上海交通大学张雨曼、刘学智 等：光伏-储能-热电联产综合能源系统分解协调优化运行研究
张雨曼，上海交通大学，硕士研究生，研究方向为综合能源系统优化规划、运行，包括可再生能源和负荷不确定性研究，以及多时间尺度优化研究等，参与国家重点研发计划。
刘学智，上海交通大学电子信息与电气工程学院，讲师。2014年获英国卡迪夫大学博士学位，2013-2015年在英国曼彻斯特大学从事博士后研究工作。
研究方向为电气与能源交叉学科领域，拥有10年以上国内外综合能源系统研究经历，包含电/热/气/氢网、热电联供、热泵以及光伏-储能系统优化设计与运行等。
论文代表作包含第一作者发表的3篇《Applied Energy》(IF：8.4)与1篇《Journal of Energy Storage》(IF: 3.5) ，其中1篇ESI高被引论文，谷歌学术引用共500次以上。2017年上海市浦江人才计划获得者。2019年上海交通大学—英国利兹大学学术交流基金项目获得者。先后参与英国EPSRC、欧盟FP7、国家重点研发计划、国家电网等项目。
本文研究了光伏-储能-热电联产（CHP）综合能源系统的协调优化运行，在尽可能保证电热系统各自信息有效保护隔离的前提下，利用 Benders分解方法将电热耦合系统模型分解为热力系统主问题和电力系统子问题，得出各系统设备的最优出力分配.
同时研究了基于 Benders 分解法的系统间交互模式和系统有效保护信息，探讨了在隐私保护前提下运用分解协调优化方法求解的可行性。所提出的方法实现了综合能源系统电热网在各自信息隐私保护情况下达到全局最优。
综合能源系统互联化的发展使得存在多个区域综合能源系统和大电网相联的情况，由于用户隐私、数量规模等原因，不适宜将热力系统内详细数据上传到电力系统调控中心。因此，在区域综合能源里，电力系统与热力系统有一定相互关联，但又保持各自的独立性.
在这样的情况下，两者之间的信息是无法充分化和透明化交互的，系统信息的隐私保障是必要的。由此，如何对电热独立的系统进行优化，达到整体的效益最大化，是一个具有挑战性的问题。
本文基于 Benders 分解法，在调度中心信息加密化的情况下，在实现各系统优化运行的同时，能够保护综合能源系统中不同能源网络或不同设备主体之间的信息隐私，减少信息共享，保护信息安全。
为了实现综合能源系统电热网在各自信息隐私保护情况下达到全局最优，论文研究了光伏-储能-热电联产简单综合能源系统的协调优化运行，探讨了在隐私保护前提下运用分解协调优化方法求解的可行性，证明了能用分布式求解实现全局最优。
为解决电热隐私保护情况下综合能源系统优化运行问题，通常用到Benders分解方法， Benders分解方法所要求的协调只需要一些隐私加密化的信息，能够将优化问题分解，独立优化求解并通过反复迭代达到整体效益的最优，如图1。
图1 综合能源网优化运行的分解协调示意图
首先建立了电热耦合系统的分解优化运行模型；其次，利用Benders分解法对模型进行求解，将模型分解为热力系统主问题和电力系统子问题，通过两个系统之间迭代计算，得出各系统设备的最优出力分配；再次，研究了基于Benders分解法的系统间交互模式，在尽可能保证主子问题各自信息有效保护隔离的前提下，两个系统之间只需要交换隐私化后的参数及Benders约束，最大程度上保护了电/热系统的信息隐私。
图2 光伏-储能-CHP功率流与Benders主子问题变量划分
利用 Benders 分解法中主问题和子问题各自优化的特性，图3将原 Benders 分解法进行改进，通过加密的方式实现信息隐私化，将子问题中包含的主问题信息保护隔离，主问题中包含的子问题信息保护隔离。
图3 信息隐私化后的 Benders 分解算法的模型求解原理
在图3的信息隐私化的迭代交互模式下，基于已建立的电热耦合模型，综合对目标函数和约束条件的分析，总结出电网和热网各自有效保护信息和共享信息。
同时总结出在这样形成信息隐私加密化的主、子问题信息交互模式，包括信息的传递和返回过程。在交互模式下电力系统和热力系统必须遵循以下准则：
该研究显示电热系统在信息隐私保护的情况下进行各自独立的优化，两者的迭代信息遵循一定的机制准则，能够实现总体效益最大化，这是由Benders分解优化原理所保证的。
基于Benders分解法，在调度中心信息加密化的情况下，在实现各系统优化运行的同时，能够保护综合能源系统中不同能源网络或不同设备主体之间的信息隐私，减少信息共享，保护信息安全。
张雨曼, 刘学智, 严正, 张沛超. 光伏-储能-热电联产综合能源系统分解协调优化运行研究[J]. 电工技术学报, 2020, 35(11): 2372-2386. Zhang Yuman, Liu Xuezhi, Yan Zheng, Zhang Peichao. Decomposition-Coordination Based Optimization for PV-BESS-CHP Integrated Energy Systems. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(11): 2372-2386.