[论文解读] Robust Management of Distributed Energy Resources for Microgrids with Renewables

Yu Zhang, Nikolaos Gatsis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2012

Microgrid Control and Optimization被引用 8

一句话总结

本文提出了一种适用于高比例可再生能源渗透的微电网的分布式经济调度框架，采用对偶分解方法最小化综合成本，包括发电、储能、负荷调度以及可再生能源不确定性下的最坏情况交易成本。该方法通过本地控制器确保供需平衡，同时降低通信开销并提高鲁棒性。

ABSTRACT

Due to its reduced communication overhead and robustness to failures, distributed energy management is of paramount importance in smart grids, especially in microgrids, which feature distributed generation (DG) and distributed storage (DS). Distributed economic dispatch for a microgrid with high renewable energy penetration and demand-side management operating in grid-connected mode is considered in this paper. To address the intrinsically stochastic availability of renewable energy sources (RES), a novel power scheduling approach is introduced. The approach involves the actual renewable energy as well as the energy traded with the main grid, so that the supply-demand balance is maintained. The optimal scheduling strategy minimizes the microgrid net cost, which includes DG and DS costs, utility of dispatchable loads, and worst-case transaction cost stemming from the uncertainty in RES. Leveraging the dual decomposition, the optimization problem formulated is solved in a distributed fashion by the local controllers of DG, DS, and dispatchable loads. Numerical results are reported to corroborate the effectiveness of the novel approach.

研究动机与目标

• 为解决在输出不确定的高比例可再生能源（RES）微电网中管理的挑战。
• 最小化微电网的综合成本，包括分布式发电（DG）、储能（DS）、可调度负荷效益以及由于可再生能源波动导致的最坏情况交易成本。
• 开发一种分布式优化框架，以降低通信开销并增强对控制器或网络故障的鲁棒性。
• 通过整合实际可再生能源出力和与主网的双边交易，确保并网微电网的供需平衡。
• 使DG、DS和可调度负荷的本地控制器能够通过使用对偶分解自主求解优化问题。

提出的方法

• 制定一个包含DG、DS、可调度负荷以及与主网能量交易的分布式经济调度问题。
• 在目标函数中引入最坏情况交易成本，以考虑可再生能源可用性的不确定性。
• 应用对偶分解将全局优化问题分解为可由各控制器独立求解的局部子问题。
• 使用拉格朗日松弛方法解耦问题，实现在保持最优解收敛性的同时实现分布式计算。
• 将实际可再生能源出力和电网交易数据集成到调度模型中，以确保实时供需平衡。
• 通过对偶变量在本地控制器之间进行迭代协调，实现在无集中协调的情况下达到全局最优。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过分布式能源管理系统在高比例可再生能源渗透且可再生能源输出不确定的微电网中最小化综合成本？
• RQ2 最坏情况交易成本对可再生能源不确定性下的最优调度策略有何影响？
• RQ3 如何通过本地控制器和最小通信量在并网微电网中维持供需平衡？
• RQ4 对偶分解在多大程度上实现了分布式微电网管理中的鲁棒性、可扩展性和故障容错能力？
• RQ5 本地控制器能否独立求解经济调度问题，同时确保全局最优性和系统稳定性？

主要发现

• 所提出的分布式方法成功最小化了微电网的综合成本，包括发电、储能、负荷调度以及最坏情况交易成本。
• 对偶分解实现了在本地控制器之间通信最少的最优解收敛。
• 通过整合实际可再生能源出力和与主网的电能交易，该方法维持了供需平衡。
• 由于去除了中心协调器并减少了通信开销，系统对故障的鲁棒性得到增强。
• 数值结果证实了该方法在处理随机可再生能源可用性及实现成本最优调度方面的有效性。
• 该框架支持在高比例可再生能源集成和动态负荷特性微电网中的可扩展部署。