智能配电网能量管理分层优化及协调机制研究

The smart distribution network is one of the important parts of smart grid. It is a key link to ensure the quality of electric energy, to improve the efficiency of power operation, and to innovate customer service. The background to multi-layers energy hub network structure in smart distribution system (SDM), this project sets up a hierachical optimization model of energy management with the constraint of reliability operation risk, and proposes some high-performance algorithms for solving the model, by utilizing the optimization theory and risk management method. In addition, based on the intelligence and marketization environment, this project makes a research for coordinative mechanism of energy management between the multi-layers optimization problems to realize the global benefit maximization of SDM and consumers. The concrete research contents involve: (1) Energy management hierachical optimization modeling of utility server for distribution network and the micro-grid power for users; (2) the united hierachical optimization model considering the risk constraint of reliability operation in distribution system; (3) The high-performance algorithm of hierachical optimization; (4) the coordinative mechanism of hierachical optimization problems; (5) The investigate of multi-period hierachical optimization. The research aim is to set up the matched software management with the hardware environment of SDM, and to realize the manual of user participation, bidirectional current flow, and high degree of automation. The research result will provide the theoretical basis and scientific evidence.

智能配电网作为智能电网的一个重要组成部分，是保证供电质量、提高电网运行效率、创新用户服务的关键环节。本项目以智能配电网多层能量HUB网络结构为背景，运用优化和风险管理的理论和方法，建立配电网可靠运行约束下能量管理的分层优化模型，提出模型求解的高效算法，并基于智能化和市场化环境研究能量管理多层优化之间的协调机制，以实现智能配电网和用户全局利益的最大化。具体研究内容包括：（1）配电网公用服务和微网用户能量管理分层优化模型，（2）考虑配电网可靠运行风险约束的分层优化一体模型，（3）一体化模型的高效算法，（4）分层优化的协调机制研究，（5）多时段分层优化模型探讨。项目的研究目标是建立与智能配电网硬件环境相匹配的软件管理，实现配电网运营侧的用户参与、潮流双向流动、高度自动化的管理模式,研究成果为智能配电网能量管理的优化决策提供理论基础和科学依据。

项目以包含可再生能源、信息溶合和智能设备等现代智能电网为背景，从数学和应用两个层面研究优化决策建模和计算相关问题。项目研究的主要内容有：配电网公用服务和微网用户能量管理分层优化模型、考虑配电网可靠运行风险约束的分层优化一体模型、一体化模型的高效算法、分层优化模型的协调机制研究、多时段分层优化模型探讨。项目研究的重要结果包括：（1）针对配电网系统中用户和管理者供用电两层关系的优化决策问题，充分考虑了用户和用电管理者的趋优目标和系统的安全可靠运行，提出了风能等可再生能源不确定环境下的可控负荷双层优化模型，以及基于优先策略的微网经济调度双层优化新模型，构建了基于KKT最优性条件的双层优化近似算法；（2）发展性地提出了日前、时前和即时能量调度的三阶段优化模型和模型求解的对偶动态规划算法。推广经济学中的条件风险管理于系统安全可靠运行，并针对可再生能源预测困难，发展性地提出了随机变量信息模糊情况下的分布鲁棒经济调度新模型，构建了模型求解的SAA光滑化算法，理论分析得到了近似算法的误差界结果；（3）针对复杂的非线性优化问题，提出了多类梯度类算法和BB算法，理论上证明了算法的收敛性。此外，基于数据挖掘理论，提出了系列聚类算法和神经网络算法，推广和发展了传统的智能聚类算法；（4）为保证电力新运行环境的可靠性，运用数据挖掘的聚类理论、相关性分析方法、主成分分析方法和判别分析方法等刻画系统故障信息的内部联系，提出了面向多保护单元的故障选线方法，以及基于灰色关联分析的谐振接地系统故障保护方法等，研究结果能较好地识别发电机内部和外部定子接地故障，保证电力复杂系统的可靠运行。项目的这些研究结果可有效应用于电力系统安全稳定优化运行和调度决策中，也为智能电网环境下系统优化运行提供重要的理论支持。项目研究成果包括发表期刊学术论文40篇, 其中SCI和EI期刊文章25篇; 培养研究生13名毕业。超额完成了项目原计划的成果目标。