计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型研究

针对电-气互联系统,考虑电转气技术和燃气轮机的双向耦合,研究其机组组合问题。以全系统综合运行成本最低为目标,考虑电力系统和天然气系统多种安全约束,建立电-气互联系统机组组合模型,并对其进行线性化得到线性模型。选取某6节点电力系统与10节点天然气系统耦合的电-气互联系统为例,分别计算非线性模型与线性化模型并比较其求解效率。同时分析了计及电转气和不计及电转气两种场景下系统运行成本和运行状态。仿真结果表明线性模型提高了电-气互联系统机组组合求解效率,电转气的应用也有助于提高电-气混联系统的经济性。     

计及相关性的电-气-热综合能源系统概率最优能量流

由电力系统、天然气系统和热力系统耦合构成的综合能源系统(IES)是"能源互联网"的重要组成部分,是构建更加经济、环保、高效能源系统的必经之路。该文提出了一种计及相关性的电-气-热IES概率最优能量流计算方法。首先,以IES运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统、热力系统的运行约束及能量耦合约束,建立了IES最优能量流模型;针对IES中风电接入背景下的不确定性因素,并考虑其相关性,建立IES概率最优能量流模型,并采用基于Nataf变换的三点估计法对该模型进行求解。对由修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统和巴里岛32节点热力系统构成的IES进行仿真分析,仿真结果验证了该文所建立模型的可行性与有效性。     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

考虑能源子系统与储能的综合能源系统优化分析

针对当前综合能源系统（integrated energy system， IES）研究中未详细考虑含电-热-气-冷-汽子系统（power， heat， gas， cooling and steam subsystems， PHGCSS）协调运行效果的现状，研究计及能源子系统关键特征变量的IES日前稳态优化问题。首先，基于多类型负荷需求设计能源集线器（energy hub， EH）及能量耦合方式。在EH基础上提出耦合PHGCSS的能源站模型构架。然后，分别建立IES中PHGCSS稳态数学模型。在考虑峰谷分时电价机制基础上分析蓄电、蓄热、蓄冷对并网运行的IES日前稳态优化的影响。其次，在不同负荷结构下建立含PHGCSS日前稳态非线性优化模型。最后，通过算例分析验证对IES进行稳态优化计算和稳态运行分析的有效性，结果表明，所提模型与方法适用于含PHGCSS的IES日前稳态优化分析及日前动态经济调度，能够合理反映IES的运行特性。     

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。     

计及风电出力随机特性的电-气综合能源系统随机优化

不断成熟的电转气 （power to gas, P2G） 技术和燃气机组为电力系统和天然气系统的双向耦合和闭环运行, 进而形成电-气综合能源系统 （integrated electricity-gas energy system, IEGES） 奠定了基础。IEGES的发展有助于提升电力系统和天然气系统运行的灵活性, 并为消纳风电等间歇性可再生能源发电提供新途径。在此背景下, 研究了含P2G装置和燃气机组的IEGES的随机优化策略。首先, 构建了计及风电出力随机特性的IEGES随机优化模型, 以运行成本最小化为优化目标, 并考虑了电力系统和计及管存影响的天然气系统的相关运行约束。其中, 利用快速搜索密度聚类算法对历史风速数据进行场景聚类, 以处理风电出力的随机特性。然后, 采用AMPL/IPOPT商业求解器求解所建立的随机优化模型。最后, 以修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的IEGES为例, 对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明。     

考虑系统耦合性的综合能源协同优化

综合能源系统(IES)具有多能耦合的特点,可实现电、热、天然气等能源的综合利用,可以最大化地发挥各能源间的协同作用和互补效益。在此背景下,文中构建了一种耦合电能、热能以及天然气能的IES结构,并给出能源耦合度等定义用于IES耦合性的定量分析;建立了以成本为目标的IES优化运行模型,优化模型同时考虑了电、热、天然气网络约束;针对系统运行时的电、热、天然气耦合问题,提出一种基于拉格朗日松弛的协同优化方法,实现了IES多能源优化时的解耦处理;最后,基于71节点的IES测试系统进行仿真分析,验证了所提模型及方法的有效性,并对IES优化结果与系统耦合性的映射关系做了定量分析。     

电力-天然气集成能源系统的统一规划模型与Benders解耦方法

近年来随着天然气发电渗透率的逐步提高,电力系统规划和运行时就需要适当考虑天然气系统的影响。同时,多能源互联代表了未来能源系统的发展趋势之一。这样,电力系统和天然气系统的统一规划和运行就成为值得研究的重要问题。在此背景下,在考虑天然气系统稳态潮流模型的基础上,对电-气集成能源系统的统一规划进行了初步探索。首先,研究了考虑电力系统和天然气系统边界条件约束的电-气集成能源系统的统一规划问题,对燃气电厂、输电线路、天然气供给站、天然气管道的选址和定容进行优化,构造了混合整数非凸非线性规划模型。接着,采用Benders解耦将该混合整数非凸非线性规划问题简化为双层主、子问题,并分别采用高效的商业求解器CPLEX和IPOPT迭代求解。最后,采用所构建的包括54节点电力系统和19节点天然气网络相互耦合的电-气集成能源系统,说明了所发展的基于Benders解耦的统一规划模型的可行性。     

考虑电转气消纳水电的水-电-气系统低碳鲁棒优化调度

针对电力系统调节能力不足引起的汛期弃水问题以及负荷侧存在的不确定性问题,本文构建了水-电-气多能源系统协同低碳鲁棒优化调度模型,并给出模型的求解方法。所提模型将电力系统中的水电机组、燃气机组、火电机组同水电系统、天然气系统进行协同建模,考虑电转气技术将电力系统无法消纳的水电转化为天然气,存储至天然气系统中,对水-电-气多能源系统联合运行时消纳水电的能力进行分析。针对模型中的非线性约束,基于分段线性化法和泰勒级数展开方法将模型转化为混合整数线性模型;针对模型中的不确定性参数,运用列与约束生成方法将其转化为主-子问题框架,采用Gurobi求解器进行快速求解。采用改进的6节点电网-7节点气网系统进行算例分析,结果验证了所提模型能够充分利用不同能源系统间的互补特性提高电力系统的调节能力,促进水电的消纳,降低电力系统的运行成本并实现电力系统的低碳运行。     

计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度

为了充分挖掘综合能源系统(IES)用能侧的用能潜力以进一步提高能源利用效率,提出一种IES多目标优化调度模型及求解方法.兼顾供能侧与用能侧的协同优化,建立了考虑综合需求响应的综合能效模型并引入优化目标,以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气-热IES多目标优化调度模型.采用Charnes-Cooper变换对综合能效目标进行线性化,从而实现分式规划问题的准确快速求解,并使用改进ε-约束法得到Pareto前沿集.算例采用修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统与14节点热力系统的耦合系统,对4种场景下的系统经济成本与综合能效进行分析.结果表明,所提模型能够引导电力用户与多能用户合理选择综合需求响应行为,通过供需双侧的协同优化进一步提升IES整体能效,并验证了优化调度结果对于平衡IES经济、高效运行目标的可行性.     

考虑冷热电需求耦合响应特性的园区综合能源系统优化运行策略研究

近年来,为了促进可再生能源消纳、提高能源利用效率,园区综合能源系统得到大力推广及应用,建立精细化的综合需求响应模型是实现园区综合能源系统供需双侧协调优化运行的关键。该文首先构建了能源供需双侧同时存在耦合的园区综合能源系统运行架构,然后基于电力负荷价格弹性响应模型推导建立了考虑冷热电需求耦合响应特性的精细化综合需求响应模型。在此基础上,以综合能源系统运行成本最小为目标,建立了园区综合能源系统优化运行模型,该模型通过优化能源需求侧的售能价格和能源供给侧的设备运行参数等,实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后基于一个典型综合能源系统对所建综合需求响应模型和园区综合能源系统优化运行模型进行仿真计算,计算结果表明,所提考虑冷热电需求耦合响应特性的综合需求响应模型可以准确描述多种用户参与需求响应的耦合响应过程,所提园区综合能源系统优化运行模型实现综合能源系统经济性的提升,促进可再生能源的消纳。     

基于SOCP的综合能源系统日前调度概率最优能量流

随着能源危机的加重,再电气化成为破解能源发展难题的必然选择。根据电气互联综合能源系统作为再电气化的一种新思路,提出利用二阶锥规划求解综合能源系统日前优化调度概率最优能量流的方法。首先,利用电力系统、天然气系统和能源集线器构建综合能源系统日前调度概率模型;然后,将综合能源系统日前调度概率模型放缩为凸模型;接着,采用点估计法求解综合能源系统日前调度概率最优能量流;最后,利用典型算例在MATLAB上的YALMIP平台验证此算法的正确性与有效性。     

耦合能量枢纽多区域电—气互联能源系统分布式协同优化调度

能量枢纽概念已广泛应用于集成电力、天然气及其他多种异质能源的综合能源系统的数学建模和优化。当多区域互联综合能源系统的基本决策主体转变为多个相互连接且自治运行的能量枢纽时,多个决策主体之间的交互将更为频繁和复杂,对整个综合能源系统进行集中式优化将难以为继。为避免集中式优化方法存在的数据采集量大、模型复杂、与实际运行管理模式不匹配等现实问题,针对多区域电—气互联能源系统的多主体分布自治决策特点,构建了以能量枢纽为基本决策主体的电—气能量流解耦机制,提出了与能量枢纽分布式粒度相适应的多主体协同优化调度模型,并给出了基于交替方向乘子法的分布式求解流程。针对两个耦合能量枢纽的电—气互联能源系统开展的算例测试结果验证了所述方法的有效性和准确性。     

计及柔性负荷的综合能源系统低碳经济运行

多能互补的综合能源系统 (integrated energy system, IES) 能够有效提高能源使用效率，解决环境污染等问题。在此背景下，提出了一种考虑柔性负荷 (flexible load, FL) 和碳交易机制的IES优化调度模型。首先，将碳交易机制引入系统调度模型中，综合考虑整个能源供应环节的碳排放，并采用过排放罚金机制以促进系统节能减排。然后，将FL分为可削减负荷、可转移负荷和可平移负荷三类，应用于IES的低碳经济运行之中。在此基础上，以碳交易成本、FL调度成本、系统能耗成本之和最小化为优化目标，考虑电力系统网络约束、天然气系统网络约束和能源中心 (energy hub, EH) 内部约束，建立了IES低碳经济调度模型。最后，采用算例系统对所构建的模型和采用的方法进行验证，并分析了罚金价格对于系统碳排放的影响，以及FL在消纳风电和节能减排方面的作用。     

计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度

可再生能源接入的综合能源系统具有不确定性特征,然而随机规划与鲁棒优化等求解方法存在鲁棒性不足或过于保守等问题。气网管存是综合能源系统中重要的灵活性资源,可以有效平抑不确定性的影响。鉴于此,提出计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度方法,通过充分利用系统中的灵活性资源,促进可再生能源消纳,实现系统安全稳定运行。在分析天然气管道中气体流动特性和管存效应的基础上,以系统综合成本最低为目标,建立计及气网管存效应的综合能源系统优化调度模型。针对风电出力和电负荷不确定性特征的差异性,分别采用概率分布集和梯形模糊函数对风电出力和电负荷不确定性进行刻画。在此基础上,建立综合能源系统分布鲁棒优化调度模型,并采用列约束生成算法进行求解。最后,通过算例分析验证了所提方法的准确性与有效性,并且结果表明所提方法在应对不确定场景时具有较强的调节能力和良好的经济性。     

基于热网-电网综合潮流的用户侧微型能源站及接入网络优化规划

提出一种考虑热网-电网综合潮流的用户侧综合能源系统的规划方法。考虑经济、节能、环保等因素,建立含风机、光伏、储能、微型燃气轮机及燃气锅炉的微型能源站二层规划模型。上层规划目标函数为年费用最小,优化变量为微型能源站安装位置、容量及接入网络;下层规划考虑储能与微型燃气轮机的优化调度,规划目标包含一次能源节约率、可控分布式能源运行费及网损费用。基于热电耦合,提出热网-电网综合潮流计算方法与流程。采用改进遗传算法和粒子群优化算法对模型进行求解。某用户侧综合能源系统算例验证了所提模型和方法的有效性。     

基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统低碳经济运行

燃气轮机等发电技术为低碳电力提供了一条有效途径,"能源互联网"的提出也使得天然气网络与电力网络的联系更加紧密。文中提出了一种电—气互联综合能源系统的联合经济运行模型,并引入碳交易机制,以综合能源系统发电能源成本与碳交易成本之和最小为目标函数,综合考虑了天然气网络和电力网络的安全约束。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络进行算例分析,通过燃气轮机建立两个网络之间的耦合,分析比较了基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统和单纯火电机组电力系统低碳经济模型下的运行状态,验证了所提出模型的有效性。最后,分析了碳交易价格、天然气价格及天然气网络约束对系统运行的影响。     

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。