层级式互联微电网协同增效机理与能量综合管理优化方法

Driven by the force of the internet of energy, the fast developing technologies and growing number of Micro-grids lead to the new trend of the research on the interconnection of Micro-grids. In this field of research, cooperated and comprehensive energy management is one of the key techniques to achieve the interconnection of Micro-grids. This project focuses on the hierarchically-interconnected Micro-grids with both stability and expandability, exploring the fundamental theories and key methods. Originated on the cooperative characteristics of Micro-grids, this proposal firstly analyzes the synergy mechanism between Micro-grids. Based on the mechanism, this project presents an innovative load-tracking distributed online method of comprehensive energy management optimization. With the aid of convex optimization theories, this method solves the contradiction between global and local optimization, and the conflict between online optimization and information incompleteness. And thus, it is able to improve the whole system utility, while satisfying the objectives inside each Micro-grid. This project will provide a creative solution for the development of cooperative energy management optimization for interconnected Micro-grids in our country, and thus develop the interconnection of Micro-grids.

在能源互联网的推动下，随着微电网数量的增多和各项技术的成熟，微电网的互联已成为发展的新趋势，而协同能量综合管理是实现互联微电网的关键技术之一。本项目针对可靠性、拓展性兼备的层级式互联微电网系统，研究其中协同能量管理的若干基础理论及关键方法。本项目从微电网的互联特性入手，研究微电网相互作用的基础和条件，进而深入研究、探索层级式结构中，互联微电网协同增效的机理和方法。在遵循增效机理的基础上，创新性的提出一种适合该系统的具有负载跟踪功能的分布式、在线、综合能量优化管理方法，利用凸优化及其相关理论，解决系统整体与局部利益、全时最优与信息不对称等矛盾，实现分布式在线能量优化管理的同时，能够提高整体系统的效能，并满足各微电网内部的运行目标。本项目的成功研究可为我国互联微电网协同能量优化提供一种新颖的可选方案，推动互联微电网的发展。

随着微电网技术的高速发展以及现代社会对清洁、可再生能源和电气化的要求，微电网的互联已经显现成为新的趋势。本项目针对微电网及互联微电网系统主要研究了可再生能源发电功率预测、互联微电网系统能量优化管理以及功率控制等三方面内容。1、研究了基于气象数据的可再生能源发电功率预测模型，提出了了长时间尺度、短时间尺度下基于时序、统计、机器学习方法融合模型的高精度预测方法，以及基于误差反馈和神经网络算法的自适应误差补偿预测方法，基于实际气象数据验证了不同方法的精确性；2、研究了互联微电网系统中考虑无功功率的在线能量管理优化方法，成功的将无功功率添加入目标函数及约束条件中，采用等效变换方法，并通过引入辅助变量和松弛变量找到最优解，实现系统的在线能量优化管理，通过基于实际数据和系统架构的仿真实验验证了算法的可行性和最优性；3、研究了互联直流微电网系统网间功率控制，通过一致性算法解决了母线间环流问题，并利用其对多智能体的变量收敛一致的效果，对互联系统进行电压二次控制，能够按照需求对母线电压进行调节，从而能够在系统稳定的基础上实现功率的最优控制，搭建了层级式直流微电网互联系统实验平台对功率控制方法进行了实验验证。项目研究的成果成功解决了互联微电网系统稳定在功率预测、能量优化管理及功率控制三个方面的基础科学问题，为互联微电网工程的可靠实现提供了依据，也为可再生能源发电的进一步高效利用提供了新的解决方案。