综合能源系统综合需求响应行为研究

面向耦合电、气、冷、热等多种形式能源的综合能源系统,研究柔性负荷、储能和电动汽车等需求侧资源的综合需求响应,有利于挖掘多能负荷的响应潜力,激发综合能源系统的灵活性,提升能源利用效率。首先以区域电-气互联综合能源系统为基础,构建了园区级冷-热-电-气综合能源系统,其次建立了综合能源系统调度模型,通过节点能量平衡方程分析节点能源价格,明确了系统调度-能源价格-综合需求响应的传递关系,然后基于节点能源价格建立了考虑柔性负荷、储能、电动汽车为参与主体的综合需求响应模型;最后通过算例分析了柔性负荷、储能、电动汽车的响应情况,基于节点能源价格对不同位置多能用户综合需求响应前后的负荷曲线进行了分析。     

园区能源供需价量双层Stackelberg博弈模型

针对园区能源交易中能源商和用户的价量优化问题,提出园区能源供需价量双层Stackelberg博弈模型。上层模型能源商以实现自身利益最大化为目标,考虑多能流率平衡约束和外网交互约束、电转气、储电/热和燃气轮机等源储约束,通过竞争决定能源价格;下层模型考虑用户用能需求响应,以用能成本最小化为目标,考虑负荷需求约束,根据能源商的决策价格,决定用能需求,能源商进一步根据用户用能需求优化能源价格,反复迭代至收敛。算例结果显示所提方法能有效实现双方效益最大化。     

考虑综合需求响应的社区综合能源系统主从博弈策略

传统电力需求响应技术通过削减或转移电力负荷对负荷曲线进行优化,但会影响用户用能体验,因而用户参与需求响应的积极性及负荷可控性有限.对于社区综合能源运营商,研究用户综合需求响应,可挖掘其调度潜力.基于消费者心理学研究居民用户替代用能行为,建立用户优化用能模型和社区综合能源运营商优化模型,将运营商作为领导者,用户作为跟随者建立Stackelberg主从博弈模型.用KKT条件代替用户侧优化模型,将博弈模型转化为单层优化模型求解.通过算例仿真验证了充分挖掘利用负荷侧多能互补特性及综合需求响行为,可有效提升可再生能源利用率和综合能源运营商的效益.     

基于双层联合优化的电-气综合能源生态系统需求响应模型

提出了一种在电-气综合能源生态系统中,基于双层联合优化的市场化需求侧响应模型。该双层联合优化包括系统层的经济调度以及节点层的能量优化分配。首先,构建了以节点为单位的用户多能灵活负荷模型以及用户参与需求侧相应的经济分析模型,然后提出了电-气综合能源生态系统的稳态潮流模型。在此基础上,提出了电-气综合能源生态系统中需求响应的双层优化模型。系统层优化在获取辅助服务市场上聚合商的需求响应报价基础上,对电气联合传输系统进行集中式能量优化调度。节点层的优化问题为聚合上的能源优化分配模型,即聚合商根据系统购买的需求相应服务,将负荷削减量按照经济性最优的原则分配给用户。建立双层优化问题后,将下层优化问题转化为上层优化的KKT条件,并通过内点法进行求解。最后,通过IEEE 24节点可靠性测试系统和比利时20节点天然气系统的耦合系统,验证了本文提出的电-气综合能源生态系统下的多能需求响应模型的有效性,及其相对于传统电力需求响应的优越性。     

计及相关性的电-气互联区域综合能源系统概率多能流计算

可再生能源的规模化接入增加了电-气互联区域综合能源系统中的不确定性,同时随着电力系统和天然气系统耦合程度的加深,耦合环节负荷的波动对整个电-气互联区域综合能源系统能流产生的影响日趋显著。首先,建立基于能源集线器模型的电-气互联区域综合能源系统稳态多能流计算模型;在此基础上,考虑可再生能源出力、电力系统负荷、天然气系统负荷和耦合环节负荷的波动性,并计及电力系统负荷和天然气系统负荷间的相关性,提出电-气互联区域综合能源系统中输出状态变量半不变量的计算方法;最后使用Cornish-Fisher级数展开法来拟合输出状态变量,得到输出状态变量的概率分布。在修改后的IEEE 33节点配电网络与天然气11节点网络耦合而成的电-气互联区域综合能源系统上进行算例分析,验证了所提方法的有效性、快速性和实用性,同时分析了耦合环节负荷不同波动水平和电力系统负荷与天然气系统负荷间相关性水平对概率多能流计算结果的影响。     

基于Stackelberg博弈实时定价机制的电-气综合能源系统优化调度

为了降低风电和负荷的预测误差对于综合能源系统各机组出力计划的影响,建立了基于Stackelberg 博弈实时定价机制的电-气综合能源系统两阶段（日前-日内）优化调度模型。在日前调度计划中,以综合能源系统经济成本最优确定各机组次日的出力计划。在日内调度计划中,以综合运营商收益最大和用户满意度最大为目标函数,建立主从博弈模型,通过两方博弈对日前能源价格进行调整,从而引导用户积极参与需求响应。通过实际的算例仿真分析,Stackelberg 博弈制定的实时能源价格相较于价格弹性系数矩阵法制定的能源价格,用户参与需求响应的程度更高,不仅可以减少对各机组日前制定出力计划的调整,而且可以降低系统运行成本,提高用户的综合效能。     

计及可替代负荷的电-气综合能源系统可靠性评估

随着电力系统与天然气系统耦合关系逐渐加深,通过引导用户改变用能行为,可以增强电-气综合能源系统互联互济的能力,同时也必将对耦合系统的可靠性产生影响。文章重点研究了可替代负荷对电-气综合能源系统可靠性的影响,基于用户可控性和负荷替代前后能源消耗量变化的特点,建立了计及可替代负荷的综合能源系统最优切负荷模型,为系统提供最优切负荷策略。基于非序贯蒙特卡洛法,提出了计及可替代负荷的电-气综合能源系统可靠性评估指标和算法。算例分析表明,可替代负荷用户通过对电力系统和天然气系统用能的双向选择,减少了2个子系统之间能量转化产生的损耗,及时满足了用户的用能需求,更好地提高了系统的经济性和可靠性,为电-气耦合系统规划和运行提供了参考。     

计及用户行为及满意度的电-气综合能源系统优化调度

文中以含电转气装置的电-气综合能源系统为研究对象,在引入分时能源价格引导用户进行用能调整的基础上,建立了一种计及价格敏感型用户用能行为和用户满意度约束的优化调度模型。能源供应商通过引导用户进行用能调整的同时,还要兼顾用户的用能体验水平,模型以包含了对于用户削减负荷提供补偿的综合运行成本最小为决策目标,对系统进行全局优化。以改进的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统组成的综合能源系统为例,验证了该优化调度模型对于系统经济性的提升。     

考虑用户电能替代的商业园区运营商多能交易博弈优化决策

我国大力发展清洁能源,并鼓励用户用能电气化,提高电能占终端能源消费比重和清洁能源利用率。在此背景下,以用户综合用能多且用能较为集中的商业园区为对象,提出了考虑用户电能替代的商业园区运营商多能交易博弈优化决策模型。首先构建了考虑用户侧电能替代作用的多维综合需求响应(integrated demand response,IDR)模式,该模式下运营商可以仅通过改变电能价格同时引导用户电、气、热的用能行为,而用户在价格引导下可以将不同类型负荷的转移、增减与替代配合获得更大的需求响应潜力;然后构建运营商与用户的主从博弈决策模型,通过博弈制定售能价格,引导用户优化自身用能以促进风电就地消纳,提升双方利益。最后,以商业园区运营商与3个不同类型的商业用户博弈为例验证了所提模型对促进风电就地消纳与提升主从双方收益的有效性。     

考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应模型

针对天然气压力能利用模式单一及调压站冷能利用困难导致的能源利用率低等问题,提出天然气高压管网压力能发电和冷能综合利用集成方案,并针对调压站地理特性及各能源供给波动性导致的能源供应不稳定等问题,构建了天然气压力能与电、气、冷、热等多种能源相结合的微型综合能源网架构,实现其多能耦合互补;同时,通过价格型和激励型2类响应建立气-电综合需求响应模型,前者基于价格弹性矩阵建立气负荷和电负荷的需求响应模型,后者通过补贴激励的方式对天然气管网进行调峰。综合考虑该微型综合能源网的能耗成本、运维成本、环境成本及需求响应,构建考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应优化调度模型,计算分析了不同场景下微能网电-气-冷能的优化调度结果,对所提出的集成方案及气-电需求响应模型的可行性与有效性进行了验证。     

基于二次聚类的综合能源用户需求响应潜力分析

随着综合能源系统的迅速发展,用户侧从单一的电负荷转变为冷热电多能耦合负荷,而针对多能负荷特性及需求响应潜力的研究也越来越受到电力公司的重视,因此提出了一种基于两阶段聚类分析的综合能源用户需求响应潜力分析方法。首先进行考虑用户典型负荷曲线的一次聚类,对数据进行特征提取与降维,并在此基础上进行考虑用户用能模式的二次聚类。最后通过仿真分析表明该方法能较好地深入挖掘综合能源系统的用能负荷特性和需求响应潜力,为综合能源系统需求响应规划的制定提供了新的思路。     

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。     

基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度

利用电-气-热多元负荷节点碳势引导需求响应是实现综合能源系统(IES)低碳运行的有效手段。IES中多能流耦合关系复杂、动态特性交织,碳排放特性难以准确表达。文中针对IES中低碳运行潜力挖掘不足的问题进行了研究,提出了一种基于节点碳势-能源价格双响应的经济调度方法,用于IES源-荷协同,实现低碳运行。一方面,通过剖析气、热动态特性对碳排放流的影响机理,引入动态特性等价替换思想,得出计及动态特性的碳排放流模型,进而得到负荷节点的碳势,实现碳排放责任的分摊;另一方面,从碳视角出发,考虑多元负荷的碳排放责任,设计了基于多元负荷节点碳势-能源价格双响应的IES源-荷低碳互动机制,充分挖掘IES中多元负荷的低碳潜力。通过对IES中碳排放产生、传输、消费全过程的追踪与计量,制定兼顾经济性与低碳性的调控策略。以电网14节点-热网6节点-天然气网6节点(E14-H6-G6)和E57-H12-G12测试系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

计及综合需求响应的电热气互联能源系统环保经济优化调度

为促进综合能源系统多能协同互补互济,提高能效,以电热气互联能源系统为研究对象,提出了一种多目标协同优化的综合需求响应模型及运行策略求解算法.首先,设计了含综合需求响应的电热气互联能源系统架构,采用能量耦合矩阵对互联系统中多能转化关系进行描述,在分时能源价格机制下,构建了混合时间/空间尺度的多能协同综合需求响应数学模型.然后,以最小化的系统用能成本、环境成本和弃风弃光功率为目标,构建了环保经济优化调度模型,采用结合协同进化思想和非支配排序遗传算法的改进优化算法(Co-NSGA-Ⅱ)对模型进行求解.仿真结果表明,所提出的模型及优化运行策略能够有效提高多能系统间能量协调能力和综合需求响应能力.     

供需互动视角下区域综合能源系统设备配置与运行策略协同优化研究

以冷、热、电多能流的供需互动为立足点,基于主从博弈论,构建基于集中能源站1-N型架构的区域综合能源系统设计与运行协同优化决策框架。在供给侧,通过耦合考虑投资和运行费用建立设备配置与运行策略的协同优化模型;在需求侧,综合考虑多元能源需求弹性,提出基于用能满意度与购能支出的效用函数。在此基础上,以冷、热、电多元能源价格及相应逐时负荷为决策变量,形成供需互动博弈机制,并提出了博弈模型的求解方法。最后,通过仿真算例验证了所提优化决策方法的有效性。最终优化结果使得区域综合能源系统能源交易量上升,促进了系统的稳定运行,总体社会福利得以提升。     

考虑多尺度需求响应的跨区域综合能源系统运行策略

在考虑跨区域综合能源系统多能交互的基础上,提出一种考虑多尺度需求响应的优化运行策略。首先针对响应时间建立多尺度需求响应,包括邀约需求响应和实时需求响应,其中邀约需求响应分为日前24h邀约响应模型和日内4h邀约响应模型,实时需求响应建立日内15min实时响应模型;其次考虑电、热、冷、气不同负荷在不同时间尺度下的响应比例不同,建立多时间尺度下不同比例负荷需求响应模型。最后,建立由跨区域能源服务商发布需求响应信息、负荷聚合商参与需求响应、调整用能时间和方式的跨区域综合能源系统运行模型,跨区域能源服务商利用优化后的负荷曲线调整系统内部的机组出力和系统间的功率交互。算例结果有效地论证了所提运行策略的合理有效性,各区域综合能源系统的利润和负荷聚合商的综合效益均有所提高。     

考虑多设备最优能流路径的电-气互联系统运行优化

为满足用户在多能负荷实时需求下对能源的优化管理,提出一种考虑多设备最优能流路径的运行优化方法。首先,考虑实时能源价格和逐时负荷,建立基于能源集线器理论的能源中心模型,模型含多台能源转换设备以提供灵活的能流路径选择;然后,以系统购能成本最小为目标、能源分配系数为优化变量,计及设备容量、网络潮流等约束建立最优潮流模型,应用遗传算法进行求解;最后,采用8节点的配电网和9节点的天然气互联系统作为算例,基于本文所提方法进行建模并求解。算例结果表明实时能源价格的需求响应下,对能流路径的优化能有效降低系统购能成本,实际运行中,设备转换效率的变化能够影响系统能流路径的改变。     

计及价格型需求响应的综合能源系统日前经济调度

为实现节能减排,提升能源利用率,建立了含电-气-冷-热的综合能源系统,以经济性最优为目标,构建实现多能互补的调度模型;建立用户侧与上级电网通过价格型需求响应互动的模型方法,用价格引导用户用电行为,实现供给侧与需求侧的双赢,最后将提出的模型进行仿真算例分析,验证了其有效性。     

考虑电/热/气耦合需求响应的多能微网多种储能容量综合优化配置

在多能微网中配置多种储能设备有利于平滑可再生能源波动性,提升供能可靠性和用能经济性。以含风光发电和电/热/气负荷的多能微网为研究对象,研究考虑电/热/气耦合需求响应的微能源网多种储能系统优化配置方法。首先,基于人体对温度的模糊度以及电负荷和气负荷的可转移特性建立耦合需求响应模型。在此基础上,以经济成本和碳排放量最小为目标,建立了基于耦合需求响应的多种储能容量综合规划的多目标优化模型。然后,采用自适应动态权重因子以适应规划场景的灵活多变。最后,通过算例比较了应用耦合需求响应以及配置储能系统前后多能微网的经济性以及碳排放量,从而验证了所提方法的有效性。     

基于灵敏度分析的综合能源系统运行安全性的研究

基于电-气互联综合能源系统子系统间的灵敏度矩阵,探究了电-气能源子系统间的交互耦合机理,提出一种提升综合能源系统运行安全性的改善措施。首先构建电-气耦合的综合能源系统模型,采用基于扩展牛顿-拉夫逊法的交替求解法求解该综合能源系统的多能流方程;在此基础上,借助综合能源系统灵敏度分析方法计算电压幅值-燃气负荷灵敏度矩阵和天然气系统节点压力-电力系统节点有功灵敏度矩阵,定量描述电、气系统间交互耦合作用机理;然后,通过灵敏度矩阵辨识与薄弱节点密切相关的关键环节,研究提升综合能源系统运行安全性的相关措施。最后,通过IEEE 24节点和比利时20节点天然气系统耦合的IEGES-24系统算例对所提方法进行分析、验证,结果表明所提方法可应用于综合能源系统交互耦合机理揭示和运行安全性分析。