠性的能量短缺成本之和最小为规划目标,采用基于通用代数建模系统(general algebraic modeling system,GAMS)平台的CPLEX求解器对常规发电机组、热电联产机组、电转气厂站、燃气锅炉、输电线路和天然气管道的选址定容问题进行优化,并对规划方案的可靠性以及电转气厂站消纳间歇性可再生能源的效益进行评估。最后,用综合能源模拟系统对所提出的方法做了说明。     

考虑双重不确定性的区域综合能源系统多阶段滚动随机规划

在绿色能源转型的背景下,以新型电力系统为核心的区域综合能源系统(RIES)多能耦合程度逐渐加深。在长期的规划运行过程中,除了源荷本身固有的常规预期波动特性外,还容易受到外界扰动的影响,从而产生非预期的不确定性。因此,文中提出了一种考虑预期与非预期双重不确定性的RIES多阶段滚动随机扩展规划。首先,针对RIES长期规划以及常规多能源荷预期不确定性,考虑建设过程中的投资成本、能源站收益、碳税等,基于信息间隙决策理论建立RIES多阶段随机规划模型。然后,考虑规划过程中突发的非预期不确定性,借鉴模型预测控制理论,建立RIES多阶段滚动随机规划。最后,以中国江苏地区的JSYZ-66节点测试系统为例,验证了所提方法在长期规划中面对常规源荷预期不确定性以及规划过程中非预期不确定性的有效性,分析了在风险投机和风险规避策略下规划方向的选择对于规划结果的影响。     

基于并行多维近似动态规划的综合能源系统动态经济调度

针对随机动态经济调度模型难以高效求解的问题,提出一种用于快速求解电-气-热综合能源系统（IES）随机动态经济调度问题的并行多维近似动态规划算法。该算法将原有的高维状态空间中的状态变量聚合到IES的电储能系统(ESS)的可用容量和蓄热罐(HST)的可用热量中,实现了状态空间的降维,进而解决了动态规划中“维数灾”的问题。此外,利用ESS和HST的运行约束,将无效状态剔除,降低了问题的求解规模。在风电、电价和负荷等不确定场景充分训练后的值表模型中,通过近似值函数的迭代寻优,将含有经验知识的值表应用于在线测试中,实现应对不确定性的IES最优调度决策。以改进的2个系统为例,验证了所提模型和算法的有效性。     

考虑碳交易和电动汽车充电负荷的工业园区综合能源系统调度策略

为实现“双碳”目标,优化工业园区多能利用形式,提出了一种工业园区综合能源系统调度策略。首先,针对工业园区能源多元化的特点,设计汇聚电、热、氢能源的工业园区综合能源系统;然后,基于工业园区的负荷可调节能力差的特性,将电动汽车作为可灵活调整的柔性负荷加入综合能源系统的调度过程;进而搭建以系统总运行成本最小为目标函数,考虑碳交易机制和电动汽车充电负荷调节比例的经济性数学模型;最后,在MATLAB中调用CPLEX求解器对4种对比方案进行求解及分析。结果表明：所提出的调度策略中,引入碳交易机制能够在日运行中降低4.5%的碳排放量,调整30%以下的电动汽车负荷比例能够降低1.54%的运行成本。在清洁能源持续发展和未来技术发展趋势下,成本将会进一步降低,该研究可为工业园区能源系统的优化调度提供参考。     

基于能路的综合能源系统安全域稳态建模与求解

安全域是综合能源系统(IES)安全分析的重要手段,但异质能源遵循不同的物理传输过程与数学表征方式,给综合能源系统安全域(IES-SR)的统一建模与求解带来了困难。为此,考虑异质能源传输特征的差异性与网络特征的相似性,提出了多能源耦合系统的基于能路的安全域模型,在稳态建模层面上实现了电-气IES-SR的数学形式统一。首先,给出了电-气IES-SR的基础概念;其次,介绍了异质能源统一建模方法的能路模型,其异质能源网络方程在数学形式上具有一致性;进而,在能路基础上建立了IES-SR模型,实现了电力系统安全域、天然气系统安全域和IES-SR模型的数学形式统一;再次,提出了高维IES-SR安全边界拟合求解方法;最后,采用8节点测试算例和23节点实际算例进行了验证。与现有研究对比表明,文中首次得到了高维安全域的完整解析式,采用线性化方法同时提高了求解效率。所提模型易于扩展至其他类型的能源系统,并为后续考虑动态特性的IES-SR建模奠定了基础。     

谐波电流注入式微电网主动保护方法

微电网内逆变型分布式电源（IIDG）渗透率不断提高,导致微电网故障特征不明显、功率流向复杂,保护整定困难,传统保护方案需要借助高速通信系统分析不同节点电气量提取故障信息。文中提出了一种谐波电流注入式的微电网主动保护方案,在故障时利用IIDG主动注入谐波,实现了无通信条件下的故障检测信息的传递,解决了双向潮流、过渡电阻、运行方式变化带来的保护整定困难问题。通过电流内环谐波叠加控制实现IIDG向微电网主动注入谐波电流,基于IIDG端口等效阻抗变化计算结果调制注入谐波幅值,通过调整谐波幅值和频率实现不同节点故障信息传递。基于区域内、外不同频率谐波分量差异明显的特征,构建了基于IIDG的谐波电流量比值的保护判据,根据谐波潮流方向提出开闭锁逻辑。在PSCAD/EMTDC中建立了实际工程微电网模型,仿真验证了该方案在不同故障情况下的有效性、选择性与速动性。     

考虑不确定性与交互功率的城市综合能源系统两阶段调度

城市综合能源系统运行优化面临新能源发电强随机性和强波动性、负荷功率不确定性以及系统参数不确定性的多重挑战。文中构建考虑聚合特性的用户侧灵活性资源调度模型,提出考虑不确定性与交互功率的城市综合能源系统两阶段优化调度策略。在日前阶段,采用混合随机鲁棒优化方法处理建筑群参数不确定性和源荷不确定性,得到城市配电网与上级电网的最优交互功率区间。在日内阶段,基于新能源发电和负荷的预测结果,采用模型预测控制滚动优化系统的调度策略。算例结果表明,调度策略能够保证用户的热舒适度需求,得到的交互功率区间具有较强的应对日内不确定性能力,同时降低交互功率短时剧烈波动对系统运行安全性和经济性的影响。