基于降维投影的氢-电综合能源系统最优潮流

彭弘毅; 晏鸣宇; 周奕佳

doi:10.7500/AEPS20240828005

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基于降维投影的氢-电综合能源系统最优潮流

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于降维投影的氢-电综合能源系统最优潮流
- Optimal Power Flow of Integrated Hydrogen-Electricity Energy System Based on Reduced-dimension Projection
- 电力系统自动化 2025年49卷第7期页码：169-178
- 作者机构：
  
  强电磁技术全国重点实验室（华中科技大学），湖北省武汉市 430074
- 作者简介：
  
  彭弘毅(2003—)，女，硕士研究生，主要研究方向：综合能源系统优化运行、多能源系统。E-mail：penghy0403@hust.edu.cn
  晏鸣宇(1994—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统优化运行、电力系统可靠性与风险性评估、新能源系统。E-mail：mingyuyan@hust.edu.cn
  周奕佳(1999—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电力系统优化运行、多能源系统。E-mail：zhouyijia_@hust.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2023YFB4005601)
- DOI：10.7500/AEPS20240828005
  中图分类号：
- 收稿：2024-08-28，
  
  修回：2024-12-09，
  
  网络出版：2025-03-21，
  
  纸质出版：2025-04-10
- 稿件说明：
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彭弘毅,晏鸣宇,周奕佳.基于降维投影的氢-电综合能源系统最优潮流[J].电力系统自动化,2025,49(7):169-178.

PENG Hongyi,YAN Mingyu,ZHOU Yijia.Optimal Power Flow of Integrated Hydrogen-Electricity Energy System Based on Reduced-dimension Projection[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(7):169-178.
彭弘毅,晏鸣宇,周奕佳.基于降维投影的氢-电综合能源系统最优潮流[J].电力系统自动化,2025,49(7):169-178. DOI： 10.7500/AEPS20240828005.

PENG Hongyi,YAN Mingyu,ZHOU Yijia.Optimal Power Flow of Integrated Hydrogen-Electricity Energy System Based on Reduced-dimension Projection[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(7):169-178. DOI： 10.7500/AEPS20240828005.

摘要

针对考虑风电不确定性氢-电综合能源系统最优潮流问题，提出了一种基于降维投影的最优潮流计算方法。首先，建立考虑风电不确定性的氢-电综合能源系统集中运行模型，并将其等价转化为确定性模型。然后，将该确定性模型分解为各子系统的子问题，利用降维投影法将各子问题的运行空间投影到较低维的空间中，每个子问题的投影运行空间重新构成了新的凸包。接着，通过求解重构凸包约束下的优化问题，可以得到氢-电综合能源系统最优成本下公有变量的值。再次，利用最优成本下公有变量的值求解各子问题，可以得到最优成本下各子系统的潮流。该方法在求解过程中隐藏了私有信息，并避免了迭代。最后，在6-6节点氢-电综合能源系统和40-118节点氢-电综合能源系统上对所提方法进行了测试，验证了所提方法的有效性、最优性、隐私保护性等优势。

Abstract

An optimal power flow calculation method based on the reduced-dimension projection is proposed to solve the problem of optimal power flow in the integrated hydrogen-electricity energy system considering the uncertainty of wind power. Firstly

the centralized operation model of an integrated hydrogen-electricity energy system considering the uncertainty of wind power is established and equivalently transformed into a deterministic model. Then

the deterministic model is decomposed into subproblems for each subsystem. The reduced-dimension projection method is used to project the operation space of each subproblem into a lower-dimensional space

and the projected operation spaces of each subproblem are reconstrcted into a new convex hull.Next

by solving the optimal problem under the constraints of the reconstructed convex hull

the values of the common variables under the optimal cost of the integrated hydrogen-electricity energy system can be obtained. Furthermore

using the values of the common variables under the optimal cost to solve each subproblem

the power flow of each subsystem under the optimal cost can be obtained. This method conceals private information during the solution process and avoids iteration. Finally

the proposed method is tested on 6-6-node and 40-118-node integrated hydrogen-electricity energy systems

and the effectiveness

optimality

privacy protection

and other advantages of the proposed method are verified.

关键词

Keywords

references

KHANI H ， EL-TAWEEL N A ， FARAG H E Z . Supervisory scheduling of storage-based hydrogen fueling stations for transportation sector and distributed operating reserve in electricity markets ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2020 ， 16 （ 3 ）： 1529 - 1538 .

MEHRJERDI H ， BORNAPOUR M ， HEMMATI R ， et al . Unified energy management and load control in building equipped with wind-solar-battery incorporating electric and hydrogen vehicles under both connected to the grid and islanding modes ［J］. Energy ， 2019 ， 168 ： 919 - 930 .

LI J R ， LIN J ， SONG Y H ， et al . Operation optimization of power to hydrogen and heat （P2HH） in ADN coordinated with the district heating network ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 1672 - 1683 .

刘文昕，方家琨，胡可崴，等 . 计及氢气-天然气混输的气电综合能源系统动态最优能流计算［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （增刊1 ）： 1 - 17 .

LIU Wenxin ， FANG Jiakun ， HU Kewei ， et al . Dynamic optimal energy flow in the integrated natural gas and electrical power systems considering hydrogen-blended transient transportation process ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ S1 ）： 1 - 17 .

田书欣，韩雪，符杨，等 . 计及海上风电不确定性的输电网两阶段鲁棒扩展规划［J］. 上海交通大学学报， 2024 ， 58 （ 9 ）： 1400 - 1409 .

TIAN Shuxin ， HAN Xue ， FU Yang ， et al . Two-stage robust expansion planning of transmission network considering uncertainty of offshore wind power ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2024 ， 58 （ 9 ）： 1400 - 1409 .

吴雄，何雯雯，李晓飞，等 . 计及风电不确定性的多场景多时段安全约束机组组合解耦求解方法［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 3 ）： 91 - 97 .

WU Xiong ， HE Wenwen ， LI Xiaofei ， et al . Multi-scenario multi-temporal decomposition method for security-constrained unit commitment considering uncertainty of wind power ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 3 ）： 91 - 97 .

TAO Y C ， QIU J ， LAI S Y ， et al . Integrated electricity and hydrogen energy sharing in coupled energy systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 1149 - 1162 .

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 .

LI Q ， XIAO X K ， PU Y C ， et al . Hierarchical optimal scheduling method for regional integrated energy systems considering electricity-hydrogen shared energy ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 349 ： 121670 .

YUAN Y ， DING T ， CHANG X Y ， et al . A distributed multi-objective optimization method for scheduling of integrated electricity and hydrogen systems ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 355 ： 122287 .

NGUYEN T T ， VO D N ， DINH B H . Cuckoo search algorithm for combined heat and power economic dispatch ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2016 ， 81 ： 204 - 214 .

SUBBARAJ P ， RENGARAJ R ， SALIVAHANAN S . Enhancement of combined heat and power economic dispatch using self adaptive real-coded genetic algorithm ［J］. Applied Energy ， 2009 ， 86 （ 6 ）： 915 - 921 .

梁海峰，林嘉麟，李鹏 . 含分布式能源直流配电网的优化调度［J］. 中国电力， 2016 ， 49 （ 3 ）： 123 - 127 .

LIANG Haifeng ， LIN Jialin ， LI Peng . Optimal dispatch of DC distribution network with distributed energy resources ［J］. Electric Power ， 2016 ， 49 （ 3 ）： 123 - 127 .

WANG J J ， JING Y Y ， ZHANG C F . Optimization of capacity and operation for CCHP system by genetic algorithm ［J］. Applied Energy ， 2010 ， 87 （ 4 ）： 1325 - 1335 .

江磊，专祥涛 . 分时电价下直流微网优化运行和容量配置研究［J］. 电力科学与技术学报， 2019 ， 34 （ 1 ）： 80 - 87 .

JIANG Lei ， ZHUAN Xiangtao . Study on optimal operation and capacity configuration of DC microgrid under time-of-use electricity price ［J］. Journal of Electric Power Science and Technology ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 80 - 87 .

权然，金国彬，陈庆，等 . 源网荷储互动的直流配电网优化调度［J］. 电力系统及其自动化学报， 2021 ， 33 （ 2 ）： 41 - 50 .

QUAN Ran ， JIN Guobin ， CHEN Qing ， et al . Optimal dispatching of DC distribution network based on source-grid-load-storage interactions ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2021 ， 33 （ 2 ）： 41 - 50 .

QIN C ， YAN Q Y ， HE G . Integrated energy systems planning with electricity， heat and gas using particle swarm optimization ［J］. Energy ， 2019 ， 188 ： 116044 .

HE Y B ， YAN M Y ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Decentralized optimization of multi-area electricity-natural gas flows based on cone reformulation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 4531 - 4542 .

晏鸣宇，张伊宁，艾小猛，等 . 采用Benders分解含机组禁止运行区间的安全约束最优潮流［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 6 ）： 60 - 65 .

YAN Mingyu ， ZHANG Yining ， AI Xiaomeng ， et al . Benders decomposition based security-constrained optimal power flow considering generator prohibited zones ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 60 - 65 .

王皓，艾芊，吴俊宏，等 . 基于交替方向乘子法的微电网群双层分布式调度方法［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1718 - 1727 .

WANG Hao ， AI Qian ， WU Junhong ， et al . Bi-level distributed optimization for microgrid clusters based on alternating direction method of multipliers ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1718 - 1727 .

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 .

刘宇，朱琼海，苗璐，等 . 基于同步型ADMM的含海上风电场电力系统分布鲁棒无功优化［J］. 广东电力， 2024 ， 37 （ 6 ）： 21 - 31 .

LIU Yu ， ZHU Qionghai ， MIAO Lu ， et al . Distributed robust reactive power optimization of power systems with offshore wind farms based on synchronous ADMM ［J］. Guangdong Electric Power ， 2024 ， 37 （ 6 ）： 21 - 31 .

HUANG J B ， LI Z G ， WU Q H . Coordinated dispatch of electric power and district heating networks： a decentralized solution using optimality condition decomposition ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 206 ： 1508 - 1522 .

WU L . A transformation-based multi-area dynamic economic dispatch approach for preserving information privacy of individual areas ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 722 - 731 .

TAN Z F ， ZHONG H W ， XIA Q ， et al . Non-iterative multi-area coordinated dispatch via condensed system representation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 1594 - 1604 .

LIN C H ， WU W C ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . A non-iterative decoupled solution of the coordinated robust OPF in transmission and distribution networks with variable generating units ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1579 - 1588 .

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 .

LIN W ， YANG Z F ， YU J ， et al . Improving security and economy of interconnected power network through explicit feasible region of tie-line power transfer ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 123 ： 106262 .

Tan Z ， Yan Z ， Zhong H ， et al . Non-iterative solution for coordinated optimal dispatch via equivalent projection—Part Ⅱ： method and applications ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 899 - 908 .

YAN M Y ， GAN W ， ZHOU Y ， et al . Projection method for blockchain-enabled non-iterative decentralized management in integrated natural gas-electric systems and its application in digital twin modelling ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 311 ： 118645 .

氢-电综合能源系统模型参数［EB/OL］.［ 2024-01-01 ］. https：//1drv.ms/x/s https://1drv.ms/x/s ！AuFXKnsuZMScXVd 1 bWkbdi_ 9 Hk？e=tA 8 Rvb .

Data of hydrogen-electricity integrated energy system model ［EB/OL］.［ 2024-01-01 ］. https：//1drv.ms/x/s https://1drv.ms/x/s ！AuFXKnsu-ZMScXVd 1 bWkbdi_ 9 Hk？e=tA 8 Rvb .

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