[论文解读] Paving the Way to Smart Micro Energy Internet: Concepts, Design Principles, and Engineering Practices

Shengwei Mei, Rui Li+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2016

Smart Grid Energy Management参考文献 38被引用 4

一句话总结

本文提出了一种智能微能源互联网框架，整合了微电网、分布式多联供、储能及先进控制技术，以提升能效与韧性。该框架引入一种基于工程博弈论的能源管理系统，具备自趋近最优的能力，通过青海大学基于太阳能的原型系统验证，展示了在扰动下运行稳定性的提升及多准则优化能力。

ABSTRACT

The energy internet is one of the most promising future energy infrastructures that could both enhance energy efficiency and improve its operating flexibility. Analogous to the micro-grid, the micro energy internet emphasizes the distribution level and demand side. This paper proposes concepts and design principles of a smart micro energy internet for accommodating micro-grids, distributed poly-generation systems, energy storage facilities, and associated energy distribution infrastructures. Since the dispatch and control system of the smart micro energy internet is responsible for external disturbances, it should be able to approach a satisfactory operating point while supporting multiple criteria, such as safety, economy, and environmental protection. To realize the vision of a smart micro energy internet, an engineering game theory based energy management system with self-approaching-optimum capability is investigated. Based on the proposed concepts, design principles, and energy management system, this paper presents a prototype of China's first conceptual solar-based smart micro energy internet, established in Qinghai University.

研究动机与目标

• 开发一个综合性的智能微能源互联网概念框架，整合分布式能源资源与需求侧管理。
• 通过先进的调度与控制机制，解决在外部扰动下维持系统稳定与高效运行的挑战。
• 提出兼顾安全性、经济性与环境可持续性的微能源系统设计原则。
• 实现并验证一种基于工程博弈论的能源管理系统，具备自趋近最优运行的能力。

提出的方法

• 本文提出一种以分布式能源资源为核心的智能微能源互联网架构，包括微电网、多联供系统及储能装置。
• 构建了一套调度与控制系统，旨在应对外部扰动的同时，优化安全性、经济性与环境影响。
• 提出一种基于工程博弈论的能源管理系统，使各代理能够迭代收敛至最优运行点。
• 系统采用自趋近最优机制，动态调节能量流动，减少运行偏差。
• 建立了理论模型以表征能源代理之间的交互关系，整合了功率平衡约束、设备极限及环境目标。
• 在青海大学搭建了原型系统，采用太阳能发电与实时控制，验证了方案的可行性与性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种智能微能源互联网，以整合多样化的分布式能源资源，同时在扰动下保持系统稳定？
• RQ2 何种控制机制可实现在微能源系统中对安全性、经济性与环境影响的多目标优化？
• RQ3 能源管理系统如何在无需全局集中优化的前提下实现自趋近最优运行？
• RQ4 哪些工程原则可确保微能源互联网部署的可扩展性、可靠性与可持续性？
• RQ5 在真实条件下，基于博弈论的方法在提升分布式能源代理间协调能力方面能达到何种程度？

主要发现

• 所提出的基于工程博弈论的能源管理系统成功使各代理在无需全局系统信息的情况下收敛至最优运行点。
• 青海大学的原型系统在动态负荷与可再生能源发电波动下表现出稳定运行，验证了所提框架的可行性。
• 通过协调分布式资源与储能的调度，系统实现了更高的能源效率与更低的运行成本。
• 设计原则有效支持了太阳能发电、多联供与储能的集成，促进了高比例可再生能源的渗透。
• 控制系统在外部扰动下仍保持系统安全与环境合规，验证了其鲁棒性。
• 实施结果表明，自趋近最优行为显著提升了真实微能源网络的适应性与韧性。