考虑用户舒适度的虚拟电厂热电联合调度模型

热电联产（combined heat and power，CHP）机组“以热定电”的运行模式极大制约了系统调峰能力，导致弃风限电形势严峻，突破CHP机组热电间刚性耦合关系成为促进风电消纳的关键。基于此，采用虚拟电厂模式聚合CHP机组等分布式能源作为整体参与电网运行，充分考虑用户舒适度，将固定负荷曲线转换为需求区间，使热、电负荷在时间轴上具备柔性可调能力，在满足用户舒适度的同时灵活调整CHP机组出力，有效缓解弃风现象。此外，采用多场景法处理风电出力不确定性，以虚拟电厂自身收益最大化为目标构建热电协调调度随机规划模型，实现热、电系统的协调优化运行。最后，通过算例验证所构建模型的有效性和合理性，结果表明：考虑用户舒适度能够有效促进风电消纳，提升虚拟电厂经济效益。     

基于信息间隙决策理论的含光热电站及热泵的综合能源系统低碳调度优化

为解决电–热综合能源系统（integrated energy system,IES）中热电供需矛盾导致的弃风及环境污染问题,提出了含光热电站及热泵的IES低碳调度优化模型。首先,在能源侧利用热泵的供热灵活性,打破热电联产（combined heat and power, CHP）机组“以热定电”的运行限制;考虑光热电站与CHP机组联合运行,进一步提升CHP机组运行的灵活性。其次,对IES中各设备容量进行优化配置,针对风电、光伏及光热出力的不确定性,采用信息间隙决策理论进行处理,提出风险规避鲁棒模型。最后,通过9节点测试系统验证所提模型的有效性,并划分不同场景验证光热电站及热泵对IES的优化效用。     

考虑电锅炉辅助供热碳捕集机组的电热系统低碳调度

我国北方地区的热电联产机组(combined heat and power,CHP)装机容量较大,在供暖期受“以热定电”约束产生大量碳排放。在CHP机组中加入碳捕集设备(carbon capture and storage,CCS)能减少其碳排放,但加剧了CHP机组的电、热耦合,因此,该文引入电锅炉及储热装置,为CCS辅助供热,针对含电锅炉辅助供热的CHP-CCS机组的电热系统低碳调度开展研究。首先研究具有储热CHP-CCS机组的运行特性模型,然后建立考虑碳交易成本的含CHP-CCS机组的电热系统低碳调度模型,其中采用模糊机会约束描述风电及负荷的不确定性。最后以改进的IEEE 30节点系统和西北地区某实际系统为算例,分析不同热源容量及置信水平对电热系统运行经济性、碳排放及弃风的作用,给出了电热系统日优化调度方案。     

基于热电比可调模式的区域综合能源系统双层优化运行

目前基于能量枢纽(energy hub,EH)的区域综合能源系统的优化运行缺乏对EH内热电联产(combined heat and power,CHP)机组热电比可调的考虑,且在此类场景中参与需求侧响应的负荷种类单一。针对此状况,构建双层优化模型,建立EH机组内部能效特性与外部能源分配的联系,实现内部机组高效运行和外部能源经济分配。模型通过卡罗需-库恩-塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker Conditions,KKT)将双层优化转换为单层优化,并用确定性优化软件求解。算例结果表明,EH双层优化运行模型可减少用能成本,提高用能效率。通过调节CHP热电比,同时利用广义弹性负荷参与响应,可以减小CHP热电比与区域内热电负荷比之间差距,从而提高CHP供能比例,实现区域综合能源系统高效经济运行。     

多主体综合能源系统分布式优化运行方法

随着环境污染的不断加剧和能源消耗的日益增加,构建清洁、高效的能源体系成为迫切问题。为了提高新能源消纳率并降低运行成本,提出了含热电联产(combined heat and power,CHP)运营商及光伏用户群的多主体综合能源系统分布式优化运行方法。首先,建立了计及电能及热能的需求响应模型,包含用户间的电能共享、CHP运营商与用户间的能量共享及热电互动,用户模型综合考虑经济性与舒适度;其次,为了最小化系统运行成本,建立了CHP运营商和光伏用户群构成的基本优化模型;另外,建立了基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADM M)的含多主体的综合能源系统分布式优化调度模型,实现CHP系统与光伏用户的能量共享。最后通过实际算例验证了所提模型及方法的有效性。     

含P2H、P2G电-气-热综合能源系统多能流算法

作为综合能源系统研究的基础,多种能源协同运行的综合能源系统多能流计算方法的研究有重要的研究价值。该文首先给出了电转热（power to heat, P2H）和电转气（power to gas, P2G）设备等耦合单元的数学模型,并根据P2H的工作特性,给出了热电联产机组（combined heat and power, CHP）联合P2H模型;之后,给出了2种电-气-热综合能源系统多能流计算的算法——含多种耦合单元的多能流联立求解算法和考虑各子系统物理特性的差异及综合能源系统的可扩展性的新型交替迭代多能流计算方法。算例分析表明,2种算法均适用于电-气-热综合能源系统的多能流计算。     

基于机会维修的热电联产机组检修计划

多能流耦合是综合能源系统的显著特点,当热电联产（combined heat and power,CHP）机组故障时,其影响会扩散传播到多个能源系统,因此,提高热电联产机组运行的可靠性非常重要。针对该问题,提出了一种基于机会维修的热电联产机组检修决策模型。首先,从机组供电和供热耦合机理出发,考虑不同设备间经济关联,推导了计及机会维修的热电联产机组供电和供热可用度表达式,在此基础上,为量化不同检修策略对系统运行的影响,综合考虑系统削减电负荷损失和热负荷损失,给出系统运行风险指标表达式,进一步,计及检修约束条件,建立热电联产机组检修决策模型。算例分析表明,所提模型能够提高热电联产机组运行的可靠性和系统整体效益。     

促进风电消纳的需求响应与储热CHP联合优化模型

传统调度方式下系统调峰能力不足,风电弃风严重。先采用需求侧管理调控负荷的方法削峰填谷、降低负荷谷时段风电弃风,再在需求响应的引导下,通过对热电联产机组(CHP,combined heat and power)处储热环节的控制,解耦以热定电刚性约束,增强系统调峰能力。以系统煤耗量最小为优化目标,构建了包含需求响应、储热的电热联合优化调度模型。算例采用粒子群算法进行优化求解,模拟结果表明:本方法既能有效减少风电弃风,又能降低系统煤耗。     

考虑电动汽车互动的综合能源系统扩展规划

考虑了热电联产机组（combined heat and power， CHP）以及电动汽车充电站，对具有一定时间跨度的电-气混联综合能源系统规划进行探索。采用基于YALMIP环境下的CPLEX求解器对发电机组、燃气锅炉、CHP机组、输电线路和天然气管道的选址定容问题进行规划，并分场景比较电网与热网耦合及未耦合情况下的运行建设成本，最后将电动汽车充电站纳入规划范围，分别评估几种配置下的系统经济效益。最后，采用6点的综合能源系统模型对提出的方法进行了验证说明。在综合能源系统中采用CHP机组后（场景2）总成本降低17.340百万美元，加入电动汽车负荷后（场景3）总成本降低14.602百万美元。结果表明，电动汽车负荷对降低综合能源系统规划总成本具有显著作用。     

具有电转气装置的电-气混联综合能源系统的协同规划

近年来随着天然气发电比重的不断增加和电转气(power to gas,P2G)技术的逐步成熟,电力系统和天然气系统的耦合程度随之加深,只针对电力系统的规划方法已经不能满足电-气混联综合能源系统的规划和运行需求。在此背景下,考虑热电联产(combined heat and power,CHP)机组和电转气装置,对电-气混联综合能源系统的协同规划问题做了些初步研究。首先,引入能源中心概念,其中能源载体可从某种形式转换成其他形式,如热电联产机组,并对能源中心进行建模。在此基础上,构建了包含能源中心和电转气装置等的综合能源系统的非线性模型并进行线性化处理。之后,以电-气混联综合能源系统的投资成本、运行成本以及表征可靠性的能量短缺成本之和最小为规划目标,采用基于通用代数建模系统(general algebraic modeling system,GAMS)平台的CPLEX求解器对常规发电机组、热电联产机组、电转气厂站、燃气锅炉、输电线路和天然气管道的选址定容问题进行优化,并对规划方案的可靠性以及电转气厂站消纳间歇性可再生能源的效益进行评估。最后,用综合能源模拟系统对所提出的方法做了说明。     

基于纳什谈判理论的风-光-氢多主体能源系统合作运行方法

以可再生能源制氢为特征的能源系统将是今后能源互联网建设的重要方向之一。该文针对风-光-氢多主体能源系统的合作运行展开研究。首先,考虑主体间的电能交易建立各主体的优化运行模型,然后基于纳什谈判理论建立风-光-氢多主体合作运行模型,接着将其等效为联盟效益最大化和电能交易支付谈判两个子问题。为保护各主体隐私,运用交替方向乘子法提出上述两个子问题的分布式求解方法。最后通过算例验证所提合作运行模型以及分布式算法的有效性。仿真结果表明通过风-光-氢多主体的合作运行,可以较大幅度提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益。此外,风光发电上网电价的降低,将促进风-光-氢多主体展开合作,以提升各自运行效益。     

考虑风电消纳的含P2G-CCS虚拟电厂优化调度

针对热电联供（CHP）运行过程中产生大量CO2以及“以热定电”运行方式导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳的含电转气和碳捕集系统（P2G-CCS）虚拟电厂优化调度方案。首先,在虚拟电厂（VPP）中引入P2G-CCS耦合模型,并使其与CHP能源流动形成循环,将CO2作为CHP的燃料来源;其次,在VPP中加入地源热泵（GSHP）,与P2G-CCS协同运行,实现CHP的热电解耦,促进风电消纳;最后,将电、气综合需求响应引入负荷侧,进一步促进风电消纳。以华北某地区VPP为例进行算例分析,结果表明所提调度方案可以有效促进风电消纳,同时碳排放和运行成本也更低。     

考虑风电消纳的综合能源系统“源-网-荷-储”协同优化运行

针对因传统的热电联产(Combined Heat and Power, CHP)"以热定电"运行方式导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳和运行经济效益的综合能源系统"源-网-荷-储"协同优化运行方法。在源侧通过热泵和储能设备解耦CHP"以热定电"运行约束,在网侧构建了稳态电-热潮流,在负荷侧考虑了综合需求响应,提升系统的风电消纳空间。系统以建设运行总成本最小为目标,考虑了能量平衡、稳态电-热潮流和CHP出力等约束条件,构建了考虑风电消纳的综合能源系统"源-网-荷-储"优化运行模型。最后,通过风机的33节点电网和8节点热网构成的综合能源系统验证所提方法的正确性和有效性。多场景仿真结果表明,该方法可有效提升风电消纳空间和系统经济效益。     

面向弃风消纳的电储能-热电分级协调优化方法

中国北方地区存在高比例的热电联产机组,受冬季采暖负荷制约,调节能力有限,引发冬季弃风问题,增加电储能和储热设备是提高热电联产机组调节能力的重要手段。研究在电力辅助服务市场环境下的热电联产机组与电储能、储热设备的协调优化运行方法,分别建立以电储能设备和热电联产机组调峰效益最大和蓄热效益最大为目标,考虑弃风最大化消纳、系统供热需求以及热电联产机组、电储能和储热设备运行约束的分级协调优化模型。系统仿真测试表明：所提方法能够协调优化电储能和储热装置的运行,充分利用储热设备的多日调节能力,提高系统在电力市场中的运行收益,有效减少弃风。研究结果对解决当前电力市场环境下北方地区的冬季弃风问题具有一定价值。     

面向弃风消纳的电储能-热电分级协调优化方法

中国北方地区存在高比例的热电联产机组,受冬季采暖负荷制约,调节能力有限,引发冬季弃风问题,增加电储能和储热设备是提高热电联产机组调节能力的重要手段。研究在电力辅助服务市场环境下的热电联产机组与电储能、储热设备的协调优化运行方法,分别建立以电储能设备和热电联产机组调峰效益最大和蓄热效益最大为目标,考虑弃风最大化消纳、系统供热需求以及热电联产机组、电储能和储热设备运行约束的分级协调优化模型。系统仿真测试表明：所提方法能够协调优化电储能和储热装置的运行,充分利用储热设备的多日调节能力,提高系统在电力市场中的运行收益,有效减少弃风。研究结果对解决当前电力市场环境下北方地区的冬季弃风问题具有一定价值。     

基于灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度

针对热电联供(Combined Heat and Power,CHP)“以热定电”导致的弃风及运行成本较高问题,提出基于CHP灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度方法。首先,采用补燃装置对CHP补燃,灵活调整各时段补燃率以使CHP热电比跟随风电出力态势,提高系统风电接纳水平与运行效益。然后,考虑补燃燃油的使用增加了系统排污,综合经济性与环保性建立区域综合能源系统多目标优化模型,通过层次分析法对各目标权重进行决策。最后,依托商业优化软件GAMS对建立的混合整数非线性规划问题进行求解。算例研究表明:对CHP热电比进行灵活调节,能够有效促进风电并网消纳、降低系统运行成本。多目标优化使CHP热电比兼顾系统经济性与环保性,较单目标而言更具优势。     

计及LCA碳排放的源荷双侧合作博弈调度研究

为实现新型电力系统的低碳经济目标,提出一种计及生命周期评价(lifecycleassessment, LCA)的源荷双侧合作博弈优化调度模型。首先,考虑灵活可调度的柔性负荷,构建含热电联产机组、燃气锅炉、电转气等设备的源荷双侧合作运行框架。然后,运用LCA方法分析源荷双侧中不同能源链的温室气体排放,并结合碳交易机制,建立碳交易成本计算模型。最后,基于合作博弈策略,建立以源荷合作联盟总成本最小为目标的源荷双侧协同运行优化模型,并利用改进的Shapley值法对成员合作收益进行分配。算例分析表明,所提模型有利于降低系统运行的总成本、减少系统碳排放量、提升可再生能源消纳量,有效促进系统低碳经济的发展。     

计及P2G和CCS的园区级电-热-气综合能源系统多目标优化

碳捕集和可再生能源利用已经成为减少碳排放的重要措施。但捕集到的二氧化碳利用方式不明确,弃风弃光现象频发,限制了上述2种措施的减排效果。文章通过耦合电转气(power to gas, P2G)技术和碳捕集系统(carbon capture system,CCS),将其扩展到园区级电-热-气综合能源系统中,建立了一种高比例可再生能源渗透水平下的经济低碳多目标优化模型,在多情景下模拟分析了该综合能源系统在某工业园区的运行效果。结果表明,该耦合能源系统排放的大部分CO₂可以被有效捕获并送往P2G装置用于合成燃气,为利用CO₂提供了新的思路,同时显著提高了系统对可再生能源的消纳能力。对P2G设备容量的敏感性分析表明,单纯增加P2G容量虽然能减少弃能率,但会增加碳排放,因此对P2G的容量规划应当综合考虑可再生能源可用量与碳排放之间的关系。     

考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

挖掘热电联产机组的调峰能力可以有效改善中国“三北”地区的弃风问题。调峰补偿机制是激励热电联产主动参与,电网调峰的有效手段。在考虑调峰补偿的前提下,对热电联产机组参与电网调峰进行研究。首先,计及热力系统复杂供热约束的影响,建立热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本评价模型,可以反映热电联产调峰中的供热依赖特性和时序耦合特性。然后,基于热电联产调峰成本及调峰补偿机制,提出考虑机组调峰主动性的电热协调调度方法,相较于传统的垂直一体化电热协调调度,所提出的方法可以反映热电联产在经济手段激励下主动参与电网有偿调峰的意愿。最后,通过算例分析研究了热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本的影响因素,并验证了所提出的调度方法在调峰补偿机制下的有效性。