考虑热动态和碳交易的电-气-热综合能源系统协调调度

随着电-气-热综合能源系统(IES)内多类型能源转换设备广泛接人,热网动态特性对系统运行影响日益显著,能源低碳转型战略的实施使得碳排放成为IES运行关注的焦点之一.对此,文章开展考虑热动态和碳交易的电-气-热IES协调调度的研究.基于动稳态模型构建的供热网络潮流结果,研究其动稳态差异;进一步面向当前碳交易市场发展需求在IES运行中考虑碳交易,构建以购能成本、运行成本及碳交易成本等综合成本最低为目标的电-气-热IES协调调度模型,从多环节挖掘节能减排潜力;构建算例系统进行仿真分析,结果表明,考虑热动态特性和碳交易的IES多网络耦合协调调度,能量跨时空转移特征明显,且有效降低碳排放,实现其能源综合、高效利用的目标.     

计及多重需求响应的电-热-氢综合能源系统多时间尺度低碳运行

在双碳背景下,针对综合能源系统(integrated energy system, IES)中需求侧资源响应能力差异性以及不同能源管理时间尺度差异性,提出了一种计及多重需求响应的电-热-氢IES多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应特性不同,建立了日前-日内多重综合需求响应模型。其次,为减少源、荷预测误差对系统运行的影响,构建了IES多时间尺度低碳调度模型。其中,日前低碳调度以购能成本、阶梯型碳交易成本和运维成本之和最低为目标,制定一天24小时出力计划;日内调度则考虑到电-热能在不同时间尺度下的响应差异性,建立了双时间尺度的滚动优化调度模型,平抑功率波动。算例仿真结果表明,所提策略能够充分发挥需求侧资源的响应能力,通过协调各设备出力和需求响应资源来平抑系统功率波动,实现IES低碳、经济和稳定运行。     

基于先进绝热压缩空气储能站的电-热综合能源系统优化运行方法

为加强先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)与综合能源系统(integrated energy systems,IES)的多能互补协同,提高系统运行效率,文中提出了一种含AA-CAES能源站的电-热综合能源系统优化运行方法。首先,构建了含AA-CAES能源站的IES基本调度架构;其次,详细分析了AA-CAES装置在压缩和膨胀工况下的储热、换热及供热等特性,建立了AA-CAES电热联供联储运行模型;接着,基于热网管道传热延迟和损耗等动态特性,建立了考虑供热网储热惯性的热网方程;在此基础上,考虑了用户侧可调度资源,提出了计及综合需求响应的含AA-CAES能源站的IES日前优化运行模型;最后,在修改的IEEE33节点配电网和巴厘岛32节点区域供热网进行算例分析。仿真结果表明,所提方法可有效降低IES运行成本,提高IES可再生能源消纳能力。     

计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度

为了充分挖掘综合能源系统(IES)用能侧的用能潜力以进一步提高能源利用效率,提出一种IES多目标优化调度模型及求解方法.兼顾供能侧与用能侧的协同优化,建立了考虑综合需求响应的综合能效模型并引入优化目标,以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气-热IES多目标优化调度模型.采用Charnes-Cooper变换对综合能效目标进行线性化,从而实现分式规划问题的准确快速求解,并使用改进ε-约束法得到Pareto前沿集.算例采用修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统与14节点热力系统的耦合系统,对4种场景下的系统经济成本与综合能效进行分析.结果表明,所提模型能够引导电力用户与多能用户合理选择综合需求响应行为,通过供需双侧的协同优化进一步提升IES整体能效,并验证了优化调度结果对于平衡IES经济、高效运行目标的可行性.     

考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度

为充分发挥多能源系统的用能经济性、灵活性和低碳性,提出了考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度方法.在考虑热网动态特性的基础上,通过热电联产机组、热泵、燃气轮机等能源耦合设备,构建了电-热综合能源系统优化调度模型.首先,针对供热管道和采暖建筑的热动态特性进行精细化建模;其次,以综合能源系统运行成本和碳交易...     

含电转气的电-气-热系统协同调度与消纳风电效益分析

电转气技术的应用加深了电力网络与天然气网络之间的耦合,使这2个系统之间的能量流动由单向变为双向。电转气技术提升了多能源系统优化运行的灵活性,为电力系统消纳间歇性可再生能源发电提供了新途径。在此背景下,提出了一种含电转气设备的电-气-热多能源系统优化调度模型,并分析了消纳风电的经济效益。首先,介绍了电转气技术及其应用情况,以及能源中心的概念和数学模型。之后,在考虑电转气设施、电力系统和天然气系统特征的基础上,建立了多能源系统的优化调度模型,并利用AMPL/IPOPT求解器求解。最后,用算例系统对所构造的多能源系统优化调度模型和采用的求解方法做了说明,并分析了电转气技术对提升电力系统消纳风电能力所产生的经济效益。     

基于多时间尺度综合需求响应策略的综合能源系统优化运行

为充分挖掘各类型综合需求响应(integrated demand response,IDR)参与协调综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行能力,首先分析IDR多时间尺度特性,建立各类型IDR模型并制定了IDR多时间尺度响应策略;然后基于此策略建立以经济性最优为目标的IES多时间尺度优化运行模型:该模型分为日前-日内上层-日内下层三个阶段,在日前阶段制定经济性最优的日前调度计划,在日内阶段划分长、短两个时间尺度分别对冷/热、电/气相关设备出力进行分层管理;最后算例分析表明,所提模型能够有效降低运行成本,充分发挥不同响应能力的设备参与日内调度的潜力。     

考虑气电联合需求响应的气电综合能源配网系统协调优化运行

在未来多能互补、综合能源系统的背景下,传统配电网和配气网独立调度运行的模式已经不能满足多种能源互补的运行要求。为此,该文提出气电综合能源配网系统最优潮流的凸优化方法,即利用二阶锥规划方法对配电网潮流方程约束进行处理,并提出运用增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理,进而将非线性的气电综合能源配网系统优化调度问题转化为混合整数二阶锥规划模型,为气电综合能源配网的气/电协调优化运行和规划设计提供支撑。同时在配网系统中引入气电联合需求响应来提高系统调度的可控性和灵活性,从而更好的消纳新能源,以达到配网系统的优化运行。仿真结果表明,运用增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法能更好提高配气网的二阶锥松弛精度,且考虑气电联合需求响应能够提高综合能源配网系统运行的经济性和新能源的消纳能力。     

基于多时间尺度综合需求响应策略的综合能源系统优化运行

为充分挖掘各类型综合需求响应(integrated demand response,IDR)参与协调综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行能力,首先分析IDR多时间尺度特性,建立各类型IDR模型并制定了IDR多时间尺度响应策略;然后基于此策略建立以经济性最优为目标的IES多时间尺度优化运行模型:该模型分为日前-日内上层-日内下层三个阶段,在日前阶段制定经济性最优的日前调度计划,在日内阶段划分长、短两个时间尺度分别对冷/热、电/气相关设备出力进行分层管理;最后算例分析表明,所提模型能够有效降低运行成本,充分发挥不同响应能力的设备参与日内调度的潜力。     

计及天然气管网压力能发电的IES优化调度

针对天然气管网压力能利用率低及各能源负荷波动导致能源系统不稳定等问题,提出考虑天然气管网压力能发电技术的电-热-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)优化调度方法。首先通过?分析法建立天然气压力能发电模型,然后基于天然气管存调控技术提出一种准动态压力能发电模型;结合能源设备模型,构建了天然气管网压力能与电、气、热相结合的IES架构。并通过分时电价的激励,达到电力负荷的削峰填谷以及系统的经济运行。引入算例,分析比较3种场景下系统运行成本、系统净负荷波动以及各部分出力,验证了所提调度方法能够有效改善电网负荷波动并降低系统的运行成本。     

考虑综合需求响应与“双碳”机制的综合能源系统优化运行

针对我国经济社会发展所面临的高耗能、高污染问题,综合能源系统(integrated energy system, IES)为解决能源效率和环境污染等问题提供了新的途径。同时,灵活协调系统内各设备出力是实现系统低碳经济运行的关键前提。为进一步挖掘IES在经济运行与低碳环保方面的调度潜力,提出一种IES低碳经济调度模型。首先,建立一个包含光伏、风电、燃气机组、多种储能、碳捕集与电转气等设备的IES模型,并结合电、气、热负荷能源转换间耦合关系与柔性特征,构建综合需求响应模型。其次,考虑IES加入碳交易市场,引入阶梯式碳交易成本模型,对系统碳排放量进行制约。最后,以包含购能成本、碳排放相关成本以及需求响应补偿成本的系统综合运行成本最低为优化目标,采用CPLEX软件对模型求解。采用CPLEX软件对多种运行场景仿真求解,结果表明：所提出模型可有效降低系统运行成本与碳污染排放量。     

综合能源系统内外协同优化调度技术研究现状及展望

IES优化调度技术借助先进能源物联网技术,将冷-热-电-气多种传统能源、清洁能源、需求侧资源聚合至一定量级,参与IES互联、电网调度与市场化运行,在一定的运行目标与限制条件下,实现各能源子系统间的协调规划、优化运行与互补互济。但是,现有IES优化调度技术相关研究的价值导向、模型框架、运算方式不尽相同,其优化策略也各有侧重,存在考虑因素不够全面、未发挥IES全部潜能的问题。首先引出IES优化调度技术的意义,从模型建立、模型求解方面梳理该技术的研究现状;然后对现有IES的优化调度策略进行分类整合,首次提出IES“内部协同控制”与“外部统一调度”相结合的优化策略;最后,对该技术的发展提出了合理展望。     

计及精细化氢能利用的综合能源系统多时间尺度鲁棒优化策略

能源结构改革背景下,构建以氢能驱动、电-热为主体的综合能源系统（HEH-IES）具有重要意义。为提高含电氢耦合单元的IES运行灵活性,同时减小功率波动对系统的影响,提出含多元储能与综合需求响应的氢能精细化利用两阶段调度方法。首先,分析电制氢（P2H）两阶段运行过程与电氢耦合单元运行特性,对氢能的用能过程与设备进行精细化建模;其次,计及多元储能与综合需求响应提出了日前-日内两阶段多时间尺度优化策略,日前阶段充分考虑能源系统的不确定性,构建数据驱动的分布鲁棒优化（DRO）模型,日内阶段遵从日前计划,考虑多能流在灵活性调节时间尺度上的差异,通过多时间尺度的滚动优化降低功率波动的影响;最后,仿真算例证明了所提模型与策略对提升IES的运行灵活性具有积极作用。     

含P2G和混合电储能的矿山综合能源系统多目标优化调度

为了提高分布式光伏消纳能力、优化矿山能源利用效率,提出一种基于电转气(P2G)技术和煤层气发电技术的光-储-气-废弃矿井抽蓄多能耦合矿山综合能源系统(MIES),该系统将弃光电量通过电解水制CH4作为煤层气发电的补充,并采用混合电储能平抑光伏出力波动.在对多能耦合MIES进行分析的基础上,构建矿山电、气、热、冷不同能源转换装置的数学模型,并以总运行成本和弃光电量最小为目标,建立MIES协调优化调度模型.不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能实现协调调度,提高弃光电量的消纳,降低总运行成本.对不同储能模式下P2G和混合电储能装置之间互补协调能力的分析结果表明,所提模型能提升系统运行灵活性,实现能源最优经济利用.     

计及网络动态特性的电—气—热综合能源系统日前优化调度

电—气—热综合能源系统的互联是提高系统运行灵活性与可再生能源消纳能力的有效手段之一。在详细分析热网与气网动态特性基础上,提出一种同时考虑气、热网络动态特性的电—气—热互联系统日前优化调度模型。首先,针对热网与气网的动态特性进行建模分析,挖掘其相应动态特性下所对应的储能能力。然后,建立兼顾气、热网络动态特性的综合能源系统日前优化调度模型,将模型线性化并进行求解。最后,构建仿真系统,计算分析管网动态特性对系统优化运行的影响,以及不同网络间的动态特性作用关系与协同优化潜力,所得结果证明了在综合能源系统中计及网络动态特性的必要性与可行性。     

阶梯式碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统低碳优化调度

为了进一步降低综合能源系统(integrated energy system, IES)碳排放量,提升其能源利用率,提出了一种在阶梯式碳交易机制下考虑需求响应(demand response, DR)的IES优化调度策略。首先从需求响应角度出发,考虑到多种能源之间具备协同互补与灵活转换的能力,引入电-气-热的横向时移与纵向互补替代策略并构建DR模型;其次从全生命周期评估的角度出发,阐述碳排放权初始配额模型,并对其加以修正,然后引入阶梯式碳交易机制,对IES的碳排放进行约束;最后以能源购买成本、碳排放交易成本、设备维护成本、需求响应成本之和最小化为目标,并考虑安全约束构建低碳优化调度模型。利用Matlab软件将原问题转化为混合整数线性问题,并使用CPLEX求解器对模型进行优化求解。算例结果表明,在阶梯式碳交易机制下考虑碳交易成本和需求响应,可以使IES的运行总成本下降5.69%,碳排放量降低17.06%,显著提高了IES的可靠性、经济性和低碳性。     

计及氢电混合动力车响应的多区域综合能源系统协调优化调度

随着新能源动力车的大量增加，多区域综合能源系统在负荷侧与能源输送网络、交通网的耦合程度愈加深入，导致多区域综合能源系统的协调优化调度问题更加复杂。分析氢电混合动力车的充能响应行为对多区域综合能源系统优化调度的影响，构建多区域综合能源系统运营商与氢电混合动力车之间氢价补贴-充能响应的主从博弈模型。通过上、下层模型迭代求解，优化得出不同场景下最优的氢价补贴。算例结果表明，合适的氢价补贴可以最大化下层氢电混合动力车群的响应能力，与多区域间氢供应链相配合能有效提高能源利用率，从而提高多区域综合能源系统的运行经济性。     

考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度

含电热气多种能源的综合能源系统中,复杂的能量转换关系以及可再生能源和负荷的波动性,给综合能源系统的灵活安全运行带来了挑战。为了减小新能源和负荷不确定性对系统的影响,同时提升系统的功率平抑能力,提出了考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度策略。首先,在日前调度中建立多能灵活性状态方程,以日运行成本最小为目标,构建波动场景下考虑系统多能灵活性的调度模型;日内调度则以日前调度计划为基础,考虑电能和热气能在不同时间尺度上的响应能力,建立分时间尺度的滚动优化模型,对日前计划进行修正,平抑功率波动。算例结果表明:所提出的日前模型可以通过协调设备的出力来提升系统的运行灵活性,日内模型能够平抑电热气能在不同时间尺度上的功率波动。     

供用能转换促进风电消纳的综合能源系统源荷协调优化调度

针对热电联供“以热定电”约束导致的弃风问题,提出计及供用能转换促进风电消纳的综合能源系统源荷协调优化调度方法。首先,为提高供能方式灵活性,源侧引入变工况运行的空气源热泵以及含余热回收的电转气,优化电–气–热耦合关系以压缩热电联供出力空间,提高系统风电消纳水平。其次,荷侧基于热值等效原理对电、气、热用户的用能转换价值进行分析,在多类能源价格信号的引导下形成含用能转换的综合需求响应机制,协助风电并网消纳。最后,构建计及用户综合用能满意度的综合能源系统源荷协调优化模型,以最小化系统运行成本为目标优化各时段机组出力。算例结果表明,该方法在促进风电消纳的同时能够降低系统运行成本;含用能转换的综合需求响应机制对用户满意度影响较小,更符合用户的实际用能情况。     

基于综合需求响应的负荷聚合商最优市场交易策略

在区域综合能源系统(IES)层面上,从市场角度入手,提出建立电-气-热多能源日前市场,阐述了负荷聚合商(LA)参与多能源日前市场的基本交易机制。在该市场模式下建立综合需求响应(IDR)模型,进而以LA利润最大为优化目标,研究基于IDR的电-气-热最优联合交易策略。为保证市场交易满足区域IES的安全运行要求,建立了电-气-热IES的网络模型。以IEEE 33节点配电网-11节点气网-6节点热网的区域IES为例验证了所提方法的有效性,通过对传统需求响应(DR)和所提多能源市场IDR模型的对比分析,验证了所提多能源市场IDR模型不仅有利于提升LA的市场盈利,而且通过多能源峰谷互济可满足多元负荷需求,平抑负荷波动。