智能住宅微电网中的能量管理，结合共享储能系统（SESS），在优化消费模式和提升电网效率方面发挥着关键作用。位于低压和配电网络层面的可再生资源支持本地负荷供应，并减少对上游电网的依赖。本文提出了一种新颖的凸两层交互式能量管理框架，用于智能住宅微电网与配电网络之间

　　智能住宅微电网中的能量管理，结合共享储能系统（SESS），在优化消费模式和提升电网效率方面发挥着关键作用。位于低压和配电网络层面的可再生资源支持本地负荷供应，并减少对上游电网的依赖。本文提出了一种新颖的凸两层交互式能量管理框架，用于智能住宅微电网与配电网络之间，并采用客户投资方法整合共享储能系统（SESS）。在第一层，可平移电器由集成家庭能量管理系统（iHEMS）根据微电网运营商（MGO）信号进行优化调度，同时考虑电池退化成本确定共享储能系统（SESS）容量和用户投资成本。在第二层，负荷信号被发送给配电系统运营商（DSO），并执行交流潮流（AC power flow）以计算电压状态、网络损耗以及与主电网的功率交换。引入了一种新的电压控制机制，通过施加动态惩罚来应对电压越限，同时防止用户成本增加。该模型被表述为一个凸优化问题，以在运行约束下最小化投资和运行成本。在GAMS中实现，并在IEEE-33-bus网络上评估，第一层使用混合整数线性规划（MILP），而第二层将混合整数二次约束规划（MIQCP）表述为凸模型以保证全局最优性。通过共享储能、智能负荷管理和所提出的电压控制的优化协调，与基准情况相比，可再生能源单元利用率提高了70.2%，用户电费降低了16.31%，网络损耗减少了54.8%，从而证实了该框架的有效性。

　　**论文解读：主动配电网中带共享储能的住宅智能微电网的凸交互式能量管理框架**

　　随着可再生能源（如太阳能和风能）的大规模并网，分布式能源（DER）的整合为微电网（Microgrid）的发展奠定了基础。然而，可再生能源固有的间歇性给系统运行带来了电压调节和稳定性方面的挑战。同时，智能家居数量的增长使得家庭能量管理系统（HEMS）得以广泛应用，但家庭为降低电费而将负荷转移到低价时段，可能引发新的负荷高峰，导致线路拥堵、电压下降和网络损耗增加。此外，传统私有储能系统（ESS）投资成本高且利用率低，而共享储能系统（SESS）虽能通过共享经济降低投资，但需要合理的容量配置、投资分摊和运行协调。现有研究多关注单一问题，如仅考虑智能家居调度或网络约束，鲜有同时整合可平移负荷、客户投资的共享储能、电池退化成本、电压控制机制并保证全局最优性的凸优化框架。因此，研究人员旨在提出一种兼具经济可行性与技术可行性的综合能量管理方案。

　　研究人员提出了一个新颖的凸两层交互式能量管理框架，连接智能住宅微电网与主动配电网（ADN）。该框架在第一层通过集成家庭能量管理系统（iHEMS）优化调度可平移电器，并基于客户投资方法确定共享储能系统（SESS）容量与投资成本，同时计入电池退化成本（DC）。第二层由配电系统运营商（DSO）执行交流潮流（AC power flow），计算电压、网络损耗和主网交换功率，并引入动态惩罚机制进行电压控制。模型被表述为凸优化问题，第一层采用混合整数线性规划（MILP），第二层采用混合整数二次约束规划（MIQCP），在IEEE-33节点系统上验证。结果表明，与基准场景相比，可再生能源利用率提升70.2%，用户电费降低16.31%，网络损耗减少54.8%，证实了该框架的有效性。论文发表在《Cleaner Engineering and Technology》。

　　研究人员采用的关键技术方法包括：1）基于凸优化的两层交互式框架：第一层为混合整数线性规划（MILP），用于优化可平移电器调度和共享储能系统（SESS）运行；第二层为混合整数二次约束规划（MIQCP），采用线路流模型（LFB）凸化交流潮流，保证全局最优性。2）动态电压控制机制：通过引入电压越限惩罚系数动态调整电价，实现电压调节而不直接控制负荷。3）合作博弈的Shapley值法：公平分配共享储能系统（SESS）投资成本。4）模型在GAMS平台上使用GUROBI求解器求解，测试网络为IEEE-33节点系统，包含三种类型智能家居和屋顶光伏（PV）及风电场。

　　通过对比四种案例，研究表明在案例4（完整框架）中，由于共享储能系统（SESS）的引入，屋顶光伏（PV）的发电量比案例3增加了66.7%。可平移电器的启动时间被优化至低电价时段，且在电压调节机制下部分电器进一步调整运行时间以避免电压越限。

　　共享储能系统（SESS）在低电价时段（00:00-07:00）充电，荷电状态（SOC）从40 kWh升至约160 kWh；在高电价时段（18:00-23:00）放电，SOC降至约60 kWh，体现了最优价格响应行为。日退化成本为2.9美元。

　　案例4总成本比案例3降低16.31%（从3030.7美元降至2360.5美元），其中1型、2型、3型家庭分别降低28%、28%和11.6%。共享储能系统（SESS）总投资成本175.8美元通过Shapley值法公平分配，每户投资分别为2.83美元、2.37美元和3.59美元。

　　案例4总网络损耗降至330 kWh，比案例1（730 kWh）降低54.8%，比案例3降低17.5%。风电总出力从案例2的7.45 MWh增至案例4的12.681 MWh，提高70.2%，得益于共享储能系统（SESS）减少了弃风。

　　案例1和2的电压降至0.95 p.u.以下，案例3通过电压调节机制恢复至允许范围但增加了用户成本。案例4不仅使电压保持在允许范围内，且电压剖面更平滑，波动更小。在8次迭代后电压收敛，验证了迭代电压控制机制的有效性。

　　**讨论部分总结**：敏感性分析显示，可再生能源渗透率从50%增至100%时，网络损耗降低42.1%，总成本降低8.8%；但超过150%后，边际效益下降，成本反而上升。共享储能系统（SESS）容量从100 kWh增至200 kWh时性能改善，但增至400 kWh时因过度充电导致损耗增加68.5%、风电利用率降低20.6%，表明存在最优容量点。框架的凸性保证了可扩展性，分布式架构避免了计算瓶颈，通信需求适中，适用于实际主动配电网（ADN）。

　　**研究结论部分翻译**：本文提出了一种面向主动配电网中集成共享储能系统（SESS）的智能住宅微电网的两层交互式能量管理框架。主要贡献包括：（i）通过客户投资方法整合可平移电器和共享储能系统（SESS）；（ii）计入电池退化成本；（iii）凸混合整数二次约束规划（MIQCP）公式保证全局最优性；（iv）使用动态价格惩罚实现双边电压控制；（v）通过协调储能管理提高可再生能源利用率。该框架包括基于混合整数线性规划（MILP）的住宅层和基于凸混合整数二次约束规划（MIQCP）的配电层，在GAMS中实现并应用于IEEE-33节点网络。四种案例的仿真结果显示逐步改进：案例4（完整框架）实现了网络损耗降低54.8%（从730 kWh降至330 kWh），可再生能源利用率提高70.2%（从7.45 MWh增至12.681 MWh），总电费降低16.31%。共享储能系统（SESS）投资成本（175.8美元）通过Shapley值公平分配，电压在8次迭代内收敛。结果证实了共享储能系统（SESS）的经济可行性、动态定价用于电压调节的有效性以及凸优化在实际应用中的可靠性。电压机制为配电系统运营商（DSO）提供了在不直接控制负荷的情况下维持网络安全的实用工具。未来工作将考虑可再生能源发电的不确定性建模，并研究使用网络重构（通过开关优化）辅助中压（MV）母线电压控制。