在能源互聯網模式下，互聯網技術與可再生能源相結合，能源的開采、配送和利用從傳統的集中式轉變為智能化的分散式，未來的電網將成為電力能源共享網絡。本文提出了基于能源互聯網民主化、去中心化、智能化、物聯化等特點的微電網集群優化調度控制模式，并提出了解決分布式單元即插即用的優化求解算法。本文提出的模型與算法亦適用于地域分散、虛擬控制中心、靈活組合的虛擬發電廠、售電商、負荷聚合商、能源互聯網優化調度求解。

1 微電網集群優化調度為什么基于互聯網靈活通信?

微電網集群是指多個微電網的集合，微電網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化調度模型，探索了適應微電網單元即插即用的優化調度求解算法。其中，微電網集群中的各微電網單元之間沒有電氣連接，僅通過互聯網通信鏈接集合而成。基于互聯網靈活通信的微電網集群分布式優化調度優點在于：(1)因地制宜，利用已有互聯網通信資源，避免建立微電網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，不影響整體微電網集群優化調度。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化收斂性和求解有效性。

2 如何實現支持即插即用的分布式優化調度?

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

分布式優化調度基于分布式優化的數學理論模型，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化迭代收斂的結果。當分布式單元的節點數量或鏈接關系發生變化，由于破壞了雙隨機矩陣特性，因此其結果出現發散即非收斂狀態。本文研究發現，如果在分布式單元的節點數量或鏈接關系發生了變化之后，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化迭代收斂的結果。

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

當某微電網退出或加入集群運行(即插即用)時，集群中微電網單元的數量和連接方式都發生了變化。為了能夠保持整體優化收斂性，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化結果發散，保證了優化算法對控制變量維數發生變化時的有效性，即可以解決具有即插即用特性的微電網集群優化問題。

3 混合多層的分布式協調優化如何求解?

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

1)混合分層優化調度模型

微電網單元通過互聯網靈活通信方式邏輯上組成為微電網集群，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單元之間交互每一步的優化迭代結果;每一個微電網單元基于收到的其他微電網單元迭代值更新下一步優化迭代結果，再進行交互通信;直至滿足分布式優化迭代收斂條件。微電網單元之間的上層優化實現去中心化調度，以全局調度總成本最少為優化目標，以電力交換約束和傳輸線路限制為約束條件。

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

2) 適用于即插即用的優化求解算法

靈活的通信方式是能源互聯網的應用基礎，基于能源互聯網運行模式的微電網集群利用靈活的通信方式將地理分散的各微電網單元組織為一個邏輯整體。微電網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，此時可保證全局優化的收斂性。微電網單元即插即用運行時，控制變量維數發生改變，通信拓撲鏈接矩陣的雙隨機性條件被破壞，全局優化不能收斂。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可變時的全局收斂性。

4 優化效果如何?

在仿真中，本文建立了由9個微電網組成的集群并設計了微電網間互聯網通信拓撲。在本文構建的混合多層優化模型基礎上，其優化結果如圖2所示。如果采用傳統優化算法，當某個微電網進入獨立運行模式或脫離集群(Plug-out)，即控制變量維數發生改變，優化迭代出現斷崖式下跌，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化算法，當某個微電網退出時，集群中現有各微電網仍然可以維持迭代計算穩定性，獲得優化結果，如圖4所示。同理，當有微電網單元加入集群時(Plug-in)，各個成員也可以通過協調優化重新分配出力以達到整體成本最小，如圖5所示。