计及长短周期混合储能的多能微网能量-功率分布鲁棒优化

赵波; 王文博; 陈哲; 罗冰洋; 李志浩; 汪湘晋

doi:10.7500/AEPS20220927003

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计及长短周期混合储能的多能微网能量-功率分布鲁棒优化

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 计及长短周期混合储能的多能微网能量-功率分布鲁棒优化
- Energy-Power Distributionally Robust Optimization for Multi-energy Microgrid Considering Long Short-term Hybrid Energy Storage
- 电力系统自动化 2023年47卷第16期页码：22-33
- 作者机构：
  
  1.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院,浙江省杭州市 310014
  2.武汉理工大学自动化学院,湖北省武汉市 430070
- 作者简介：
  
  赵波(1977—)，男，通信作者，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：分布式电源、储能及微网。E-mail：zhaobozju@163.com
  王文博(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：多能微网运行优化。E-mail：270361@whut.edu.cn
  陈哲(1994—)，男，博士，工程师，主要研究方向：可再生能源并网、电力系统优化运行与风险调度。E-mail：zchen331@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(51877039)
- DOI：10.7500/AEPS20220927003
  中图分类号：
- 收稿：2022-09-27，
  
  修回：2022-12-15，
  
  纸质出版：2023-08-25
- 稿件说明：
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赵波,王文博,陈哲等.计及长短周期混合储能的多能微网能量-功率分布鲁棒优化[J].电力系统自动化,2023,47(16):22-33.

ZHAO Bo,WANG Wenbo,CHEN Zhe,et al.Energy-Power Distributionally Robust Optimization for Multi-energy Microgrid Considering Long Short-term Hybrid Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):22-33.
赵波,王文博,陈哲等.计及长短周期混合储能的多能微网能量-功率分布鲁棒优化[J].电力系统自动化,2023,47(16):22-33. DOI： 10.7500/AEPS20220927003.

ZHAO Bo,WANG Wenbo,CHEN Zhe,et al.Energy-Power Distributionally Robust Optimization for Multi-energy Microgrid Considering Long Short-term Hybrid Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):22-33. DOI： 10.7500/AEPS20220927003.

摘要

针对多能微网的自治运行需求，基于长短周期混合储能（氢储能、电储能和热储能）提出周前-日前-实时多能微网能量-功率匹配滚动优化方法。一方面，通过长周期（周前）能量平衡模型与短周期（日前-实时）功率平衡模型滚动优化，应对可再生能源与负荷长时间尺度预测误差较大的问题。另一方面，采用基于数据驱动的两阶段分布鲁棒优化模型刻画日内源荷双侧不确定性，综合1-范数和∞-范数约束不确定性概率分布置信集合，在保障多能微网运行鲁棒性的同时避免了运行方案的保守性。同时，日前模型的第2阶段问题可以分解为多个小规模的子问题，并可通过列与约束生成算法并行处理，无须进行复杂的对偶计算。最后，算例分析结果验证了所提模型与算法的有效性。

Abstract

For the autonomous operation demand of multi-energy microgrid

a rolling optimization method of energy-power matching for pre-week/day-ahead/real-time multi-energy microgrid is proposed based on long short-term hybrid energy storage (hydrogen storage

electric storage and thermal storage). On one hand

the rolling optimization of the long-term (week-ahead) energy balance model and the short-term (day-ahead and real-time) power balance model addresses the problem of large errors in the long-time-scale prediction of renewable energy and load. On the other hand

a data-driven two-stage distributionally robust optimization model is used to portray the intra-day source-load bilateral uncertainty. The 1-norm and ∞-norm are comprehensively used to constrain the uncertainty probability distribution confidence sets for ensuring the robustness of the multi-energy microgrid operation while avoiding the conservatism of the operation scheme. At the same time

the second-stage problem of the day-ahead model can be decomposed into multiple small-scale subproblems and can be processed in parallel by the column-and-constraint generation algorithm without complex pairwise computation. Finally

the arithmetic case analysis results verify the effectiveness of the proposed model and algorithm.

关键词

Keywords

references

王晗，严正，徐潇源，等 . 计及可再生能源不确定性的孤岛微电网概率潮流计算［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 15 ）： 110 - 117 .

WANG Han ， YAN Zheng ， XU Xiaoyuan ， et al . Probabilistic power flow calculation of islanded microgrid considering uncertainty of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 15 ）： 110 - 117 .

TEEKARAMAN Y ， KUPPUSAMY R ， NIKOLOVSKI S . Solution for voltage and frequency regulation in standalone microgrid using hybrid multiobjective symbiotic organism search algorithm ［J］. Energies ， 2019 ， 12 （ 14 ）： 2812 .

程瑜，陈熙 . 基于源-荷-储互动的储能对风电消纳能力影响分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 13 ）： 84 - 93 .

CHENG Yu ， CHEN Xi . Analysis on influence of energy storage on accommodation capability of wind power based on source-load-storage interaction ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 13 ）： 84 - 93 .

吴晓刚，吴新华，季青锋，等 . 计及新能源不确定性的新能源场站与储能电站分布式协同优化［J］. 浙江电力， 2022 ， 41 （ 6 ）： 54 - 61 .

WU Xiaogang ， WU Xinhua ， JI Qingfeng ， et al . Distributed cooperative optimization of new energy field stations and energy storage plants accounting for new energy uncertainty ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2022 ， 41 （ 6 ）： 54 - 61 .

滕云，孙鹏，罗桓桓，等 . 计及电热混合储能的多源微网自治优化运行模型［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5316 - 5324 .

TENG Yun ， SUN Peng ， LUO Huanhuan ， et al . Autonomous optimization operation model for multi-source microgrid considering electrothermal hybrid energy storage ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5316 - 5324 .

ABOMAZID A M ， EL-TAWEEL N A ， FARAG H E Z . Optimal energy management of hydrogen energy facility using integrated battery energy storage and solar photovoltaic systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 3 ）： 1457 - 1468 .

ARSAD A Z ， HANNAN M A ， ALI Q . Hydrogen energy storage integrated hybrid renewable energy systems： a review analysis for future research directions ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2022 ， 47 （ 39 ）： 17285 - 17312 .

蔡瑶，卢志刚，孙可，等 . 计及源荷不确定性的独立型交直流混合微网多能源协调优化调度［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 19 ）： 4107 - 4120 .

CAI Yao ， LU Zhigang ， SUN Ke ， et al . Multi-energy coordinated optimal scheduling of isolated AC/DC hybrid microgrids considering generation and load uncertainties ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 19 ）： 4107 - 4120 .

李奇，赵淑丹，蒲雨辰，等 . 考虑电氢耦合的混合储能微电网容量配置优化［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 3 ）： 486 - 495 .

LI Qi ， ZHAO Shudan ， PU Yuchen ， et al . Capacity optimization of hybrid energy storage microgrid considering electricity-hydrogen coupling ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 486 - 495 .

BAN M F ， YU J L ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Integration of power-to-hydrogen in day-ahead security-constrained unit commitment with high wind penetration ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2017 ， 5 （ 3 ）： 337 - 349 .

PAN G S ， GU W ， LU Y P ， et al . Optimal planning for electricity-hydrogen integrated energy system considering power to hydrogen and heat and seasonal storage ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2662 - 2676 .

刘继春，周春燕，高红均，等 . 考虑氢能-天然气混合储能的电-气综合能源微网日前经济调度优化［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 1 ）： 170 - 179 .

LIU Jichun ， ZHOU Chunyan ， GAO Hongjun ， et al . A day-ahead economic dispatch optimization model of integrated electricity-natural gas system considering hydrogen-gas energy storage system in microgrid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 1 ）： 170 - 179 .

ZEHRA S S ， RAHMAN A U ， AHMAD I . Fuzzy-barrier sliding mode control of electric-hydrogen hybrid energy storage system in DC microgrid： modelling， management and experimental investigation ［J］. Energy ， 2022 ， 239 ： 122260 .

张自东，邱才明，张东霞，等 . 基于深度强化学习的微电网复合储能协调控制方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 6 ）： 1914 - 1921 .

ZHANG Zidong ， QIU Caiming ， ZHANG Dongxia ， et al . A coordinated control method for hybrid energy storage system in microgrid based on deep reinforcement learning ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 1914 - 1921 .

DU E S ， JIANG H Y ， XIAO J Y ， et al . Preliminary analysis of long-term storage requirement in enabling high renewable energy penetration： a case of East Asia ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2021 ， 15 （ 6 ）： 1255 - 1269 .

程瑜，陈熙 . 基于源-荷-储互动的储能对风电消纳能力影响分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 13 ）： 84 - 93 .

AASLID P ， KORPÅS M ， BELSNES M M ， et al . Stochastic optimization of microgrid operation with renewable generation and energy storages ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 3 ）： 1481 - 1491 .

陈哲，王橹裕，郭创新，等 . 基于风险的多区互联电力系统分布式鲁棒动态经济调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 23 ）： 113 - 122 .

CHEN Zhe ， WANG Luyu ， GUO Chuangxin ， et al . Risk-based distributed robust dynamic economic dispatch for interconnected multi-regional power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 23 ）： 113 - 122 .

徐文军，吴梦凯，潘夏，等 . 考虑条件风险价值和热网动态特性的电-热系统储能鲁棒优化配置［J］. 浙江电力， 2022 ， 41 （ 9 ）： 50 - 57 .

XU Wenjun ， WU Mengkai ， PAN Xia ， et al . Robust optimal configuration of energy storage for electric-thermal systems considering conditional value-at-risk and dynamic characteristics of heat networks ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2022 ， 41 （ 9 ）： 50 - 57 .

CHEN Y ， WEI W ， LIU F ， et al . Distributionally robust hydro-thermal-wind economic dispatch ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 173 ： 511 - 519 .

YANG I . A convex optimization approach to distributionally robust Markov decision processes with Wasserstein distance ［J］. IEEE Control Systems Letters ， 2017 ， 1 （ 1 ）： 164 - 169 .

ZHAO C Y ， GUAN Y P . Data-driven stochastic unit commitment for integrating wind generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 4 ）： 2587 - 2596 .

BAGHERI A ， WANG J H ， ZHAO C Y . Data-driven stochastic transmission expansion planning ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3461 - 3470 .

PAN K ， GUAN Y P . Data-driven risk-averse stochastic self-scheduling for combined-cycle units ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2017 ， 13 （ 6 ）： 3058 - 3069 .

陈哲，张伊宁，马光，等 . 计及需求侧响应日前-日内两阶段鲁棒备用优化［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 24 ）： 67 - 76 .

CHEN Zhe ， ZHANG Yining ， MA Guang ， et al . Two-stage day-ahead and intra-day robust reserve optimization considering demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 24 ）： 67 - 76 .

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