在能源互聯(lián)網(wǎng)模式下，互聯(lián)網(wǎng)技術與可再生能源相結合，能源的開采、配送和利用從傳統(tǒng)的集中式轉變?yōu)橹悄芑姆稚⑹剑磥淼碾娋W(wǎng)將成為電力能源共享網(wǎng)絡。本文提出了基于能源互聯(lián)網(wǎng)民主化、去中心化、智能化、物聯(lián)化等特點的微電網(wǎng)集群優(yōu)化調度控制模式，并提出了解決分布式單元即插即用的優(yōu)化求解算法。本文提出的模型與算法亦適用于地域分散、虛擬控制中心、靈活組合的虛擬發(fā)電廠、售電商、負荷聚合商、能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化調度求解。

1 微電網(wǎng)集群優(yōu)化調度為什么基于互聯(lián)網(wǎng)靈活通信?

微電網(wǎng)集群是指多個微電網(wǎng)的集合，微電網(wǎng)集群化運行是一種提高分布式電源消納、并使其整體運行可調控的重要解決方式。本文以微電網(wǎng)集群為研究對象，建立了上層無中心控制模式和下層集中式控制模式相結合的混合分層優(yōu)化調度模型，探索了適應微電網(wǎng)單元即插即用的優(yōu)化調度求解算法。其中，微電網(wǎng)集群中的各微電網(wǎng)單元之間沒有電氣連接，僅通過互聯(lián)網(wǎng)通信鏈接集合而成。基于互聯(lián)網(wǎng)靈活通信的微電網(wǎng)集群分布式優(yōu)化調度優(yōu)點在于：(1)因地制宜，利用已有互聯(lián)網(wǎng)通信資源，避免建立微電網(wǎng)集群控制中心的大量通信建設投資;(2)控制靈活，支持微電網(wǎng)單元可獨立運行而具有的即插即用特點，不影響整體微電網(wǎng)集群優(yōu)化調度。本文的模型與算法同樣適用于具有自決策能力的發(fā)用電主體成員所組成的虛擬組織，既可基于靈活通信方式組合為一個邏輯整體，對電力市場競價或參與電力調度，也可支持各成員退出或加入整體組織而不影響優(yōu)化收斂性和求解有效性。

2 如何實現(xiàn)支持即插即用的分布式優(yōu)化調度?

傳統(tǒng)優(yōu)化調度中，參與優(yōu)化求解的機組集合確定，通常不會發(fā)生變化。而微電網(wǎng)的即插即用特性，使得微電網(wǎng)集群優(yōu)化求解過程中，隨時有可能出現(xiàn)參與的微電網(wǎng)單元增加或減少。因此，傳統(tǒng)的優(yōu)化調度求解算法很難解決優(yōu)化過程中參與集合變化的問題，這也正是微電網(wǎng)集群分布式調度難以工程應用推廣的原因所在。

分布式優(yōu)化調度基于分布式優(yōu)化的數(shù)學理論模型，分布式單元之間的鏈接關系需滿足雙隨機矩陣要求才能夠達到分布式優(yōu)化迭代收斂的結果。當分布式單元的節(jié)點數(shù)量或鏈接關系發(fā)生變化，由于破壞了雙隨機矩陣特性，因此其結果出現(xiàn)發(fā)散即非收斂狀態(tài)。本文研究發(fā)現(xiàn)，如果在分布式單元的節(jié)點數(shù)量或鏈接關系發(fā)生了變化之后，其余分布式單元之間仍然保持雙隨機矩陣特性的鏈接關系，而且仍然可以得到優(yōu)化迭代收斂的結果。

本文研究既考慮微電網(wǎng)集群整體優(yōu)化效果，也考慮微電網(wǎng)單元內部優(yōu)化調度。因此，構建混合多層優(yōu)化調度模型，上層基于互聯(lián)網(wǎng)靈活通信在各微電網(wǎng)單元之間實現(xiàn)無控制中心的分布式調度模式，下層在各微電網(wǎng)單元內部以集中式控制模式優(yōu)化調度其中的分布式電源和負荷。

當某微電網(wǎng)退出或加入集群運行(即插即用)時，集群中微電網(wǎng)單元的數(shù)量和連接方式都發(fā)生了變化。為了能夠保持整體優(yōu)化收斂性，本文研究嘗試修正通信鏈接矩陣以保持其雙隨機特性。仿真結果表明，該方法有效防止了優(yōu)化結果發(fā)散，保證了優(yōu)化算法對控制變量維數(shù)發(fā)生變化時的有效性，即可以解決具有即插即用特性的微電網(wǎng)集群優(yōu)化問題。

3 混合多層的分布式協(xié)調優(yōu)化如何求解?

本文提出了修正通信鏈路的改進分布式優(yōu)化調度算法，用于求解混合多層分布式協(xié)調優(yōu)化，同時在微電網(wǎng)單元即插即用情況下，也能夠獲得優(yōu)化結果。本文提出了適應控制變量維數(shù)可變性的優(yōu)化收斂解決方法，從而解決了即插即用引起的優(yōu)化不收斂問題，對能源互聯(lián)網(wǎng)運行模式下無中心控制的全局優(yōu)化調度具有重要意義。

1)混合分層優(yōu)化調度模型

微電網(wǎng)單元通過互聯(lián)網(wǎng)靈活通信方式邏輯上組成為微電網(wǎng)集群，各單元之間的通信拓撲表達為通信拓撲鏈接矩陣，具有通信鏈接的各微電網(wǎng)單元之間交互每一步的優(yōu)化迭代結果;每一個微電網(wǎng)單元基于收到的其他微電網(wǎng)單元迭代值更新下一步優(yōu)化迭代結果，再進行交互通信;直至滿足分布式優(yōu)化迭代收斂條件。微電網(wǎng)單元之間的上層優(yōu)化實現(xiàn)去中心化調度，以全局調度總成本最少為優(yōu)化目標，以電力交換約束和傳輸線路限制為約束條件。

各微電網(wǎng)單元內部按照集中優(yōu)化方式計算本地優(yōu)化結果，微電網(wǎng)每一次利用上層迭代結果修正基層優(yōu)化目標，進行再次優(yōu)化。微電網(wǎng)內部的基層優(yōu)化實現(xiàn)單元內部調度，以各單元內發(fā)電成本最小為目標，微電源實時發(fā)電能力為約束條件。

2) 適用于即插即用的優(yōu)化求解算法

靈活的通信方式是能源互聯(lián)網(wǎng)的應用基礎，基于能源互聯(lián)網(wǎng)運行模式的微電網(wǎng)集群利用靈活的通信方式將地理分散的各微電網(wǎng)單元組織為一個邏輯整體。微電網(wǎng)單元之間的通信可達性描述為滿足雙隨機條件的通信拓撲鏈接矩陣，此時可保證全局優(yōu)化的收斂性。微電網(wǎng)單元即插即用運行時，控制變量維數(shù)發(fā)生改變，通信拓撲鏈接矩陣的雙隨機性條件被破壞，全局優(yōu)化不能收斂。本文提出了按照即插即用改變通信拓撲鏈接矩陣的方法，使之一直保持雙隨機性特征，從而獲得控制變量維數(shù)可變時的全局收斂性。

4 優(yōu)化效果如何?

在仿真中，本文建立了由9個微電網(wǎng)組成的集群并設計了微電網(wǎng)間互聯(lián)網(wǎng)通信拓撲。在本文構建的混合多層優(yōu)化模型基礎上，其優(yōu)化結果如圖2所示。如果采用傳統(tǒng)優(yōu)化算法，當某個微電網(wǎng)進入獨立運行模式或脫離集群(Plug-out)，即控制變量維數(shù)發(fā)生改變，優(yōu)化迭代出現(xiàn)斷崖式下跌，不能獲得結果，如圖3所示。采用本文提出修正鏈接矩陣的改進分布式優(yōu)化算法，當某個微電網(wǎng)退出時，集群中現(xiàn)有各微電網(wǎng)仍然可以維持迭代計算穩(wěn)定性，獲得優(yōu)化結果，如圖4所示。同理，當有微電網(wǎng)單元加入集群時(Plug-in)，各個成員也可以通過協(xié)調優(yōu)化重新分配出力以達到整體成本最小，如圖5所示。