考虑多能源电力特性的电力系统中长期生产模拟

中长期模拟是电力系统生产模拟的重要组成部分,是处理与应对清洁能源电力季节特性的重要途径。针对现有研究的不足,该文考虑新能源发电、火电、水电、抽水蓄能等多种发电形式,提出电力系统中长期运行模拟方法,以实现中长期时间尺度下的多能互补。文章以持续负荷曲线建模为基础,考虑各类型发电机组检修要求和运行约束、新能源和水能等一次能源特征以及系统的新能源消纳能力,建立中长期运行模型,并采用混合整数规划方法求解。基于改编IEEE-RTS系统算例分析表明,该文所提出模型和方法正确有效,能充分反映、应对多能源电力特性,实现中长期运行方式的优化。     

基于多场景和运行模拟技术的电网规划及评估研究

本文提出中长期水电群的电力系统运行模拟模型,使运行模拟能够更精细化地考虑中长期水电群在规划期内的优化运行;通过搭建多场景的模拟仿真技术,实现电力规划的精细化评估与最优决策。在基于多场景和运行模拟技术设计并开发的软件系统中,通过实际的工程项目进行相应的算例分析,验证系统的设计思路和实现方法具有有效性和实用性。     

气电热联供网络规划与运行联合优化

多能源耦合系统是将电力、天然气、热能等通过能源集线器作为能量变换枢纽建立起来的混合能源网络,也是未来能源互联构架的一种发展趋势。该文对多能源耦合系统的结构和运行机制进行了阐述,提出了以能源集线器为调度枢纽的气电热联供网络规划与运行联合优化模型。该模型以规划建设、调度运行、可靠性等方面的总成本最小化为目标函数,同时兼顾了系统满足各能源系统网络约束、能源集线器（energy hub,EH）能量平衡等约束条件,是一个目标函数和约束条件都含有非线性项的混合整数优化问题,采用线性化和大规模优化方法求解,使耦合系统规划和运行共同达到最优。算例仿真将耦合与非耦合规划、耦合系统考虑元件种类不同的情况进行求解和对比,验证了该模型和处理方法的优越性和有效性。     

天然气网络和电源、电网联合规划的方法研究

为了促进各类能源综合利用、供需互动和高效运行,以电网为核心的新一代能源系统应运而生。不同于传统的电力系统,新一代能源系统中的电力网络和天然气网络通过燃气机组紧密地联系在一起,并相互影响。因此,为保证未来电力网络和天然气网络的安全运行,亟需开展电源、电力网络和天然气网络联合规划的研究。在考虑电力网络和天然气网络安全运行约束后,提出了以投资费用和运行费用最小为目标的天然气网络和电源、电网多阶段联合规划模型。该规划模型是一个复杂的大规模、高维数、非凸、非线性优化问题,很难求解。为了解决这一难题,该文提出采用增量分段线性化方法将原模型转化为一个大规模混合整数线性优化问题,从而可以采用成熟的数学优化方法得到给定误差精度要求的最优解。采用所提方法可以得到电源、输电线路和天然气管道的投建容量、投建位置和投运时间。算例系统验证了所提方法的正确性和有效性。     

考虑综合需求响应的港口能源系统优化运行

为满足港口日益增长的能源需求,改善港口地区环境污染问题,港口能源供应方式逐渐由传统燃油、煤电供能逐渐向涵盖冷、热、电、天然气在内的综合能源供能方式转变.港口岸电建设及设施电气化改造工程的持续推进,使得港口电能需求进一步增加.针对这一现状,提出了一种考虑综合需求响应的港口综合能源系统优化运行方法,通过分析系统内各设备间的能量转换耦合联系,构建了基于能源集线器的港口综合能源系统多能耦合转换模型,并根据港口可调负荷特性,建立了港口综合需求响应模型.在此基础上,综合考虑能源价格、环境污染、能量损耗等因素对系统运行的影响,以系统运行成本最低为目标,建立了考虑综合需求响应的港口综合能源系统运行优化模型.算例结果验证了该优化方法可有效降低港口综合能源系统的运行成本,减少港口用电高峰时段的电力负荷需求.     

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。     

一种考虑天然气系统动态过程的气电联合系统优化运行模型

由于环境污染和能源短缺问题的凸显,天然气-电力耦合形成的多能源互联系统因其清洁、高效引起了众多关注。然而天然气系统运行和电力系统运行属于2个不同的时间尺度,其耦合系统运行须考虑这一因素的影响。针对这一问题,推导了天然气系统动态潮流方程,考虑气电联合系统双边能量转换关系,建立了耦合系统的多时段优化运行模型,并在一定假设情况下,对模型进行了合理的线性化处理,使得该模型可以很好地反映耦合系统中天然气侧系统的动态过程,且能适用于大规模问题求解要求。最后通过仿真算例验证了所提模型的合理性和有效性。     

计及高比例可再生能源运行特性的中长期电力发展分析

面对日益严峻的气候和环境问题,过去的高消耗、高排放的能源发展模式已难以为继,建立以可再生能源为主体的能源,特别是电力供应体系,实现能源清洁低碳转型发展成为大势。首先,介绍了面向高比例可再生能源的中长期电力发展研究思路。接着,提出了多区域、多场景中长期电力规划模型,该模型以全社会电力供应成本最小化为优化目标,考虑了电力系统扩展规划、运行、发电资源及能源电力政策等多方面约束;通过电力系统运行模拟在规划问题内的适度耦合,可计及风光等可再生能源发电的随机性与波动性。最后,基于所提规划模型,展望了中国2050年高比例可再生能源电力系统的电源格局与电力流,并对系统整体运行情况进行了分析。     

考虑天然气网络状态的电力–天然气区域综合能源系统稳态分析

在区域综合能源系统中,电力系统与天然气系统两部分耦合密切,该文重点讨论以电力和天然气系统为主的区域综合能源系统的运行规律,为简单起见,称其为"电力–天然气区域综合能源系统"。为研究电力与天然气系统间的交互影响,首先借鉴电力系统较为成熟的稳态分析思路,对综合能源系统中的天然气环节进行建模与求解,关注以能源集线器为核心的电/气之间耦合环节;进一步,构建电力–天然气区域综合能源系统稳态分析综合求解模型。在此基础上,探究天然气系统网络状态改变(如天然气气质改变、负荷调节与引入注气点)对其自身以及区域综合能源系统的影响。经算例验证,所提的综合求解模型可有效反映天然气系统网络状态变化对其他耦合系统的影响。     

多能源市场环境下综合能源服务商的需求响应策略研究

随着综合能源系统的发展及其市场化运行的推进,研究多能源市场环境下综合能源服务商的需求响应策略,具有重要的理论和现实意义。首先建立多个综合能源服务商与电力、天然气市场互动的双层决策模型,其中上层模型描述发电商和天然气商以供应函数投标方式分别参与电力、天然气市场竞争的博弈行为,下层模型描述多个综合能源服务商响应电力、天然气市场价格,进行购电、购气、用电、用热策略以及天然气调度策略决策的综合需求响应行为。利用势博弈理论求解该双层模型,将上层模型的求解转化为电力、天然气市场序数势函数的求解,将下层模型的求解转化为精确势函数的求解,并从理论上证明了双层模型解的唯一性。在此基础上,考虑到实际应用中信息的不完全性,利用分布式算法对模型进行求解。最后算例仿真表明,采用综合需求响应能减小电力、天然气市场的价格差异,增加需求侧利润,增加社会福利,提高平均用电效用系数和平均气转电效率,均能增大社会福利。     

计及中长期合同电量分解和风电不确定性的电-气综合能源系统日前优化调度

将中长期合同电量分解模型引入电-气综合能源系统日前调度决策过程中,实现了合同电量分解和调度计划制定的嵌套优化。针对合同电量分解结果可能在实际调度计划中不可执行的情况,提出了一种基于拉格朗日乘子的机组日分解电量越限因素定位方法,并通过中长期合同电量分解模型与日前调度模型的协调迭代消除越限电量,保证了中长期交易的有效性。此外,在模型中考虑了天然气网络约束和风电随机性对中长期交易计划的影响,并利用机会约束规划理论构建含风电不确定性的优化调度随机模型。基于风电等效随机输出样本矩阵和随机模拟技术实现机会约束向确定性表达式转化。通过仿真算例验证了所提方法的有效性。     

考虑环境因素的多能源系统交直流混合供能优化策略

有效提高能源利用率、促进新能源消纳以及减少环境污染成本是当下发电用电企业十分关注的问题。提出并建立了一种多能源系统交直流混合并网供能优化模型,实现了电能的交直流柔性变换与多能源的综合利用。综合分析了能源局域网内交直流系统供电特性,结合供热系统供热特性、储能装置的充放特性以及煤炭的全生命周期,考虑功率平衡约束、各装置运行约束以及环境成本约束。利用GAMS优化软件求得调度周期内,传统交流并网模型和所搭建模型各系统的最佳出力及总运行成本,将两者的运行结果从供电供热等方面比较,验证了所述模型在减少运行成本、降低有害气体排放量以及削减煤耗量方面的优势。     

考虑清洁能源消纳的多边发电权交易新型模式

针对自备电厂调峰潜力未得到充分利用,以及发电权中长期双边交易既限制交易规模又容易产生交易偏差,导致清洁能源消纳困难的问题,基于中长期交易,提出考虑清洁能源消纳的多边发电权日内交易机制。在分析传统发电权交易存在的问题的基础上,制定基于多能源综合绩效的多边发电权日内交易原则,构建考虑清洁能源消纳的多边发电权日内交易模式和组织流程;针对自备燃煤、公用燃煤、水电及新能源机组运行特性,给出综合绩效定义及评价模型;以多能源机组交易后综合绩效最优为目标函数,以能源出力特征、发电计划、安全稳定为约束条件,建立多能源日内发电权交易电量优化模型。新疆地区多能源数据算例分析结果验证了所提交易模式的有效性。     

考虑电网气网与城市废物处理协调的多能源系统优化模型

针对"无废城市"发展模式下的城市垃圾减量,及高比例可再生能源城市多能源系统中电网气网调节能力弱的问题,提出了考虑电网气网与城市废物处理协调的多能源系统优化模型。首先,建立了满足城市多时间尺度废物处理需求的废物处理设施能量消耗与产出模型,并提出了减废多能源系统(wastereductionmulti-energy system,WRMES)拓扑结构模型;然后建立了满足废物减量和运行成本最优的WRMES协调优化模型,并基于分解的多目标进化算法求解;最后,以我国东北某城市实际垃圾废物堆存量与多能源运行数据为基础,建立了WRMES优化仿真模型。仿真结果表明:所提模型在实现城市废物的快速减量的同时,可有效削减多能源系统的运行成本,提高电网气网调节灵活性。     

含电转气的多能源中心协调优化运行策略

电转气技术的应用使得电力网络与天然气网络实现双向闭环能量流动,可以促进间歇性清洁能源的消纳。可将电转气细分为电转氢气、氢气转天然气2个过程并加入储氢设备以更好地协调电能-氢能-天然气能三者之间的能量流动。以系统运行成本最低及最大程度接纳风电为目标,计及电转气、天然气管网、各能源设备等运行约束构建了含电转气的多能源中心协调优化运行模型。模型对天然气网络潮流的非线性约束进行了线性化处理,加入权重系数将双目标优化问题转化为单目标优化进行求解。最后为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了4节点的多能源网络系统进行实例仿真分析,通过调用YALMIP工具箱的分支界定法进行模型求解,并对不同权重系数下不同场景系统的运行成本及风电消纳率进行了分析,结果证明电转气在多能源中心运行中的可行性,且电转气的中间产物氢气利用需求越高,风电消纳的程度越大。     

含电转气的多能源中心协调优化运行策略

电转气技术的应用使得电力网络与天然气网络实现双向闭环能量流动,可以促进间歇性清洁能源的消纳。可将电转气细分为电转氢气、氢气转天然气2个过程并加入储氢设备以更好地协调电能-氢能-天然气能三者之间的能量流动。以系统运行成本最低及最大程度接纳风电为目标,计及电转气、天然气管网、各能源设备等运行约束构建了含电转气的多能源中心协调优化运行模型。模型对天然气网络潮流的非线性约束进行了线性化处理,加入权重系数将双目标优化问题转化为单目标优化进行求解。最后为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了4节点的多能源网络系统进行实例仿真分析,通过调用YALMIP工具箱的分支界定法进行模型求解,并对不同权重系数下不同场景系统的运行成本及风电消纳率进行了分析,结果证明电转气在多能源中心运行中的可行性,且电转气的中间产物氢气利用需求越高,风电消纳的程度越大。     

用于提升电–气两网调节能力的微网集群协调运行模型

针对单一多能源微网受能源类型、自身容量制约,难以充分实现多种能源高效利用和协调控制的问题,该文基于多能源微网能量交互策略建立可提升电-气两网调节能力的微网集群优化运行模型。首先建立以电热冷、电气氢、电热气氢、电热冷气氢等不同能源类型运行时多能源微网能量供给、转换特性的统一模型;然后在统一模型的基础上,建立满足电-气两网调节需求的多能源微网集群系统运行优化模型;随后以多能源微网集群的总运行成本最小和能源利用效率最大为优化目标,使用改进的区域局部搜索NSGA-Ⅱ算法(NSGA-Ⅱ-RLS)对建立的微网集群优化模型进行求解;最后,基于改进的IEEE14节点系统和天然气网络6节点系统,构建可提升电–气两网运行调节能力的多能源微网集群运行仿真模型。仿真结果表明,所提多能源微网集群系统能够有效提升电-气两网调节能力,实现多能源微网集群系统的多能互补运行。     

考虑天然气-电力耦合的多能源系统风电消纳分析

燃气-蒸汽联合循环机组将电热冷气等多种能源系统耦合成多能源系统,电转气(P2G)技术应用于消纳弃风,进一步加强了电力与天然气2个系统间的耦合。文中探讨了P2G的消纳弃风原理,研究了P2G设备的启停控制策略,并建立了基于P2G的气电耦合模型和天然气管网储气模型,构建了考虑天然气-电力耦合运行的多能源系统协同优化调度模型。最后通过算例仿真,分析了计及天然气-电力耦合的多能源系统的消纳弃风效果,以及天然气管网储气能力与P2G配置容量的关系。研究表明,充分利用天然气管网的储气能力可进一步消纳弃风,且管网储气能力越强,系统配置的P2G容量可越小。     

考虑天然气季节性存储的综合能源系统年度运行方式研究

为研究电气耦合日益加深的综合能源系统中能量供给的充足性和安全性,需要对其年度运行方式进行仿真。提出一种多时间尺度的综合能源系统年度生产模拟方法,考虑天然气存储等季节性波动因素,优化电气耦合系统年度运行方式,在因清洁供暖而导致天然气消耗大幅增加的算例系统中对该方法进行验证,同时评估大规模季节性天然气存储对综合能源系统年度运行方式的影响并给出建议。在此基础上,分析冷热电联产装置逐渐增加的装机量对电气耦合系统的影响。结果表明：冷热电联产机组可以降低季节性天然气存储装置的工作强度,包括减少工作时间以及降低存储量。造成这种影响的主要原因是三联供机组的制冷模式与电制冷相比效率更高,减少了天然气消耗量。     

考虑P2G的多能源系统优化运行研究*

电转气技术(P2G)的出现给多能源系统中风电消纳问题带来了新的解决方案,而目前P2G设备的运行成本的高昂又与实现充分的弃风消纳存在矛盾。基于此,文中在考虑P2G设备运行成本的基础上,提出了一种计及分段弃风成本的多能源优化运行模型。首先,本文基于能源中心的概念,分析了包含P2G设备等多种能源转换装置在内的多能源系统模型。以能源系统供能成本最小为目标函数,并在目标函数中考虑了计及分段弃风惩罚因子的风电弃风成本,采用变惯性权重w的粒子群算法进行求解,对24h时间段内多场景下系统风电消纳情况、系统供能成本变化进行分析。结果表明,多能源系统中利用P2G设备可以提高风电利用效率,减少系统供能成本,综合效益显著。