2306 控 制 与 决 策 第35卷
电网具有电力和信息双向交互的特点, 它通过高效实
时的测量和先进的通信技术构建智能化的能量交互
网络
[2]
, 由此, 如风机和光伏等需求侧分布式能源也
能够在电网中实现即插即用的并网运行方式, 参与电
网的优化运行和运营
[3]
.
随着可再生能源、储能技术和智能计量设备的
发展以及能源政策的鼓励,传统的电网终端用户能够
通过安装屋顶光伏
[4]
、配备电动汽车
[5]
、储能电池
[6]
或其他方式实现本地发电和储能. 这一类分布式能
源用户因具备同电网的双向能量交互特性, 被称为能
源产消合一者 (简称产消者). 澳大利亚目前已有超过
30 % 的住宅用户通过安装屋顶光伏成为能源产消者
参与配电网络运行
[7]
, 英国 2015 年已有一百万产消
者参与能源供应, 专家认为在 2020 年这个数据应达
到一千万
[8]
. 除了住宅用户, 具备相似特性的还包括
即将大量普及的双向电动汽车和能源楼宇等, 也已经
成为智能电网建设的重要部分
[9]
.
依托先进计量设施,智能能量管理技术在各类能
源系统得到广泛使用,使得产消者自身能够基于能源
需求, 促进需求、发电和储能之间的优化协调
[10]
. 不
仅如此,产消者还可以将当前剩余电能分享给电网或
社区内其他产消者 (或用户), 这种特点表明产消者在
应对不断增长的能源需求所带来的环境、社会和经
济问题时具备一定的潜力
[11]
. 为了促进产消者能量
分享在能源网络中发挥作用, 如提高分布式可再生
能源的利用率、减少分布式可再生能源对电网的影
响、 提高本地电网的稳定性和能源经济性
[12-13]
等,
智能电网允许产消者按照一定的市场规则形成产消
者社区, 构建能量分享网络
[9,14]
. 通常情况下, 产消者
社区能量分享网络需要一个控制中心连接到智能电
网,控制中心的作用是负责社区的配电以及保证电网
与产消者之间的信息交互. 当然, 发展到一定阶段后,
社区产消者甚至可以依靠自身的能量管理系统和通
讯系统,直接与电网或者其他社区产消者实现能量分
享
[15]
. 产消者自身的智能能量管理系统及先进的通
信和计量设备、产消者社区控制中心的中间控制、智
能电网的智能调控和即插即用功能, 三方协作以实现
能量分享网络的控制和稳定.
作为社区能量分享的基本单元, 每个产消者用
户的能量优化和能量分享决策是社区能量分享的基
础
[16]
, 而设计适当的规则以构建社区产消者能量分
享网络, 实现社区产消者能量分享, 则是相关研究的
核心和关键
[9]
. 因此, 本文首先总结了常见的社区产
消者类型及其特点, 然后分析了社区产消者能量分
享的典型模式,接着探讨涉及产消者能量分享的能源
数据预测和相应的博弈及优化方法, 最后对相关的前
瞻性难点问题进行展望. 全文内容及其关系如图1 所
示.
图 1 本文脉络和主要内容
1 社区能源产消者
现有社区产销者能量分享系统通常以住宅产消
者、电动车或能源楼宇为核心, 配备以分布式可再生
能源 (如光伏风机或储能装置), 从而在能源管理与优
化方面表现出更强的主动性和灵活性. 下面分别介
绍这3类产销者及其特点.
1.1 住宅产消者
近年来, 光伏设备和储能装置成本逐步下降, 各
国为了促进可再生能源的发展也提出了相应的鼓励
政策,越来越多的单体住宅用户选择安装屋顶光伏发
电自用及剩余电量上网, 成为一类主要的产消者用
户
[17]
. 住宅产消者能量共享系统主要包括可再生能
源发电设备、储能设备、智能家居电器. 其中, 可再生
能源发电通常优先供本地能量消耗, 余量可以回馈给
电网; 储能设备可将多余电量存储起来, 供需要时使
用; 而随着物联网技术的发展与应用, 智能家居电器
可根据控制信号和优化目标有效实现电能负荷转移,
通常称之为可控负荷. 但是, 可再生能源发电高度依
赖随机多变的气象条件,即使发电设备容量相当于本
地耗能峰值, 如果没有合适的调控策略, 住宅产销者
将频繁与电网交互,配电网络或电力系统则需要极大
的成本来提高变压器分接开关操作频率, 才能将电网
电压维持在期望的稳定范围内
[18-19]
. 因此, 社区产销
者能源系统必须通过调节本地可控负荷和住宅储能,
减少住宅产消者与电网的交互, 降低对电网的依赖,
同时降低电费、提高本地能效
[20-21]
.
对单个住宅产消者来说,进行本地协调调度是提
高住宅本地能源效率和经济性的关键. 文献 [22] 通
过人工神经网络对住宅光伏输出进行预测, 通过滚
动优化协调住宅产消者需求响应、光伏发电和住宅
储能, 以达到最小化能量交互和能量成本的优化目