Coordinated Decision Making of Electric and Thermal Energy System Based on Feasible Region Projection for Robust Operation of Thermal System

CHEN Weitao; WANG Xiaojun; XU Yin; WEI Wei

doi:10.7500/AEPS20221119002

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Coordinated Decision Making of Electric and Thermal Energy System Based on Feasible Region Projection for Robust Operation of Thermal System

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Coordinated Decision Making of Electric and Thermal Energy System Based on Feasible Region Projection for Robust Operation of Thermal System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 13, Pages: 121-129(2023)
- 作者机构：
  
  1.北京交通大学电气工程学院，北京市 100044
  2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51977005);Global Energy Interconnection Group Co., Ltd(SGGEIG00XWJS2200036)
- DOI：10.7500/AEPS20221119002
  CLC：
- Received：19 November 2022，
  
  Revised：2023-02-06，
  
  Published Online：30 May 2023，
  
  Published：10 July 2023
- 稿件说明：
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陈韦韬,王小君,许寅等.基于供热系统鲁棒运行可行域投影的电热能源系统协调决策[J].电力系统自动化,2023,47(13):121-129.

CHEN Weitao,WANG Xiaojun,XU Yin,et al.Coordinated Decision Making of Electric and Thermal Energy System Based on Feasible Region Projection for Robust Operation of Thermal System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(13):121-129.
陈韦韬,王小君,许寅等.基于供热系统鲁棒运行可行域投影的电热能源系统协调决策[J].电力系统自动化,2023,47(13):121-129. DOI： 10.7500/AEPS20221119002.

CHEN Weitao,WANG Xiaojun,XU Yin,et al.Coordinated Decision Making of Electric and Thermal Energy System Based on Feasible Region Projection for Robust Operation of Thermal System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(13):121-129. DOI： 10.7500/AEPS20221119002.

摘要

采用可行域投影方法实现电热能源系统间协调调度，是解决电力系统和供热系统行业信息壁垒的有效方法之一

而如何将系统内不确定性因素投影至边界信息并且开展协调决策是仍需解决的技术挑战。为此，文中提出供热系统鲁棒运行可行域投影概念及计算方法，并基于边界信息共享实现电热能源系统协调运行决策。首先，基于投影理论将供热系统内部运行数据信息投影至边界，构建供热系统运行可行域投影模型。在此基础上，考虑供热系统中外界环境温度及换热站热负荷不确定性，建立供热系统鲁棒运行可行域并将其投影至边界信息。然后，电力系统利用供热系统鲁棒运行可行域投影构建电热能源系统间协调决策模型，以实现电热能源系统协调调度。最后，通过算例验证所提供热系统鲁棒运行可行域投影模型及电热能源系统协调决策方法的必要性及准确性。

Abstract

Realizing the coordinated scheduling of electric and thermal energy system by using the feasible region projection method is one of the effective methods to solve the information barrier between electric power system and thermal system industry. However

how to project the uncertainty factors in the system into the boundary information and carry out the coordinated decision making is still a technical challenge that needs to be solved. Therefore

this paper proposes the concept and calculation method of feasible region projection for robust operation of the thermal system

and realizes the coordinated operation decision making of electric and thermal energy system based on the boundary information sharing. Firstly

based on the projection theory

the internal operation data information of the thermal system is projected to the boundary

and the feasible region projection model for operation of the thermal system is constructed. On this basis

considering the uncertainty of ambient temperature and heat load of heat transfer station in the thermal system

the feasible region for robust operation of the thermal system is established and projected to the boundary information. Then

the power system uses the feasible region projection for robust operation to construct the coordinated decision making model of the electric and thermal energy system to realize the coordinated scheduling. Finally

a case is given to verify the necessity and accuracy of the feasible region projection model for robust operation of the thermal system and the coordinated decision making method of the electric and thermal energy system.

关键词

Keywords

references

孙宏斌，郭庆来，潘昭光 . 能源互联网：理念、架构与前沿展望［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 19 ）： 1 - 8 .

SUN Hongbin ， GUO Qinglai ， PAN Zhaoguang . Energy Internet： concept， architecture and frontier outlook ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 19 ）： 1 - 8 .

贾宏杰，王丹，徐宪东，等 . 区域综合能源系统若干问题研究［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 7 ）： 198 - 207 .

JIA Hongjie ， WANG Dan ， XU Xiandong ， et al . Research on some key problems related to integrated energy systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 7 ）： 198 - 207 .

李茜，宾帆，张安安，等 . 基于复合能源管道供能的区域综合能源系统优化运行［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 17 ）： 91 - 101 .

LI Qian ， BIN Fan ， ZHANG An'an ， et al . Optimal operation of regional integrated energy system based on energy supply through composite energy pipeline ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 91 - 101 .

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 .

陈瑜玮，孙宏斌，郭庆来 . 综合能源系统分析的统一能路理论（五）：电-热-气耦合系统优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 24 ）： 7928 - 7937 .

CHEN Yuwei ， SUN Hongbin ， GUO Qinglai . Energy circuit theory of integrated energy system analysis： Part Ⅴ integrated electricity-heat-gas dispatch ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 24 ）： 7928 - 7937 .

高晗，李正烁 . 具有完全隐私保护的电-气综合能源系统分布式协同算法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 8 ）： 71 - 79 .

GAO Han ， LI Zhengshuo . Full privacy-preserving decentralized coordination algorithm for integrated electricity-gas energy systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 71 - 79 .

QI F ， SHAHIDEHPOUR M ， WEN F S ， et al . Decentralized privacy-preserving operation of multi-area integrated electricity and natural gas systems with renewable energy resources ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1785 - 1796 .

LU S ， GU W ， ZHOU S Y ， et al . High-resolution modeling and decentralized dispatch of heat and electricity integrated energy system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1451 - 1463 .

ABDOLMOHAMMADI H R ， KAZEMI A . A Benders decomposition approach for a combined heat and power economic dispatch ［J］. Energy Conversion and Management ， 2013 ， 71 ： 21 - 31 .

SADEGHIAN H R ， ARDEHALI M M . A novel approach for optimal economic dispatch scheduling of integrated combined heat and power systems for maximum economic profit and minimum environmental emissions based on Benders decomposition ［J］. Energy ， 2016 ， 102 ： 10 - 23 .

LIN C H ， WU W C ， ZHANG B M ， et al . Decentralized solution for combined heat and power dispatch through benders decomposition ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2017 ， 8 （ 4 ）： 1361 - 1372 .

JONES C N ， KERRIGAN E C ， MACIEJOWSKI J M . On polyhedral projection and parametric programming ［J］. Journal of Optimization Theory and Applications ， 2008 ， 138 （ 2 ）： 207 - 220 .

袁泉，孙宇军，张蔷，等 . 基于日前调度时段组合的联络线功率可行域分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 2 ）： 636 - 644 .

YUAN Quan ， SUN Yujun ， ZHANG Qiang ， et al . Feasible region of tie-line capacity based on combination of day-ahead dispatching time intervals ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 636 - 644 .

林伟 . 联络线稳态传输可行域刻画及其快速计算方法研究［D］. 重庆：重庆大学， 2021 .

LIN Wei . Study on characterization of feasible region of tie-line steady-state transmission and its fast calculation method ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2021 .

ZHENG W Y ， HOU Y H ， LI Z G . A dynamic equivalent model for district heating networks： formulation， existence and application in distributed electricity-heat operation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 3 ）： 2685 - 2695 .

LIU Y K ， WU L ， CHEN Y H ， et al . Integrating high DER-penetrated distribution systems into ISO energy market clearing： a feasible region projection approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2262 - 2272 .

TAN Z F ， ZHONG H W ， WANG J X ， et al . Enforcing intra-regional constraints in tie-line scheduling： a projection-based framework ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 4751 - 4761 .

JIANG T ， MIN Y ， GE W C ， et al . Hierarchical dispatch method for integrated heat and power systems based on a feasible region of boundary variables ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2020 ， 6 （ 3 ）： 543 - 553 .

PAN Z G ， GUO Q L ， SUN H B . Feasible region method based integrated heat and electricity dispatch considering building thermal inertia ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 192 ： 395 - 407 .

ZHOU H S ， LI Z G ， ZHENG J H ， et al . Robust scheduling of integrated electricity and heating system hedging heating network uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1543 - 1555 .

马国真，林毓军，张泽亚，等 . 计及源荷多重不确定性的综合能源系统鲁棒经济调度方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 20 ）： 43 - 52 .

MA Guozhen ， LIN Yujun ， ZHANG Zeya ， et al . A robust economic dispatch method for an integrated energy system considering multiple uncertainties of source and load ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 20 ）： 43 - 52 .

WAN C ， LIN J ， GUO W F ， et al . Maximum uncertainty boundary of volatile distributed generation in active distribution network ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 2930 - 2942 .

ZHENG W Y ， WU W C ， LI Z G ， et al . A non-iterative decoupled solution for robust integrated electricity-heat scheduling based on network reduction ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 1473 - 1488 .

LIU Y K ， WU L ， LI J . A fast LP-based approach for robust dynamic economic dispatch problem： a feasible region projection method ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 4116 - 4119 .

李志刚，吴文传，张伯明 . 消纳大规模风电的鲁棒区间经济调度（一）调度模式与数学模型［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 20 ）： 33 - 39 .

LI Zhigang ， WU Wenchuan ， ZHANG Boming . A robust interval economic dispatch method accommodating large-scale wind power generation： Part one dispatch scheme and mathematical model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 20 ）： 33 - 39 .

LU S ， GU W ， ZHOU S Y ， et al . Adaptive robust dispatch of integrated energy system considering uncertainties of electricity and outdoor temperature ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2020 ， 16 （ 7 ）： 4691 - 4702 .

BEZANSON J ， EDELMAN A ， KARPINSKI S ， et al . Julia： a fresh approach to numerical computing ［J］. SIAM Review ， 2017 ， 59 （ 1 ）： 65 - 98 .

DUNNING I ， HUCHETTE J ， LUBIN M . JuMP： a modeling language for mathematical optimization ［J］. SIAM Review ， 2017 ， 59 （ 2 ）： 295 - 320 .

WÄCHTER A ， BIEGLER L T . On the implementation of an interior-point filter line-search algorithm for large-scale nonlinear programming ［J］. Mathematical Programming ， 2006 ， 106 （ 1 ）： 25 - 57 .

刘一欣，郭力，王成山 . 微电网两阶段鲁棒优化经济调度方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4013 - 4022 .

LIU Yixin ， GUO Li ， WANG Chengshan . Economic dispatch of microgrid based on two stage robust optimization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4013 - 4022 .

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