考虑氢能绿证的电-氢综合能源系统机会约束优化调度

随着“双碳”目标的提出，氢能产业迎来重要的发展阶段，氢能生产、运输、存储的关键技术不断突破，电力网络和输氢网络之间有望呈现深度耦合。基于输氢网络的详细模型，提出了一种电力系统和输氢系统联合优化调度模型。考虑电制氢的绿证效益，构建计及绿证交易的电-氢综合能源系统日前调度模型；在确定性模型的基础上，采用机会约束处理风电波动带来的不确定性，构建电-氢综合能源系统的机会约束优化调度模型；通过算例测试验证所提模型的有效性，研究绿证价格和机会约束对调度结果的影响，并分析电制氢机组参与平抑波动的情况。     

考虑燃料电池汽车加氢负荷的电-氢系统协同优化运行

在建设新型电力系统背景下,为提高能源利用率,降低交通系统碳排放,促进配电网与交通网络融合,考虑燃料电池汽车加氢行为影响下负荷时空分布特性,构建计及燃料电池汽车交通流量与加氢行为的优化调度模型。首先,采用起止点对刻画燃料电池汽车交通流量模型,为模拟燃料电池汽车出行,采用Dijkstra算法搭建燃料电池汽车最短加氢路径模型。其次,针对可再生能源出力不确定性,基于Wasserstein距离建立风电功率预测误差模糊集,考虑电力-交通网络约束,并构建含加氢站优化调度的分布鲁棒优化模型。最后,利用强对偶理论将分布鲁棒优化模型转化为混合整数线性规划模型进行求解,采用改进的33节点配电网和24节点交通网对调度方法进行验证。结果表明,所提方法相比于鲁棒优化系统总成本有所降低,加氢站调度方案在保守和乐观之间达到平衡,实现加氢站与上级网络之间良性互动。     

考虑风-氢-电的混合能源系统容量规划与运行优化

本文主要研究由风力发电、电解槽、燃料电池及电池储能共同组成的混合能源系统最优配置.在离网状态下,风电作为主要的能量来源,在氢储能和电池储能的辅助下实现周边居民用电负荷的供应,并尽可能满足加氢站的氢气需求.以系统年化成本最小化为目标,同时考虑氢储能和电池储能运行约束,优化考虑风-氢-电的混合能源系统容量.通过算例分析表明...     

基于分布鲁棒的风-氢混合系统氢储能容量优化配置

氢储能系统受地理、气候条件限制较小,在构建面向高比例新能源电力系统的风-储混合系统中极具发展潜力.然而,由于风电场的出力具有不确定性,氢储能系统需要在储能、释能、热备用等工况下频繁切换,内部热能供需平衡也呈现出不确定性,进而影响其响应速度甚至实际可用容量.为此,设计了考虑热平衡的风-氢混合系统,构建了考虑电解槽、燃料电池间歇工作模式热平衡的氢储能系统模型;在此基础上,综合考虑风电场功率的不确定性和氢储能系统的投资成本,提出了考虑热平衡不确定性的风-氢混合系统氢储能容量优化配置方法.采用分布鲁棒方法对风电场功率的不确定性进行建模,并将其转化为一组线性风险机会约束进行求解.基于实际风电场数据构建算例,对所提模型和方法进行验证和分析.结果 表明,氢储能系统中电解槽和燃料电池的散热系数对系统实际可用容量具有重要的影响,在风-氢混合系统的氢储能容量配置中考虑热平衡约束可以有效提升氢储能系统的实际可用容量和混合系统的经济性.     

风氢耦合发电系统优化运行策略与效益分析

为提高新能源高占比电网中的风电利用率,研究风氢耦合发电系统,建立考虑风电出力随机性的混合整数规划模型,并提出就地消纳风电的新模式。模型中以风氢耦合发电的系统收益最大化为目标,兼顾风电场与氢气储能系统联合出力的跟随特性。结合实际设计算例,利用风电场独立运行的对照仿真验证氢气储能系统的有效性,提升系统收益27%,并测试电解槽与燃料电池容量对系统的影响。     

电-气耦合系统概率Pareto最大负荷裕度及灵敏度分析

针对含风电机组的电-气耦合系统在最大负荷裕度及其相互影响问题,考虑电力网络,天然气网络及能源集线器3部分等式和不等式约束,以电力网络与天然气网络的最大负荷裕度Pareto最优为目标,构建含风电电-气耦合系统概率最大负荷裕度多目标优化混合最优潮流模型。采用随机响应面法处理风电机组出力的不确定性,提出了结合牛顿法、快速非支配排序遗传算法和最大满意度决策的模型求解方法;进而对电-气耦合系统最大负荷裕度的灵敏度进行分析。最后,算例仿真结果表明,所提模型和算法正确有效,定义的灵敏度指标可识别系统薄弱节点及评估最大负荷裕度下系统耦合影响。     

含DFIG风电场电-气耦合系统的概率连续混合潮流方法及其负荷裕度分析

针对含双馈感应式风机(DFIG)风电场电-气耦合多能流系统的最大负荷裕度及其耦合影响问题,考虑天然气管网的动态特性,建立考虑DFIG稳态模型和能源路由器(EH)的含参连续混合潮流模型;采用随机响应面法(SRSM)拟合DFIG出力,结合预估-校正及电-气系统耦合交替迭代获取电力系统负荷节点的有功功率-电压曲线、天然气系统流量-气压曲线及其负荷裕度期望值;定义电压-负荷、气压-流量灵敏度,可分别跟随电力系统负荷节点有功功率-电压曲线、天然系统气流量-气压曲线的获取,定义电-气耦合环节中天然气系统节点压强-EH节点注入电功率和电力系统节点电压-EH节点天然气注入流量灵敏度,从而定量评估电-气耦合下电力系统、天然气系统和电-气耦合环节的薄弱节点及EH耦合程度。含DFIG风电场的IEEE 14节点电力系统和22节点天然气系统通过11个EH耦合而成的电-气系统的算例仿真结果验证了所提模型、算法和所定义负荷裕度灵敏度指标的正确性和有效性。     

计及供能可靠性的电-气互联传输网络优化规划

现有电-气互联综合能源系统(IEGES)的传输网络规划仍侧重于考虑输电系统可靠性,对"电-气"双向联供的可靠性考虑不足;并且传统电、气子系统网络独立规划的模式将难以满足日益增长的综合负荷需求.针对上述问题,重点研究衡量IEGES供能可靠性,完善了"以电为主"的IEGES传输网络规划模型;将可靠性引入传输网络优化规划的目标函数和约束条件中,直接获得满足可靠性要求的规划方案,避免方案的反复校核与调整.建立了考虑可靠性的弃风成本、能量短缺成本、电-气耦合转换、供电供气平衡等因素的传输网络优化规划数学模型.为提高模型求解效率,采用增量分段线性化的方法对非线性约束进行线性化处理,将原混合整数非线性规划问题转化为混合整数线性规划问题进行求解.基于IEEE 39节点与比利时NGS 20节点联合系统的仿真结果表明:考虑供能可靠性的传输网络规划方案在提升系统经济性、可靠性和风电消纳能力等方面效果显著,可为IEGES优化规划提供技术手段.     

考虑精细模型的电-气综合能源系统优化运行方法

随着电力系统与天然气系统耦合程度的不断加深,电-气综合能源系统的优化运行成为当下研究热点。然而,电力与天然气系统的非凸非线性为模型的优化求解带来了巨大挑战,诸多研究工作对模型做了简化处理可能导致调度策略不可行。为此,文中构建了电-气综合能源系统优化模型,采用较为精细的电网交流潮流模型和气网稳态模型构成电-气综合能源系统模型,并采用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解。为考虑复杂的耦合系统约束,文中将基于分别循环迭代的电-气综合能源系统能量流计算方法嵌入粒子群算法中,根据粒子位置得到非平衡机组出力、非平衡气井产气量,通过能量流计算得到系统的运行状态,进而将上下限约束作为罚项添加到粒子的评价函数中,并赋以较高的权重。在仿真验证中,文中将13节点电力网络与7节点天然气网络耦合作为测试系统,验证了优化方法的有效性。     

考虑燃气轮机无功支撑的IEGES有功-无功协调优化模型

燃气轮机作为连接电力网络和天然气网络的重要元件,其无功支撑能力为减小网损和电压偏差提供重要途径.基于此,提出一种考虑燃气轮机无功支撑的电-气互联综合能源系统(IEGES)有功-无功协调优化模型.模型首先对电转气、燃气轮机、有载调压变压器和常规机组等重要元件建模,并采用分段线性化处理燃气轮机有功无功出力耦合特性约束,从而融入燃气轮机的无功支撑能力.接着计及电网气网约束以调度成本和网损为优化目标,运用二阶锥松弛技术将模型转化为混合整数凸优化问题求解.最后在IEEE33节点电网与比利时20节点天然气网耦合系统中模拟仿真,结果表明:考虑燃气轮机的无功支撑可以显著减少配电网损耗和电压偏差.为综合能源系统建设和调度决策提供参考.     

考虑不同制氢方法的高速公路加氢站布局规划

针对高速公路加氢设施不完善的问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的高速公路加氢站布局方法。根据高速公路特性及电子收费记录,建立高速公路网络和加氢判断模型。基于多层次-模糊综合评价方法,从经济性、环保性以及安全性角度,提供适合高速公路加氢站的制氢方法和制氢地点的组合。再结合分布式光伏的投入,以经济效益最优为目标,构建高速公路站外和站内制氢2组目标函数,利用改进自适应遗传算法分别进行优化布局和容量配置。以沈海高速(浙江段)作为研究对象进行分析,提供了不同制氢方法下加氢站布局方案及相关设施的容量配置,算例结果与模糊综合评价结果相互验证了模型的有效性。     

机会约束随机动态经济调度的凸松弛迭代求解法

大规模风电并网给电力系统运行带来了重大技术挑战,其出力的随机性和波动性增加了线路传输能力和备用调节能力不足的风险,传统的确定性经济调度方法已不完全适用。首先提出了一种基于混合高斯分布的机会约束随机动态经济调度模型,该模型将最小备用约束和线路传输容量约束建模为机会约束,并引入调频机组的仿射控制策略以实时平衡风功率的波动。然后提出了一种机会约束规划的松弛迭代求解方法,将随机调度模型转化为二次规划模型以实现快速有效求解。利用中国西南某省25个风电场的现场数据以及IEEE 118节点系统进行算例分析,验证了混合高斯分布对风电预测误差的拟合精度,以及所提方法的可行性。     

考虑多风电场相关性的电网动态经济调度二阶段带补偿算法

大规模多风电场的并网给电网经济调度带来了巨大挑战,文中对含多风电场的电网日前动态经济调度问题进行研究。首先,引入Copula理论构建了多风电场间输出功率的联合分布。随后,建立了电网日前24h动态经济调度随机优化模型。针对约束中风电输出功率的随机性,引入二阶段带补偿算法求解,将原调度模型转化为二阶段模型:第一阶段为仅含常规变量约束,而在目标函数中增加补偿量期望值的优化模型;第二阶段为含随机变量约束,并以补偿量惩罚期望值最小为目标的优化模型;通过二阶段模型间的交替迭代求得最优解。基于IEEE 118节点系统和某省级大电网的算例对该方法的有效性进行了验证。     

基于风电预测误差聚类的分布鲁棒含储能机组组合

为应对风电不确定性给电力系统调度带来的难题,提出了一种基于风电预测误差聚类的分布鲁棒含储能机组组合模型。首先,基于狄利克雷过程高斯混合模型对风电预测误差进行聚类,建立了数据驱动的风电预测误差模糊集,并进一步建立了考虑风电场间风电预测误差相关性的不确定集。接着提出了考虑储能的分布鲁棒机组组合模型,建立了考虑储能系统循环老化成本的目标函数。针对该模型min-max-max-min的4层结构,将其分解为两阶段问题,在第1阶段中引入运行域变量、爬坡事件约束与储能能量约束,以消去第2阶段中的动态约束,并将第2阶段问题通过KKT条件转化为单层问题,然后采用列约束生成算法对两阶段问题进行求解。最后,通过IEEE 6节点以及IEEE 118节点的算例分析,证明了所提模型的鲁棒性和有效性。     

计及需求响应的含风电场电力系统发电与碳排放权联合优化调度

提出了一种节能减排形势下的优化调度模型和解法。研究对象上,文中研究了风电、火电、需求响应3种发电(虚拟发电)形式,需求响应可为系统提供零碳发电资源和旋转备用。模型建立上,基于多目标安全约束机组组合模型,采用发电和碳排放联合调度的方式,寻求经济目标与排放目标的折中协调解;约束条件综合考虑了需求响应、安全约束和碳排放等多种约束。解法上,采用分段线性化的方式,利用混合整数线性规划进行求解,解法适用于大规模系统,使模型更具实用价值。算例分析表明,决策结果能够兼顾排放与成本,并且在调度中引入需求响应可提高系统的风电消纳能力,具有显著的节能减排效益。     

远海风电输电和制氢经济可行性分析

远海风资源丰富,可用于发展更大装机容量的风电场,具备发展氢储能应用的潜力.输电工程和制氢工程是远海风电开发利用的2种途径.首先建立了远海风电输电工程的全寿命周期成本模型.其次,推导了质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解槽能量效率的计算过程,基于PEM电解槽的"功率-效率"特性模型,...     

基于随机规划的并网风电场最大注入功率计算

提出了一种基于随机规划理论计算大规模并网风电场最大注入功率的方法，将并网风电场最大注入功率的计算问题转化为在一定安全、稳定、电能质量约束条件下的机会约束规划问题。引入随机变量来表示风电场的有功出力，着重研究了时间段较短的实际运行情况。求解模型时采用了混合智能算法，在含风电场的IEEE30节点系统上进行算例分析，结果表明了该方法的正确性和有效性。本文提出的方法可避免动态仿真的繁琐计算并保证结果的最优性。     

考虑风电并网友好性的日前分层调度计划模型

为了最大程度消纳风电及激励风电场改善并网特性,提出了一种考虑风电并网友好性的日前分层调度计划模型。上层调度模型中,通过风电和常规机组的协调调度,实现系统综合成本最小的目标。下层调度模型中,建立风电友好性评估模型对风电场并网友好性予以评估。以风电功率预测信息及上层调度模型的风电出力计划等作为约束,制定各风电场的日前调度出力计划。最后通过在IEEE 30节点系统进行算例仿真,验证了该方法的有效性。     

基于电气剖分原理的风电系统调度方法

基于电气剖分原理提出了一种风电系统调度方法，该方法通过电气剖分寻找与风电场关系最紧密的常规机组，通过对这些机组进行输出功率调整来及时补偿由风电场输出功率波动引起的有功功率缺失(或过剩)。以修改后的IEEE14节点系统进行了算例分析，结果表明该方法是可行的且具有较强的实用性。     

多风电场接入的灵敏度场景静态无功/电压评估

风电出力对电力系统运行的影响存在复杂的非线性,现有处理风电随机性的风电场景模型难以保证风电场景与电力系统优化运行保持一致,为此提出含多风电场的电力系统无功/电压灵敏度场景分析方法。首先利用网损/电压灵敏度计算方法计算多风电场相关性出力样本的网损/电压灵敏度,再基于主成分分析构建联合网损/电压灵敏度特征空间,并在此基础上进行场景聚类,得到多风电场网损/电压灵敏度场景。将某2个风电场的实际数据接入IEEE 30节点系统中分别进行传统风电场景分析和所提灵敏度场景分析,验证了所提方法的有效性和优越性。