智能配用電網(wǎng)能量優(yōu)化管理研究.pdf

1、電力網(wǎng)絡是人類文明從機械時代邁入電氣時代最具代表性的標志。電力網(wǎng)絡由發(fā)電設備，傳輸設備，配用設備等組成，向用電方提供安全穩(wěn)定的電力來源。然而隨著電力設備的老化、電力需求的日益增長及新能源技術的發(fā)展，可靠、穩(wěn)定、高效的電網(wǎng)技術成為研究熱點。智能電網(wǎng)(Smart Grid)，被學術界和工業(yè)界認為是有效解決現(xiàn)有挑戰(zhàn)的下一代電網(wǎng)技術解決方案。智能電網(wǎng)將會配備通信設施和實時測量設施，提高電網(wǎng)的可靠性、穩(wěn)定性、效率，同時能夠預防、應對電網(wǎng)內(nèi)部以及外

2、部的危機。智能電網(wǎng)將有效處理電力運輸及調(diào)度過程中的不確定性，提供新型清潔能源，優(yōu)化配用電網(wǎng)系統(tǒng)并提升電力供應的質(zhì)量和可靠性，更加主動地預測和管理電網(wǎng)操作中的不可預測事件，降低電網(wǎng)運行風險。
　　在未來的智能電網(wǎng)，能量優(yōu)化管理問題是一項核心關鍵技術和前沿研究課題。先進量測技術和智能配用電網(wǎng)通信設施的引入促使智能電網(wǎng)變革為一個閉環(huán)反饋可控系統(tǒng)。在此硬件設施基礎上設計優(yōu)化控制算法將有效改善電力網(wǎng)絡的能量使用效率、可靠性和穩(wěn)定性。根據(jù)智能

3、配用電網(wǎng)體系內(nèi)個體之間是否實時交互，可以將能量優(yōu)化管理問題分為宏觀層面和微觀層面。值得注意的是，作為信息物理系統(tǒng)的典型范例，智能配用電網(wǎng)面臨信息融合后帶來的安全問題。本文結(jié)合該方向的最新研究成果，以智能配用電網(wǎng)能量優(yōu)化管理的關鍵技術研究為主要內(nèi)容。
　　首先，本文簡要回顧智能配用電網(wǎng)能量優(yōu)化管理問題的相關研究背景、概述和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　本文的主要貢獻包括以下幾個方面:
　　1.研究了家庭用戶用電設備調(diào)度問題，考慮

4、在智能電網(wǎng)背景下針對實時電價的預測具有不確定性。家庭用戶用電設備的負載調(diào)度應該考慮到用戶舒適度以及對不確定實時價格的魯棒性。首先根據(jù)用電設備的特性進行建模，然后構(gòu)建考慮到用戶舒適度和魯棒性的目標函數(shù)，最終問題被構(gòu)造成為一個混合整數(shù)二次優(yōu)化問題。通過整數(shù)松弛將整數(shù)變量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變量，然后用內(nèi)點法解出二次優(yōu)化問題，最終將一些連續(xù)變量近似為整數(shù)變量，得到次優(yōu)解，并給出次優(yōu)解和最優(yōu)解之間差距的證明。此外還給出一個迭代學習算法，獲取用戶的用電習慣

5、和決定用電費用和滿意度之間的權重因子。
　　2.研究了智能樓宇中的會議調(diào)度問題。在智能樓宇中，對所舉辦的會議進行調(diào)度使得用電費用達到最小。首先針對會議的特點以及實際情況進行建模，考慮到啟動電量（將房間溫度調(diào)整到舒適程度的額外電量），構(gòu)造目標函數(shù)。該問題為一個混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，可通過優(yōu)化工具解決。為了降低計算復雜度，本文設計了一個基于評分排序的方法，對每個會議分別進行調(diào)度安排，最終得到次優(yōu)解。仿真結(jié)果證明該算法能夠使得樓宇的用電

6、費用減低28.5％，且計算時間大幅減少。
　　3.研究了多家供電公司場景下的需求側(cè)響應管理策略。未來的電力市場是開放的，允許多方競爭。該問題給出的場景即是多家供電公司向一個居民小區(qū)供電，各家供電公司可以自由選擇價格和產(chǎn)量。居民小區(qū)用戶也可根據(jù)市場價格和市場供應選擇供電公司和用電量。本文采用了兩層博弈模型，其中非合作博弈用于建模供電公司之間的交互和策略選擇，演化博弈用戶建模居民小區(qū)的策略選擇。最終設計分布式算法，使供電公司和居民用戶

7、分別收斂到Nash平衡點和演化博弈平衡點。仿真結(jié)果表明該算法可有效降低用電需求的峰值平均值比。
　　4.研究了不可靠無線通信對于需求側(cè)響應管理的影響以及設計抗擁塞攻擊算法。在智能配用電網(wǎng)背景下，采用通用需求側(cè)響應管理模型，其中家庭用戶和分布式控制中心的通信通過無線通信實現(xiàn)，家庭用戶可以在多條無線信道選擇一個信道進行通信，同時攻擊者會選擇一個信道對其進行擁塞攻擊，能量管理中心無法成功接收家庭用戶的需求信息，將對其需求進行估計。并證明