基于机会约束规划的电气互联综合能源系统随机最优潮流

综合能源系统是未来能源利用的发展趋势,其中电力系统和天然气系统的联系最为紧密,但随机因素的增加也给综合能源系统的安全稳定运行带来了挑战。针对电-气互联综合能源系统的最优潮流问题,考虑风电场出力的随机性以及电力负荷、天然气负荷的随机性,建立其机会约束规划模型,并采用基于半不变量法和内点法的启发式算法进行求解。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络构建电-气互联综合能源系统,分析比较了不同置信度水平和不同波动性情形下系统运行状态以及运行成本的变化,并与确定性情形对比,结果表明机会约束规划模型有助于提高电-气互联综合能源系统运行的安全性。     

基于机会约束目标规划的多电-气互联综合能源系统分布式优化模型

多个综合能源系统间通过电能交互能有效提高系统风电消纳水平,寻求考虑风电不确定性下的多区域能量管理最优策略成为必要的研究工作。针对风电的随机出力特性和区域间电能传输的安全可靠性问题,将随机优化与分层协调技术相结合,建立了基于机会约束目标规划的多电-气互联综合能源系统分布式优化模型。首先,对单个电-气互联综合能源系统精细化建模,从系统经济性出发,引入区域间联络线灵活性机会约束。进一步,采用二阶锥松弛和确定性等价方法将该模型转化为混合整数二阶锥规划模型,利用广义Benders分解（general Benders decomposition,GBD）法,将模型分解为主、子问题反复迭代求解。最后,算例表明求解方法具备较好的收敛特性和计算效率,有效保障不同区域内用户信息隐私并有较强自适应性,而且机会约束目标规划模型比传统机会约束具有更好的经济性和灵活性。     

考虑气电网络架构的沼-风-光综合能源微网优化调度

传统能源系统不考虑多种能源之间的协同和互补,仅对电、气、热中的某种能源进行分析和利用。文中采用能量枢纽的概念表示各能源之间的耦合关系,同时考虑气电网络架构的运行约束。在实现各能源间转化、转移和存储等协同工作的基础上,建立含沼-风-光的综合能源微网优化模型,并对其优化调度进行了研究。为保证该模型的可求解性,对其中的电力系统潮流约束采用二阶锥松弛方法,对气管网约束进行泰勒展开,将原模型转换成凸规划模型。在由TEST6节点系统、6节点天然气系统和1台沼气池装置组成的综合能源微网测试系统上进行仿真分析,结果表明,考虑气电网络架构的调度优化结果满足实际运行要求,且该综合能源微网系统在可持续性、经济性和稳定性方面都具有一定的优越性。     

计及源荷不确定性和变工况特性的区域综合能源系统优化调度

为保证系统的经济可靠运行,考虑了荷源不确定性及能源耦合设备的变工况特性对系统运行的影响。首先,基于能源梯级利用原理,建立了包含风电、燃气轮机、电转气（P2G）及多种能源耦合设备的区域综合能源系统（RIES）架构;其次,通过构建动态能源集线器（DEH）模型,分别从能源供需双侧反映设备变工况特性对系统能源耦合的影响。同时,以系统调度成本最小和碳排放量最少为目标,将确定性的系统约束转换为基于可信性理论的模糊机会约束,构建了考虑源荷不确定性和设备变工况特性的RIES模型。最后调用CPLEX求解器对模型进行求解。结果表明,所建模型可以有效描述系统的不确定性风险,促进风电消纳,提升系统的经济性与低碳性。     

计及气网约束的区域综合能源系统惯性资源配置研究

多能耦合的区域综合能源系统具有多能转换灵活性,尤其是其气热系统惯性资源具有功率波动抵御能力,可以支撑可再生能源不确定性造成的电力系统功率缺额。在充分考虑天然气网络约束的情况下,提出了区域综合能源系统惯性资源配置策略。首先,将天然气系统对功率波动的抵御能力以及对需求变化的延时响应纳入天然气系统的惯性特性,提出了区域综合能源系统气惯性概念和响应特性。由于气惯性的局部利用会影响天然气网络的整体参数变化,基于气网约束条件,对天然气网络的动态变化进行了深入的分析。然后,为了合理配置电力系统故障后区域综合能源系统中气热惯性资源,建立了计及气网约束的区域综合能源系统惯性资源配置模型,以明确气热惯性提供功率支撑的优势,并验证区域综合能源系统惯性资源配置过程中计及气网约束的重要性。最后,算例结果验证了气惯性对外界功率波动的抵御能力,计及气网约束的区域综合能源系统资源配置方法可提升经济性预估的准确性。     

计及新能源出力不确定性的电气综合能源系统协同优化

随着波动性强的新能源大规模接入配电网,主网下网功率波动增强,危及主网运行安全。为了有效降低新能源消纳对配电网的不利影响,建立了考虑新能源出力不确定性的电气综合能源系统协同优化模型。其中,动态场景方法被用来刻画新能源出力的不确定性,优化目标为最小化全系统运行成本和主网下网功率波动量。模型中考虑了温控负荷调节能力及配电网交流潮流和天然气网潮流等约束。利用分段线性化和二阶锥松弛方法,将模型转化为混合整数二阶锥规划问题。最后,在IEEE 33节点配电网和23节点气网构成的电气综合能源系统进行夏季和冬季算例仿真,验证了利用惯性更大的气网平抑主网下网功率波动的有效性。同时,仿真结果表明利用温控负荷调节能力可降低系统成本,且确保系统运行的安全。     

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。     

基于多目标的气电互联综合能源系统规划研究

近年来,天然气发电的普及率不断提高,而快速发展起来的电转气(power to gas,P2G)技术也更加促进了电力系统与天然气系统之间的耦合.本文研究了基于多目标的气电互联综合能源系统规划,建立了气电互联综合能源系统耦合模型,并进一步提出了气电互联能源系统协同规划模型.本文采用了多个目标来表征气电互联综合能源系统的可靠性与经济性,建立了以投资成本最少、运营成本最经济、能源短缺成本最少和需求侧用户补偿成本最低为目标的多目标优化模型,在模型求解时,采用了加权系数法将多目标规划转化是单目标规划.通过算例分析证明了该气电互联能源系统协同规划模型在经济性和集成系统可靠性等方面的有效性.     

基于机会约束规划的能源集线器系统气电购置优化建模

随着能源集线器概念和多能协同互补思想的提出,由能源集线器之间的耦合与联接构成的能源集线器系统,对于共享、互补、经济、高效的能源传输和利用至关重要。由于气电购置量直接关系到系统的经济高效运行,其值可由系统与主网之间天然气管道和电力联络线上流过的能量来量化,但对于二者的常规约束过于保守,通过机会约束规划可以使约束具有一定的弹性,且在置信水平高于特定的置信水平时可在一定程度上保证系统的安全可靠性。基于此,在计及能源集线器内可再生能源不确定性出力下,将传统主要应用于对电力联络线交互功率的机会约束限制,延伸到对天然气管道传输功率的机会约束限制。该约束克服了常规约束保守性的问题,可调节系统气、电资源的合理分配。同时,建立电负荷需求响应模型,考虑能源集线器内各设备出力约束,以气电购置费用最小为目标,并在一定调度周期内将机会约束规划问题转化为确定性问题进行优化求解。优化结果证明对天然气管道和电力联络线上的气、电交互传输量进行机会约束限制会对能源集线器系统向主网的气电购置费用产生影响,并且重点讨论了分别对电力联络线交互功率和天然气管道传输功率实施机会约束限制以及不同置信水平参数设置对气电购置结果的影响。     

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。     

考虑电-气耦合综合能源需求响应的电网调度决策方法研究

随着天然气发电的迅速发展,天然气网络与电力网络愈发耦合。天然气存储运营商作为天然气市场的参与主体之一,拥有存储、释放天然气的能力,在综合能源系统中可以实现对电网的跨网支持。然而,目前尚缺乏考虑电-气耦合综合能源需求响应的电网调度决策方法。建立了一种考虑电-气耦合综合能源需求响应参与电网运行的调度模型,该模型分别以电气双网连接点燃气机组最大出力可减少量以及跨网响应资源成本最优为目标函数,计及电网负荷平衡、储气成本等约束,为电气双网跨网资源的调度提出了一种新的机制与方法。     

考虑需求响应的含P2G电-气综合能源系统优化调度

在综合能源系统日益发展的背景下,提出了一种考虑需求响应的含P2G电-气综合能源系统优化调度模型。首先对天然气网络和电-气关键耦合设备P2G进行建模;然后基于虚拟电厂思想建立了价格型需求响应和激励性需求响应的等效模型,并结合电-气综合能源系统的各层面约束构建了考虑需求响应的电-气综合能源系统优化调度模型;最后,引入通用分布来描述风电功率的概率分布,并利用机会约束方法对模型进行不确定性处理。仿真算例结果验证了本文所提模型的有效性。     

含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型

天然气压力能的不确定性与其管网负荷随机波动性,限制了综合能源系统中压力能利用效率的提高.提出一种天然气调压站压力能发电与制冷的综合利用模式及系统架构.首先,为解决天然气管网流量波动导致压力能不稳定、供需不平衡的问题,通过研究调压站综合能源系统中的压力与负荷不确定性因素,分析压力能不确定性及综合能源系统与调压站集成系统相关性对综合能源系统优化调度的影响,确立综合能源系统不确定性因素与模型.然后,在此基础上,将气体作为冷能传输介质,考虑气、冷、热不同能量的传输特性,分析该系统分时间尺度能量平衡关系,并兼顾经济性与低碳性建立含天然气调压站的综合能源系统优化调度模型,进而采用混合整数非线性规划法进行求解.最后,通过某实际调压站综合能源系统验证了所提优化调度模型的可行性与有效性.     

基于长短期记忆的电-气耦合综合能源系统贝叶斯状态估计

伴随着中国国家能源革命战略与电力体制改革的发展,综合能源系统作为综合各能源属性的新型能源发展形态逐步兴起,最大限度提升了能源利用效率.然而,综合能源系统存在量测数据冗余度低、量测设备的量测误差较大以及电网与气网量测设备的数据采集单位时间标尺不统一的问题,对电-气耦合的综合能源系统状态估计问题提出严峻挑战.考虑到数据驱动方法具有高度的可移植性与对不同信息提炼归纳的能力,建立了一种基于长短期记忆的电-气耦合综合能源系统贝叶斯状态估计模型.采用贝叶斯学习获取量测量的概率统计特征,利用蒙特卡洛采样生成完备量测数据,通过电-气耦合综合能源系统潮流检验所生成数据的合理性,从而得到长短期记忆深度学习网络的训练样本集合.采用均方根误差的评判标准对长短期记忆深度学习网络进行训练,有效提升了电-气耦合综合能源系统状态估计的精度.与经典模型驱动的状态估计方法比较,算例仿真验证了所提数据驱动状态估计方法的有效性与鲁棒性.     

基于多主体收益的电-气综合能源系统协调规划研究

随着我国各种异质能源系统的发展建设以及对综合能源系统规划研究的深入,根据不同能源间多能互补的优势和特点研究最合理的综合能源系统规划方案,对于我国综合能源系统规划建设及可持续发展具有重要意义。提出了一种市场环境下计及多主体收益的电-气综合能源系统协调规划方法。首先,分别基于电力系统和天然气系统的特点及网络约束,构建相应的收益模型,进而结合电-气综合能源系统中的异质能源间的耦合机理分析,充分考虑各能源主体间的博弈关系,构建计及多主体收益的电力系统和天然气系统协调规划模型;然后,利用迭代搜索法求解该模型;最后,利用仿真算例对所提方法的正确性和有效性进行验证。     

基于教与学模式改进一致性算法的电—气能量流协同优化

在综合能源网背景下,需考虑将多能量流进行分布式协同优化。针对电力、天然气多主体分布式自治决策的特点,考虑电—气耦合关系,建立了含新能源的多能流局域网优化模型,并通过能源路由器建立了一种合理的规划机制,从而保证各个能源局域网之间能量的有序流动。基于教与学模式优化算法对常规一致性算法进行了改进,并对该优化问题进行了求解,实现了电—气耦合系统的分布式协同优化。能源路由器既是能量装置,又是信息节点,能够将不同能量形式有机整合、协调优化。而基于教与学模式的改进一致性算法有更好的搜索能力和寻优能力,可获得更好的优化结果和计算效率。利用IEEE 118-GAS90电—气互联网络系统算例进行测试,结果验证了所述方法的有效性和可行性。     

基于柔性行动器–评判器深度强化学习的电–气综合能源系统优化调度

多能流协同优化调度是实现综合能源系统高效经济运行的核心技术之一。面向电–气综合能源系统运行优化问题,提出一种基于柔性行动器-评判器框架的深度强化学习方法,通过智能体与能源系统的交互,自适应学习控制策略。该方法可实现多能流系统的连续动作控制,且能够灵活处理风电、光伏、多能负荷等源荷不确定性问题,实现多场景下的电-气综合能源优化调度决策。首先,构建面向电-气综合能源系统调度的强化学习基本框架,介绍柔性行动器-评判器强化学习的基本原理;然后,构建与智能体交互的电-气综合能源系统环境模型,设计深度强化学习的动作与状态空间、奖励机制、神经网络结构、学习流程等关键环节;最后,针对2个电-气综合能源系统算例进行强化学习优化调度结果分析。     

基于双层优化模型的能源互联网自愈及优化运行策略研究

电网和天然气网通过双向耦合可实现高可靠性运行。为解决电-气耦合的能源互联网故障自愈问题,提出了一种能源互联网自愈及优化运行方法。首先,该方法基于电-气耦合特性,充分利用天然气网对电网的能量补充,在考虑天然气网经济性和新能源出力不确定性的基础上,建立双层优化模型,实现综合能源系统的故障快速自愈及优化运行。上层模型利用基于广度优先搜索法的改进蚁群算法,优化供电恢复路径,得到系统开关状态。下层模型基于电-气耦合特性分析,以天然气网经济性为主要目标,采用条件风险价值理论(conditional value at risk, CVaR),同时考虑新能源出力不确定性带来的运行风险,构建电-气耦合的能源互联网优化重构模型。然后,对双层优化模型进行求解并进行全局优化,得到电-气互联型能量调度最优的故障恢复和优化运行方案。最后,通过IEEE33节点配电网和7节点天然气网耦合的能源互联网仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

气网动态潮流下多能源网与能量枢纽的联合调度

天然气系统与电力系统的时间响应特性之间存在显著差异,若在综合能源系统优化调度模型中进一步融入天然气系统动态潮流模型,则能够更精确地描述其实际运行状态。为此,建立了考虑气网动态过程的电力-天然气耦合系统,该系统基于能量枢纽相耦合,并在能量枢纽中引入考虑负荷特性的需求响应模型,提出了考虑需求响应的多能源网与能量枢纽的联合优化调度方法。通过对网络模型与能量枢纽模型进行线性化处理来降低模型复杂度,并采用分解求解法进行多能流潮流计算。以含有2个能量枢纽的综合能源系统为算例进行仿真分析,结果表明考虑气网动态潮流的模型能更准确地描述实际运行状态,且考虑需求响应对于降低峰谷差、提高经济效益效果显著。