南科大嘉有為課題組在智能微電網領域取得系列進展

近日,南方科技大學电子與電氣工程系助理教授嘉有為課題組在可再生能源併入的智能微電網能量管理方向取得一系列科研進展,相關成果在領域內頂級國際期刊IEEE Trans. on Smart Grid,以及IEEE國際電力能源大會上發表,並獲大會最佳論文獎。

智能微電網是以電力电子技術為核心,可精準感知、控制網內源荷的小型發配電系統,是將可再生能源發電技術、儲能技術、能量管理系統和輸配電基礎設施高度集成的新型電網。在當前能源變革的形勢下,由於對電網彈性、能源安全和偏遠地區電氣化的需求,智能微電網技術將在電力領域獲得持續發展。由於微電網缺乏慣性和自主控制能力,源荷的高度不確定性將引發一系列系統運行的穩定性和經濟性問題。

嘉有為課題組發表在IEEE Trans. on Smart Grid上的文章以“A Novel Retrospect-inspired Regime for Microgrid Real-time Energy Scheduling with Heterogeneous Sources”為題,提出了一種在線協同調度微電網內特性各異的發電機組的算法,此算法有效降低了傳統實時經濟調度(real-time energy scheduling)對預測信息的依賴,可在計及不確定性條件下使系統運行經濟性趨於最優。此算法具有較高的運算效率及可擴展性,論文給出了此算法與理想調度(perfect dispatch)的競爭比(competitive ratio)及完整數學證明,並通過半實物微電網仿真平台驗證了此算法的有效性。此項研究有望應用於電力市場環境下多能互補、微網群協同交互等工業場景中。

圖1 電力市場環境下微電網運行示意圖

圖2 半實物微電網仿真平台

嘉有為為論文第一作者和通訊作者,南科大助理研究員呂雪、博士后謝鵬、香港理工大學教授許昭,以及香港城市大學教授陳名華為論文合作者。南科大為論文第一通訊單位。

嘉有為課題組還在IEEE Trans. on Smart Grid 上發表了題為“A Multi-agent Reinforcement Learning based Data-driven Method for Home Energy Management”的論文,該論文提出了一種基於強化學習機制的多智能體家居能量管理算法。

智慧家庭能源管理是智能微電網的重要應用場景,能最大限度地有效利用電力資源,實現節能。隨着電動汽車以及小型光伏發電系統在用戶端的應用和普及,智慧家庭能量管理技術將獲得持續發展。

此算法根據家用電器設備的實際使用特點進行智能分類,每類設備由一個虛擬的智能體進行自主控制。同時,該方法集成了電價及家用光伏發電預測系統,並基於大數據分析,實現經濟調度及負荷需求響應。此項研究成果在未來家居節能方向展示了重要的應用潛力。

圖3 智慧家庭能量管理系統示意圖

南科大訪問學者許旭為論文第一作者,嘉有為為論文通訊作者,南洋理工大學助理教授徐岩、許昭,香港理工大學博士生柴松健,英國布魯內爾大學助理教授賴俊升為論文合作者。南科大為論文第一通訊單位。

此外,嘉有為課題組在IEEE國際電力能源大會上獲獎的論文以“Real-Time Operation Optimization of Islanded Microgrid with Battery Energy Storage System”為題,提出了一種儲能系統參与微電網運行的實時調度方案,此方案建立了鋰離子儲能系統實時運行的生命周期損耗模型,為儲能系統參与微電網的在線運行提供了依據。

儲能技術的蓬勃發展對促進可再生能源消納、提升智能微電網靈活性能具有十分重要的意義。作為微電網的一個重要功能單元,儲能技術將實現與可再生能源發電機組的互補,擴大微電網運行功率範圍,使其在併網和孤島模式下維持系統的高效、穩定運行。但是,儲能系統尤其是鋰離子電池的損耗建模仍是其參与電網經濟調度亟待解決的問題。該論文提出的方法致力於充分利用儲能系統消納高比例可再生能源,減緩可再生能源間歇輸出所引起的功率波動,同時避免電池的過充損耗,維持儲能系統的健康可持續使用。

南科大訪問博士生呂承為論文第一作者,嘉有為為通訊作者,許昭和南科大碩士生史夢鴿為論文合作者。南科大為論文第一通訊單位。

論文連接:

https://ieeexplore.ieee.org/document/9105046

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8981876