基于互相关熵的分布式多能源系统优化运行研究

Distributed energy multiple system is a new technology of flexible and economical energy consumption in the demand side in the future. It is urgent to solve the problem of optimal operation mode of distributed energy system, and it has become a hot research topic. Due to the large number of nonlinear and non Gauss distribution in the source, network and load of distributed energy system, the theoretical basis of the cost function based on mean square error shows a natural defect in the present study. This project takes the analysis of the dynamic characteristics of renewable power, heat/cold/electric users, electric vehicles and energy storage in distributed energy system as research foundation. The applicability of the maximum correntropy criterion in distributed energy system will be demonstrated in mathematics. The system operation optimization objective will be presented to meet the needs of users, improve the environmental benefits and increase the efficiency of energy utilization based on MCC, a optimal operation mathematical model will be established for distributed energy system with multiple time and space scales which considering the controllable resources of the demand side. And then a robust and efficient lightning flash optimization algorithm based on MCC will be proposed to solve optimal scheduling strategy and optimal operation scheme of distributed energy system. Combined with the demonstration of integrated energy system, a large number of simulation will be tested to validate the model and algorithm based on MCC for the optimal operation of distributed energy system on power system real-time simulator RT-LAB. The project provides theoretical and technical support for efficient, green and safe operation of distributed energy system.

物理信息融合的分布式多能源系统是未来一种灵活经济用能的新兴技术，其亟待解决的系统优化运行成为当前研究热点。由于多能源系统中源网荷大量存在非线性、非高斯的分布特性，使得现有研究中以最小均方误差为代价函数的理论基础呈现天然缺陷。本项目拟在可再生能源、热/冷/电用户、电动汽车、储能、信息网络的动态特性分析基础上，从数学上推证互相关熵在能源系统特性描述的适应性；以互相关熵为理论基础表征满足用户需求、提高环保效益、增大能源利用效率的系统运行优化目标，提出分布式多能源系统的多时间空间尺度、考虑可调控资源的优化运行数学模型；并提出最大互相关熵准则下鲁棒、高效的改进闪电算法，形成分布式多能源系统的优化控制策略与运行优化方案；结合示范性综合能源系统，通过电力系统实时仿真器RT-LAB/ADPSS大量测试系统优化运行的准则、模型与算法。该项目研究可为多能源系统的高效、绿色、安全运行提供理论储备与技术支持。

能源和环境危机迫使可再生能源充分消纳成为电气工程科学发展面临的重要课题，分布式多能源系统应运而生。目前，对于分布式多能源系统的运行控制往往依赖于高斯性和线性假设，与实际工程中大量的非高斯性物理行为相悖。互相关熵函数中由核函数引入的非线性特性为解决非高斯性问题提供了新的可能。因此，主要研究内容包括：1）分布式多能源系统元件动态特性与运行优化目标的研究；2）分布式多能源系统互相关熵理论的研究；3）基于互相关熵的分布式多能源系统优化运行模型；4）嵌入最大互相关熵准则的分布式多能源系统运行优化算法研究。本项目针对电力与天然气综合的分布式能源系统、针对电力与热力综合的分布式能源系统、针对电力-天然气-热力综合的分布式能源系统、针对分布式多能源系统的规划问题这四个角度开展研究。通过对风电、光伏等的动态特性以及不确定性的建模研究，有利于可再生能源特性对多能源系统带来的不利影响的应对。为了充分消纳可再生能源，又考虑了使用电转气、燃气轮机、热电联产等能源耦合、转换以及消纳的多种设备，并以实际系统和测试算例作为验证，对所提方案与理论推导的有效性和优越性展开验证。此外，对于环境问题着重从碳排放角度开展研究，采用碳市场机制和相关手段应对碳排放问题，助力“双碳”战略的实现。对于能源的规划与配置主要是针对区域多能源系统以及综合能源系统开展研究，包括提出各种设备以及机组的建设投资与配置方案，并采用一些新的评价标准来判断所提方案的优越性。总之，本项目研究促进了各种能源利用的综合协调和联合调度，提高了一次能源利用效率、使得多重能源的物理网络与信息网络深度耦合，研究成果具有基础性的理论意义以及一定的应用参考价值。