不确定性源荷条件下社区能源系统的多代理模型预测控制策略

近年来，智慧能源社区的概念已出现并得到广泛关注。不同微网能源系统由于资源禀赋差异，其能源输入/输出具有耦合互补性。通过建立互联微网的社区能源集合系统，构造一个社区分布式能源交易平台，可基于多微网间的信息互换、能源交互为社区多微网间的高效互动、综合利用提供一种高效的能源管理策略；同时，可基于多微网聚合的灵活性资源为社区参与电力主能量市场及辅助服务市场提供附加收益渠道以提升社区能源系统的整体经济效益。

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如何整合社区的灵活可控资源，参与传统电力主能量市场及辅助服务市场以提升整体社区的经济效益？

大部分针对社区能源系统的研究多着眼于社区内多主体间的能量共享以提升社区的能源效率，很少考虑到社区能源系统与外部的电力主能量市场和备用市场的衔接框架，实现社区能源系统与外部电网的友好互动。为提升社区系统的全局经济效益，本文建立了外部电力市场与社区内部交易市场的双层优化调度模型：上层社区能源管理者（community agent, CA）通过对社区内部可调节资源进行初步评估，以确定其电力主能量市场及备用市场的最优参与策略，一旦CA接受到电网的调控信号，可以计算得到社区能源系统与外部电网在不同时刻理想的功率输入/输出轨迹，进一步地，CA引导下层多微网的交易能流以满足外部电网对社区的功率交换需求。

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如何构建合理的互动与价格机制，协调社区管理者与多微网间的利益分配？

为实现微网间的高效互动并满足多微网的利益诉求，提出下层多微网基于价格信号的自适应共识机制：1）多微网为理性主体，面向动态价格信号基于模型预测控制(model predictive control, MPC )算法制定其可控设备（燃气轮机、储能、柔性负荷等）的经济调度策略，实现滚动时域下的优化控制并确定其能源需求；2）多微网在CA的引导下基于多主体共识及交互机制自发形成多微网与CA统一的零售交易价格，一方面可在尊重微网自主决策偏好的前提下达成零售价格共识，协调多微网间的利益，另一方面可基于价格流引导社区能量流，满足社区与外部电网的稳定功率输入/输出需求。

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如何构建多主体分布式交互体系，达成不完全信息交互下多主体的协同共识？

源互联网的发展及信息通信技术的大规模推广建设为多微网间的高效通信奠定了技术基础，但传统多主体分布式交互框架具有较强的先设条件——在多主体交互过程中不存在通信时延、通信中断等问题，与现实条件并不相符。本文提出一种考虑通信拓扑不确定性的多主体分布式交互框架，以实现多微网面向社区零售价格的协同共识。在第τ 次迭代过程中多主体交互的框架流程如下：1）多微网更新其交互的通信网络拓扑结构，例如差异化通信拓扑结构，如图1(a）所示的星形拓扑与图1(b）所示的随机拓扑；2）CA计算上层电网外部功率交换需求与下层多微网聚合功率能流的偏差 ∆Pτ，基于一定的梯度更新多微网的零售价格；3）微网面向更新的零售价格基于自身目标函数重新优化各自的微网控制序列，并将再调度下的交易需求发送给CA；4）CA计算聚合的功率能流，判断偏差 ∆Pτ是否降低到一个阈值，若未达到，则继续执行多微网交互过程，若达到阈值，则中止多微网间的交互并确定最后零售价格。差异化通信拓扑下的零售价格共识效果如图2所示。此外，本文所提方法也可有效应对通信中断等场景，所提共识算法具有较好的通信收敛性、鲁棒性及自愈性。

图1 不同的通信拓扑结构 (a) 星形拓扑 (b) 随机拓扑

图2  差异化通信拓扑下的零售价格共识效果 (a) 星形拓扑 (b) 随机拓扑

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所搭建的社区能源交易系统对多微网的效益分析及调度影响

本文通过对多代理下的社区能源系统进行仿真建模，以评估所提多主体共识机制协同控制策略的有效性。计算结果表明：1）与微网独立调度模式相比，多微网协同控制模式可有效提升社区能源网络的能源效率，实现社区内部多微网的供需互补；2）所搭建的社区分布式能源交易平台可实现与外部主能量市场、备用市场的有效衔接，通过聚合社区灵活性资源参与电力备用市场，有效提升社区多主体的经济效益；3）在多微网交互过程中可自发产生价格信号，该价格信号可有效反映社区供需情况及多主体的决策偏好，并协调多微网及CA的利益分配；4）将MPC策略嵌入到所提出的共识机制中，可实现价格流下引导的社区能流自趋优运行。

来源：电力系统自动化