This article takes an integrated view of optimized capacity design and operation of islanded energy hubs. We consider energy hubs that incorporate emerging distributed energy resources as well as energy storage devices and fully support electricity and heat demand of an islanded installation. Both battery and hydrogen storage are incorporated. To explicitly account for the stochasticity in renewable energy generation and load, the energy hub capacity design problem is first expressed as a chance-constrained optimization problem and then reformulated as a robust counterpart problem, where battery charging/discharging responds to stochastic renewable energy generation and load realizations through a control policy. In particular, an affine policy is considered, enabling a linear program formulation of the problem. To reduce conservativeness of the design, an iterative algorithm is proposed, where the interaction between a chance-constrained design problem and a validation problem is achieved through a scalar auxiliary variable. The design result demonstrates a balanced tradeoff between robustness and cost efficiency. After the energy hub has been designed, we propose a bi-level operating strategy, where a day-ahead schedule is optimized at the higher level and model predictive control is used for tracking the schedule in real time at the lower level. Finally, we discuss the potential for increasing the reliability of energy hub systems while decreasing operational cost by sharing energy between multiple energy hubs through networking.

中文翻译：

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能源枢纽系统的优化容量设计和运行

本文综合考虑孤岛能源枢纽的优化容量设计和运营。我们考虑将新兴的分布式能源和储能设备结合在一起的能源中心，并完全支持孤岛设施的电力和热需求。电池和氢存储都被合并。为了明确说明可再生能源发电和负荷的随机性，能源枢纽容量设计问题首先被表示为一个机会约束优化问题，然后被重新表述为一个稳健的对应问题，其中电池充电/放电响应随机可再生能源发电和通过控制策略实现负载。特别是，考虑了仿射策略，使问题的线性程序公式成为可能。为了降低设计的保守性，提出了一种迭代算法，其中机会约束设计问题和验证问题之间的交互是通过标量辅助变量实现的。设计结果证明了稳健性和成本效率之间的平衡权衡。在能源枢纽设计完成后，我们提出了一种双层运营策略，即在较高级别优化日前调度，并在较低级别使用模型预测控制实时跟踪调度。最后，我们讨论了通过网络在多个能源枢纽之间共享能源来提高能源枢纽系统可靠性同时降低运营成本的潜力。其中机会约束设计问题和验证问题之间的交互是通过标量辅助变量实现的。设计结果证明了稳健性和成本效率之间的平衡权衡。在能源枢纽设计完成后，我们提出了一种双层运营策略，即在较高级别优化日前调度，并在较低级别使用模型预测控制实时跟踪调度。最后，我们讨论了通过网络在多个能源枢纽之间共享能源来提高能源枢纽系统可靠性同时降低运营成本的潜力。其中机会约束设计问题和验证问题之间的交互是通过标量辅助变量实现的。设计结果证明了稳健性和成本效率之间的平衡权衡。在能源枢纽设计完成后，我们提出了一种双层运营策略，即在较高级别优化日前调度，并在较低级别使用模型预测控制实时跟踪调度。最后，我们讨论了通过网络在多个能源枢纽之间共享能源来提高能源枢纽系统可靠性同时降低运营成本的潜力。我们提出了一种双层运行策略，其中在较高级别优化日前日程安排，并在较低级别使用模型预测控制实时跟踪日程安排。最后，我们讨论了通过网络在多个能源枢纽之间共享能源来提高能源枢纽系统可靠性同时降低运营成本的潜力。我们提出了一种双层运行策略，其中在较高级别优化日前日程安排，并在较低级别使用模型预测控制实时跟踪日程安排。最后，我们讨论了通过网络在多个能源枢纽之间共享能源来提高能源枢纽系统可靠性同时降低运营成本的潜力。