基於AMPL建模MATLAB平臺調用Gurobi，對HEMs集成的VPP進行優化處理。（第一步-簡單HEMs的優化模型建立）

概述

當今的電網構成中，低壓配電網已經不比以往的被動，隨着分佈式發電（DERs）慢慢的高密度滲透，未來比如太陽能，EVs，Battery system都將會被當做分佈式能源被有效的集成到電網中。近日提出了2030計劃，其中減排CO₂是重要指示，也就是PV，風電，又會被重視起來。

實際上，我們將要探討的分佈式能源集成，更多的是對於一個不是以發電爲目的的區域或用戶，進行優化。也就是說，我們集成到電網的對象更多的是具有DERs的用戶，而不是商用發電站。

本文介紹什麼是HEMs？什麼是VPP？什麼是網絡約束？以及在不考慮網絡約束的前提下進行優化建模。

什麼是HEMs，什麼是VPP

HEMs: Home energy management system
VPP : Virtual Power Plant

Let’s have a look at this image:

顯而易見，HEMs可以是一個擁有DERs的用戶（我們稱它爲prosumer - producer and customer），他可以是一個擁有PV-battery的用戶，也可以是一個購買了EVs並且願意與電網進行溝通的用戶。如果你沒有任何基礎，比如你理解不了什麼叫做與電網溝通，爲什麼我的PV要連接電網，那你可以把任何參與發電或帶有儲能性質的設備都看作一個‘發電機‘，（甚至是你的電動汽車，儘管他的電本質上是電網給你的）。這樣是不是好理解很多。

那VPP的含義也變得清晰了很多，他是衆多HEMs的集成，通俗地講，僅僅你一家的DERs不僅僅參與轉換的功率過低，而且因爲你並不懂得電網知識，可能因爲你自己一味地操作而導致節點電壓波動。所以我們引入了VPP，集成衆多的HEMs或者說DERs來進行統一分析和操作。

我假設讀者有一定的對這些基礎的知識儲備，所以簡單帶過。如果真的能被一定次數的閱讀我會在寫具體的HEMs，VPP，OPF等DERs的管理方法以及他們的優缺點，優化模型等等。

優化模型

獨立HEMs模型

HEMs system model for a household with PV-Battery

[1]

這似乎是一個未來10年將會越來越常見的DERs。我們假設用戶有一個與電網相連的PV-Battery系統，圖中的Meter可以被理解爲智能電錶，因爲一切的優化都是基於較爲精確的負載預測，還有與電網的實時溝通，這都是靠智能電錶實現的。我們假設它的存在，我們並不在這裏討論有關智能電錶的知識點。讓我們進入優化模型：

獨立HEMs優化模型的建立

首先我們要決斷我們的time slot. 通常我們取5分鐘或半小時爲一個time slot，這是因爲我所在的土澳的官方OpenNEM網站有5分鐘和半小時這兩個選項，爲了未來和它進行對比。（我後面要用到的用電量和太陽能發電情況都是從AUS Grid拿到的，所以無法分享data set，有很討厭的保密協議 - PS： 儘管我也不認爲這有什麼機密）。我們以一天爲例，time slot選取半小時：（後面公式太多了，直接貼圖）

總結

以上數學模型是對簡單HEMs的優化模型建立，顯而易見的是，我們並沒有考慮節點電壓約束或者傳輸線功率流約束。這其實也是符合HEMs的特點，或者說，暴露了他的缺點。不同的模型會有不同的數學算法，不同的需求會有不同的目標函數。

先來這麼點看看有沒有人會看到，如果真的有人能看到能討論會及時進行下一步。

參考資料

[1]: Guerrero, J., Gebbran, D., Mhanna, S., Chapman, A. C., & Verbič, G. (2020). Towards a transactive energy system for integration of distributed energy resources: Home energy management, distributed optimal power flow, and peer-to-peer energy trading. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 132, 110000.