Dynamic Economic Dispatch for Integrated Energy System Based on Parallel Multi-dimensional Approximate Dynamic Programming

ZHANG Yumin; SUN Pengkai; JI Xingquan; YANG Ming; YU Yixiao; ZHANG Xuan

doi:10.7500/AEPS20220628001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Dynamic Economic Dispatch for Integrated Energy System Based on Parallel Multi-dimensional Approximate Dynamic Programming

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Dynamic Economic Dispatch for Integrated Energy System Based on Parallel Multi-dimensional Approximate Dynamic Programming
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 4, Pages: 60-68(2023)
- 作者机构：
  
  1.山东科技大学电气与自动化工程学院,山东省青岛市 266590
  2.电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学),山东省济南市 250061
  3.智能电网教育部重点实验室(天津大学),天津市 300072
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52107111);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2022ME219);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2021QE117)
- DOI：10.7500/AEPS20220628001
  CLC：
- Received：28 June 2022，
  
  Revised：2022-09-02，
  
  Published Online：14 November 2022，
  
  Published：25 February 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
张玉敏,孙鹏凯,吉兴全等.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[J].电力系统自动化,2023,47(4):60-68.

ZHANG Yumin,SUN Pengkai,JI Xingquan,et al.Dynamic Economic Dispatch for Integrated Energy System Based on Parallel Multi-dimensional Approximate Dynamic Programming[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):60-68.
张玉敏,孙鹏凯,吉兴全等.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[J].电力系统自动化,2023,47(4):60-68. DOI： 10.7500/AEPS20220628001.

ZHANG Yumin,SUN Pengkai,JI Xingquan,et al.Dynamic Economic Dispatch for Integrated Energy System Based on Parallel Multi-dimensional Approximate Dynamic Programming[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):60-68. DOI： 10.7500/AEPS20220628001.

摘要

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。

Abstract

With respect to the problem that the stochastic dynamic economic dispatch model is difficult to solve efficiently

this paper proposes a parallel multi-dimensional approximate dynamic programming algorithm for solving the stochastic dynamic economic dispatch rapidly for electricity-gas-heat integrated energy system (IES). This algorithm can aggregate the state variables in the original high-dimensional state space into the available capacity of the electrical storage system (ESS)

and the available heat of the heat storage tank (HST) of the IES to achieve dimensionality reduction of the state space and solve the problem of “dimensional disaster” in the dynamic dispatch. In addition

this paper uses the operation constraints of ESS and HST to eliminate the invalid states and reduce the solving scale of the problem. In the fully trained value table model for uncertain scenarios such as wind power

electricity price and load

through the iterative optimization of the approximate value function

the value table containing empirical knowledge is employed to the online test to make the IES optimal dispatch decision deal with uncertainty. The effectiveness of the proposed model and algorithm is verified by taking the improved two power systems as examples.

关键词

Keywords

references

赵冬梅，王浩翔，陶然 . 计及风电-负荷不确定性的风-火-核-碳捕集多源协调优化调度［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 3 ）： 707 - 718 .

ZHAO Dongmei ， WANG Haoxiang ， TAO Ran . A multi-source coordinated optimal scheduling model considering wind-load uncertainty ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 707 - 718 .

吉兴全，郝晴，张玉敏，等 . 分布不确定性条件下的 <math id="M135"><mi>N</mi><mo>-</mo><mi>k</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=40013220&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=40013218&type= 7.19666624 2.20133328 分布鲁棒优化机组组合［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 56 - 64 .

JI Xingquan ， HAO Qing ， ZHANG Yumin ， et al . Unit commitment based on <math id="M136"><mi>N</mi><mo>-</mo><mi>k</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=40013220&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=40013218&type= 7.19666624 2.20133328 distributionally robust optimization under uncertain distribution ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 56 - 64 .

潘超，范宫博，王锦鹏，等 . 灵活性资源参与的电热综合能源系统低碳优化［J/OL］. 电工技术学报［ 2022-06-28 ］. http：//dx.doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211725 http://dx.doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211725 .

PANG Chao ， FAN Gongbo ， WANG Jinpeng ， et al . Low-carbon optimization of electric and heating integrated energy system with flexible resource participation ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ［ 2022-06-28 ］. http：//dx.doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211725 http://dx.doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211725 .

MU Y F ， CHEN W Q ， YU X D ， et al . A double-layer planning method for integrated community energy systems with varying energy conversion efficiencies ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 279 ： 115700 .

TURK A ， WU Q W ， ZHANG M L ， et al . Day-ahead stochastic scheduling of integrated multi-energy system for flexibility synergy and uncertainty balancing ［J］. Energy ， 2020 ， 196 ： 117130 .

张海波，申杰，王国荣，等 . 考虑无功设备动作的交直流电网日前两阶段随机优化调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 133 - 142 .

ZHANG Haibo ， SHEN Jie ， WANG Guorong ， et al . Day-ahead two-stage stochastic optimal dispatch of AC/DC power grid considering reactive power equipment operation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 133 - 142 .

张玉敏，韩学山，杨明，等 . 基于狄利克雷模型的分布鲁棒机组组合［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 17 ）： 5074 - 5084 .

ZHANG Yumin ， HAN Xueshan ， YANG Ming ， et al . Distributionally robust unit commitment based on imprecise Dirichlet model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 17 ）： 5074 - 5084 .

ZHANG M L ， FANG J K ， AI X M ， et al . Partition-combine uncertainty set for robust unit commitment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 3266 - 3269 .

JIANG Y B ， WAN C ， BOTTERUD A ， et al . Efficient robust scheduling of integrated electricity and heat systems： a direct constraint tightening approach ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 3016 - 3029 .

郭尊，李庚银，周明，等 . 考虑网络约束和源荷不确定性的区域综合能源系统两阶段鲁棒优化调度［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3090 - 3100 .

GUO Zun ， LI Gengyin ， ZHOU Ming ， et al . Two-stage robust optimal scheduling of regional integrated energy system considering network constraints and uncertainties in source and load ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3090 - 3100 .

SHUI Y ， GAO H J ， WANG L F ， et al . A data-driven distributionally robust coordinated dispatch model for integrated power and heating systems considering wind power uncertainties ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2019 ， 104 ： 255 - 258 .

张亚超，谢仕炜，朱蜀 . 多区域互联电-气耦合系统分散协调分布鲁棒优化调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 31 - 42 .

ZHANG Yachao ， XIE Shiwei ， ZHU Shu . Decentralized coordinated distributionally robust optimal scheduling of multi-area interconnected electricity-gas coupling system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 31 - 42 .

YANG L ， XU Y L ， GU W ， et al . Distributionally robust chance-constrained optimal power-gas flow under bidirectional interactions considering uncertain wind power ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 1722 - 1735 .

税月，刘俊勇，高红均，等 . 考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7235 - 7247 .

SHUI Yue ， LIU Junyong ， GAO Hongjun ， et al . A distributionally robust coordinated dispatch model for integrated electricity and heating systems considering uncertainty of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7235 - 7247 .

WU C Y ， GU W ， JIANG P ， et al . Combined economic dispatch considering the time-delay of district heating network and multi-regional indoor temperature control ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 1 ）： 118 - 127 .

王皓，艾芊，甘霖，等 . 基于多场景随机规划和MPC的冷热电联合系统协同优化［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 51 - 58 .

WANG Hao ， AI Qian ， GAN Lin ， et al . Collaborative optimization of combined cooling heating and power system based on multi-scenario stochastic programming and model predictive control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 51 - 58 .

董雷，吴怡，张涛，等 . 基于强化学习的含SOP主动配电网双层优化方法［J/OL］. 电力系统自动化［ 2022-06-28 ］. http：//dx.doi.org/10.7500/AEPS20220327004 http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20220327004 .

DONG Lei ， WU Yi ， ZHANG Tao ， et al . Reinforcement learning based double-layer optimization method for active distribution network with soft open point ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2022-06-28 ］. http：//dx.doi.org/10.7500/AEPS20220327004 http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20220327004 .

杨挺，赵黎媛，刘亚闯，等 . 基于深度强化学习的综合能源系统动态经济调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 39 - 47 .

YANG Ting ， ZHAO Liyuan ， LIU Yachuang ， et al . Dynamic economic dispatch for integrated energy system based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 39 - 47 .

LI Y ， WANG R N ， YANG Z . Optimal scheduling of isolated microgrids using automated reinforcement learning-based multi-period forecasting ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 1 ）： 159 - 169 .

BELLMAN R . Dynamic programming ［J］. Science ， 1966 ， 153 （ 3731 ）： 34 - 37 .

FRANGIONI A ， GENTILE C . Solving nonlinear single-unit commitment problems with ramping constraints ［J］. Operations Research ， 2006 ， 54 （ 4 ）： 767 - 775 .

孙雯，陈紫薇，张玉琼，等 . 基于动态规划的SOFC冷热电三联供综合能源系统日前经济调度［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-06-28 ］. http：//dx.doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211743 http://dx.doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211743 .

SUN Wen ， CHEN Ziwei ， ZHANG Yuqiong ， et al . Economic day-ahead scheduling of SOFC-based integrated tri-generation energy system using dynamic programming ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-06-28 ］. http：//dx.doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211743 http://dx.doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211743 .

ZHANG N ， LEIBOWICZ B D ， HANASUSANTO G A . Optimal residential battery storage operations using robust data-driven dynamic programming ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1771 - 1780 .

梁振成，韦化，李凌，等 . 中长期发电计划的值函数近似动态规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 20 ）： 5199 - 5209 .

LIANG Zhencheng ， WEI Hua ， LI Ling ， et al . A method of value function approximate dynamic programming for medium/long term generation scheduling ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 20 ）： 5199 - 5209 .

韦化，龙丹丽，黎静华 . 求解大规模机组组合问题的策略迭代近似动态规划［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 25 ）： 4420 - 4429 .

WEI Hua ， LONG Danli ， LI Jinghua . Policy iteration-approximate dynamic programming for large scale unit commitment problems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 25 ）： 4420 - 4429 .

SUN L ， JIN Y H ， SHEN J ， et al . Sustainable residential micro-cogeneration system based on a fuel cell using dynamic programming-based economic day-ahead scheduling ［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering ， 2021 ， 9 （ 8 ）： 3258 - 3266 .

PAN Z N ， YU T ， LI J ， et al . Risk-averse real-time dispatch of integrated electricity and heat system using a modified approximate dynamic programming approach ［J］. Energy ， 2020 ， 198 ： 117347 .

XUE X Z ， AI X M ， FANG J K ， et al . Real-time schedule of integrated heat and power system： a multi-dimensional stochastic approximate dynamic programming approach ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 134 ： 107427 .

冯仲恺，廖胜利，牛文静，等 . 梯级水电站群中长期优化调度的正交离散微分动态规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 18 ）： 4635 - 4644 .

FENG Zhongkai ， LIAO Shengli ， NIU Wenjing ， et al . Orthogonal discrete differential dynamic programming for mid-long term optimal operation of cascade hydropower system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 18 ）： 4635 - 4644 .

王森，武新宇，程春田，等 . 梯级水电站群长期发电优化调度多核并行机会约束动态规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 10 ）： 2417 - 2427 .

WANG Sen ， WU Xinyu ， CHENG Chuntian ， et al . Multi-core parallel chance constrained dynamic programming for long-term generation operation of cascaded reservoirs ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 10 ）： 2417 - 2427 .

刘方，张粒子 . 基于大系统分解协调和多核集群并行计算的流域梯级水电中长期调度［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 9 ）： 2479 - 2491 .

LIU Fang ， ZHANG Lizi . Long term optimal operation of cascade hydropower based on multicore cluster parallel computing and large system decomposition-coordination ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 9 ）： 2479 - 2491 .

ZHU J Q ， CHEN J J ， ZHUO Y L ， et al . Stochastic energy management of active distribution network based on improved approximate dynamic programming ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2022 ， 13 （ 1 ）： 406 - 416 .

董帅，王成福，徐士杰，等 . 计及网络动态特性的电-气-热综合能源系统日前优化调度［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 12 - 19 .

DONG Shuai ， WANG Chengfu ， XU Shijie ， et al . Day-ahead optimal scheduling of electricity-gas-heat integrated energy system considering dynamic characteristics of networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 12 - 19 .

吉兴全，刘健，张玉敏，等 . 计及运行灵活性约束的综合能源系统优化调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 84 - 94 .

JI Xingquan ， LIU Jian ， ZHANG Yumin ， et al . Optimal dispatching of integrated energy system considering operation flexibility constraints ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 84 - 94 .

张玉敏，张旋，吉兴全，等 . 计及电-气-热IES动态特性的输配协同机组组合［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-06-28 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212034 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212034 .

ZHANG Yuming ， ZHANG Xuan ， JI Xingquan ， et al . Synergetic unit commitment of transmission and distribution network considering dynamic characteristics of electricity-gas-heat integrated energy system ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-06-28 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212034 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212034 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Optimal Dispatch for Integrated Energy Considering Energy Grade Conversion in Industrial Park with Steam Heat Pumps

Research Status and Prospect of Uncertain Optimal Dispatch Methods for Renewable Energy Power Systems

基于通用分布的含风电电力系统随机动态经济调度

Related Author

TANG Chenghong

WANG Jingtao

ZENG Bo

ZHOU Jing

YE Wenjie

Chenghong TANG

Bo ZENG

Jingtao WANG

Related Institution

NARI Group Corporation(State Grid Electric Power Research Institute)

NARI Technology Co., Ltd.

State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

School of Electric Power, South China University of Technology

⁰