2.793

                    2018影響因子

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                    基于異步動態事件觸發通信策略的綜合能源系統分布式協同優化運行方法

                    李玉帥 李天義 高煒 高文忠

                    李玉帥, 李天義, 高煒, 高文忠. 基于異步動態事件觸發通信策略的綜合能源系統分布式協同優化運行方法. 自動化學報, 2020, 46(9): 1831?1843 doi: 10.16383/j.aas.c200172
                    引用本文: 李玉帥, 李天義, 高煒, 高文忠. 基于異步動態事件觸發通信策略的綜合能源系統分布式協同優化運行方法. 自動化學報, 2020, 46(9): 1831?1843 doi: 10.16383/j.aas.c200172
                    Li Yu-Shuai, Li Tian-Yi, Gao Wei, Gao Wen-Zhong. Distributed collaborative optimization operation approach for integrated energy system based on asynchronous and dynamic event-triggering communication strategy. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(9): 1831?1843 doi: 10.16383/j.aas.c200172
                    Citation: Li Yu-Shuai, Li Tian-Yi, Gao Wei, Gao Wen-Zhong. Distributed collaborative optimization operation approach for integrated energy system based on asynchronous and dynamic event-triggering communication strategy. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(9): 1831?1843 doi: 10.16383/j.aas.c200172

                    基于異步動態事件觸發通信策略的綜合能源系統分布式協同優化運行方法

                    doi: 10.16383/j.aas.c200172
                    詳細信息
                      作者簡介:

                      李玉帥:美國丹佛大學電氣與計算機工程系博士后研究員. 主要研究方向為分布式控制和優化, 機器學習及其在智能電網和能源互聯中的應用. E-mail: yushuaili@ieee.org

                      李天義:丹麥奧爾堡大學計算機系博士研究生. 主要研究方向為軌跡壓縮以及壓縮數據的查詢處理. E-mail: tianyi@cs.aau.dk

                      高煒:美國丹佛大學電氣與計算機工程系博士研究生. 主要研究方向為微電網控制, 可再生能源, 電力系統穩定以及機器學習在電力系統中的應用. E-mail: wei.gao@du.edu

                      高文忠:美國丹佛大學電氣與計算機工程系教授. 主要研究方向為可再生能源和分布式發電, 微電網, 智能電網和電力系統保護. 本文通信作者. E-mail: wenzhong.gao@du.edu

                    Distributed Collaborative Optimization Operation Approach for Integrated Energy System Based on Asynchronous and Dynamic Event-Triggering Communication Strategy

                    • 摘要: 研究綜合能源系統的協同能源管理問題, 并提出了一種基于異步動態事件觸發通信策略的分布式梯度算法來解決該問題. 通過引入外部輔助變量并設計有效的觸發機制, 該方法可以使得每個參與者僅在必要時刻以離散且異步的方式與鄰居產生通信交互, 實現了連續通信的離散替代化. 同時, 該方法并不要求全局同步時鐘, 具有更強的靈活性. 此外, 本文也在理論上證明了算法的全局收斂性. 最后, 仿真結果驗證了所提方法的有效性.
                    • 圖  1  測試系統

                      Fig.  1  Test system

                      圖  2  能源供需不匹配

                      Fig.  2  Energy supply/demand mismatch

                      圖  3  與電相關的變量收斂軌跡

                      Fig.  3  The convergence trajectories for the variables related to electricity power

                      圖  4  與熱相關的變量收斂軌跡

                      Fig.  4  The convergence trajectories for the variables related to heat

                      圖  5  與氣相關的變量收斂軌跡

                      Fig.  5  The convergence trajectories for the variables related to gas

                      圖  6  事件觸發序列

                      Fig.  6  Event-triggered instants

                      圖  7  能源輸出/需求

                      Fig.  7  Energy output/demand

                      表  1  符號定義

                      Table  1  Symbol definition

                      符號定義符號定義
                      $i$能源體編號$j$能源體中的參與者編號
                      $T$調度周期(即各類能源設備和能源負載)
                      $p_{i,T}^{exch}$, $h_{i,T}^{exch}$, $g_{i,T}^{exch}$能源體與外界交換的電、熱和
                      氣的功率或流量
                      $p_{ij,T}^{rg}$, $p_{ij,T}^{fg}$, $p_{ij,T}^{chp}$可再生發電機、燃料發電機和熱電聯
                      產裝置的功率輸出
                      $h_{ij,T}^{rg}$, $h_{ij,T}^{fg}$, $h_{ij,T}^{chp}$可再生制熱裝置, 燃料制熱裝置
                      和熱電聯產裝置的熱能輸出
                      $p_{ij,T}^{es}$, $h_{ij,T}^{es}$電、熱儲能與外界功率交換值
                      $g_{ij,T}^{gas}$燃氣供應商所提供的燃氣量
                      $lp_{ij,T}^m$, $lh_{ij,T}^m$, $lg_{ij,T}^m$$i$個能源體第$j$個 能源負載
                      中的必須運行電負載部分、熱
                      負載部分和氣負載部分
                      $lp_{ij,T}^c$, $lh_{ij,T}^c$, $lg_{ij,T}^c$$i$個能源體第$j$個能源負載中的可
                      控電負載部分、熱負載部分和氣負載
                      部分
                      $\Lambda _i^{p,rg}$, $\Lambda _i^{p,fg}$, $\Lambda _i^{p,es}$$i$個能源體中可再生發電機
                      的集合, 燃料發電機的集合和
                      電儲能裝置的集合
                      $\Lambda _i^{h,rg}$, $\Lambda _i^{h,fg}$, $\Lambda _i^{h,es}$$i$個能源體中可再生制熱裝置的集
                      合、燃料制熱裝置的集合和熱儲能裝
                      置的集合
                      $\Lambda _i^{chp}$$i$個能源體中熱電聯產
                      裝置的集合
                      $\Lambda _i^{gas}$$i$個能源體中燃氣供應商的集合
                      $\Lambda _i^l$$i$個能源體中能源負載的集合
                      熱電聯產裝置第$k$($k = 1, \cdots ,4$)
                      個線性約束的系數
                      上標$\min$, $\max$下界和上界$\rho _{ij,k,1}$, $\rho _{ij,k,2}$, $\rho _{ij,k,3}$
                      $p_{ij,T}^{fg,ramp}$, $p_{ij,T}^{chp,ramp}$爬坡率
                      $g_{ij,T}^p$, $g_{ij,T}^h$, $g_{ij,T}^{chp}$燃料發電機、燃料制熱裝置和
                      熱電聯產裝置
                      的燃氣消耗量
                      $\eta _{ij}^{p,1}$, $\eta _{ij}^{p,2}$, $\eta _{ij}^{p,3}$,熱率系數
                      $\eta _{ij}^{h}$, $\eta _{ij}^{chp}$
                      $p_{ij,T}^{es,ch}$, $p_{ij,T}^{es,ds}$最大充、放電速率$SOC_{ij,T}^p$電儲能裝置的剩余容量
                      $\alpha _{ij}^{ch}$, $\alpha _{ij}^{ds}$充、放電系數$\beta _{ij,T - 1}^{ch},\beta _{ij,T - 1}^{ds} $上一調度周期的充、放電狀態
                      $\hbar_{ij,g-p}^{\min}$, $\hbar_{ij,g-p}^{\max}$電負載與氣負載之間最小和
                      最大的轉換百分比
                      $\hbar_{ij,h-p}^{\min}$, $\hbar_{ij,h-p}^{\max}$熱負載與電負載之間最小和最大的轉
                      換百分比
                      $\hbar_{ij,g-h}^{\min}$, $\hbar_{ij,g-h}^{\max}$氣負載與熱負載之間最小和
                      最大的轉換百分比
                      $B_{i,T}\left( \cdot \right)$能源體$i$的總收益
                      $C_{i,T}( \cdot )$能源體$i$的總成本
                      $U_{ij,T}$能源負載的使用函數$C( {p_{ij,T}^{rg}} )$可再生發電機的成本函數
                      $C( {h_{ij,T}^{rg}} )$可再生制熱裝置的成本函數$C( {p_{ij,T}^{fg}} )$燃料發電機的成本函數
                      $C( {h_{ij,T}^{fg}} )$燃料制熱裝置的成本函數$C( {p_{ij,T}^{chp},h_{ij,T}^{chp}} )$熱電聯產裝置的成本函數
                      $C( {p_{ij,T}^{es}} )$電儲能的成本函數$C( {h_{ij,T}^{es}} )$熱儲的能成本函數
                      $C( {g_{ij,T}^{gas}})$燃氣供應商的成本函數$\varphi_{ij}^{p}$, $\gamma_{ij}^{p}$, $\varphi_{ij}^{h}$, $\gamma_{ij}^{h}$正的使用系數
                      $b_{ij}^{rg}$, $d_{ij}^{rg}$, $a_{ij}^{fg}$, $b_{ij}^{fg}$, $c_{ij}^{fg}$,正的成本系數$\varphi_{ij}^{g}$, $\gamma_{ij}^{g}$, $\iota_{ij}^{rg}$負的懲罰系數
                      $d_{ij}^{fg}$, $e_{ij}^{fg}$, $a_{ij}^{p}$, $b_{ij}^{p}$, $a_{ij}^{h}$,
                      $b_{ij}^{h}$, $c_{ij}^{chp}$, $d_{ij}^{chp}$, $a_{ij}^{es}$,$price_T^p$, $price_T^h,$電、熱和氣市場成交價格
                      $a_{ij}^{gas}$, $b_{ij}^{gas}$, $c_{ij}^{gas}$, $d_{ij}^{gas}$$price_T^g$
                      $1_{d}$全部元素為 1 的d 維列向量$\flat_{1,ij}$, $\flat_{2,ij}$, $\flat_{3,ij}$,觸發系數
                      $0_{d}$全部元素為 0 的d 維列向量$\flat_{4,ij}$, $\flat_{5,ij}$, $\flat_{6,ij}$
                      ${\rm{diag}}(\cdot)$對角矩陣$\varrho_{i}$$i$個能源體中參與者總數
                      $col(\cdot)$向量的列堆棧上標$*$平衡點
                      $\Upsilon=\times\Upsilon_{ij}$$\Upsilon_{ij}$的笛卡爾積$\otimes$克羅內克積
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                    • 加載中
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                    出版歷程
                    • 收稿日期:  2020-03-31
                    • 錄用日期:  2020-08-27
                    • 網絡出版日期:  2020-09-28
                    • 刊出日期:  2020-09-28

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