基于AMPL建模MATLAB平台调用Gurobi，对HEMs集成的VPP进行优化处理。（第一步-简单HEMs的优化模型建立）

概述

当今的电网构成中，低压配电网已经不比以往的被动，随着分布式发电（DERs）慢慢的高密度渗透，未来比如太阳能，EVs，Battery system都将会被当做分布式能源被有效的集成到电网中。近日提出了2030计划，其中减排CO₂是重要指示，也就是PV，风电，又会被重视起来。

实际上，我们将要探讨的分布式能源集成，更多的是对于一个不是以发电为目的的区域或用户，进行优化。也就是说，我们集成到电网的对象更多的是具有DERs的用户，而不是商用发电站。

本文介绍什么是HEMs？什么是VPP？什么是网络约束？以及在不考虑网络约束的前提下进行优化建模。

什么是HEMs，什么是VPP

HEMs: Home energy management system
VPP : Virtual Power Plant

Let’s have a look at this image:

显而易见，HEMs可以是一个拥有DERs的用户（我们称它为prosumer - producer and customer），他可以是一个拥有PV-battery的用户，也可以是一个购买了EVs并且愿意与电网进行沟通的用户。如果你没有任何基础，比如你理解不了什么叫做与电网沟通，为什么我的PV要连接电网，那你可以把任何参与发电或带有储能性质的设备都看作一个‘发电机‘，（甚至是你的电动汽车，尽管他的电本质上是电网给你的）。这样是不是好理解很多。

那VPP的含义也变得清晰了很多，他是众多HEMs的集成，通俗地讲，仅仅你一家的DERs不仅仅参与转换的功率过低，而且因为你并不懂得电网知识，可能因为你自己一味地操作而导致节点电压波动。所以我们引入了VPP，集成众多的HEMs或者说DERs来进行统一分析和操作。

我假设读者有一定的对这些基础的知识储备，所以简单带过。如果真的能被一定次数的阅读我会在写具体的HEMs，VPP，OPF等DERs的管理方法以及他们的优缺点，优化模型等等。

优化模型

独立HEMs模型

HEMs system model for a household with PV-Battery

[1]

这似乎是一个未来10年将会越来越常见的DERs。我们假设用户有一个与电网相连的PV-Battery系统，图中的Meter可以被理解为智能电表，因为一切的优化都是基于较为精确的负载预测，还有与电网的实时沟通，这都是靠智能电表实现的。我们假设它的存在，我们并不在这里讨论有关智能电表的知识点。让我们进入优化模型：

独立HEMs优化模型的建立

首先我们要决断我们的time slot. 通常我们取5分钟或半小时为一个time slot，这是因为我所在的土澳的官方OpenNEM网站有5分钟和半小时这两个选项，为了未来和它进行对比。（我后面要用到的用电量和太阳能发电情况都是从AUS Grid拿到的，所以无法分享data set，有很讨厌的保密协议 - PS： 尽管我也不认为这有什么机密）。我们以一天为例，time slot选取半小时：（后面公式太多了，直接贴图）

总结

以上数学模型是对简单HEMs的优化模型建立，显而易见的是，我们并没有考虑节点电压约束或者传输线功率流约束。这其实也是符合HEMs的特点，或者说，暴露了他的缺点。不同的模型会有不同的数学算法，不同的需求会有不同的目标函数。

先来这么点看看有没有人会看到，如果真的有人能看到能讨论会及时进行下一步。

参考资料

[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.