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。     

考虑碳约束的区域电源多阶段双层扩展规划方法

能源电力行业占据碳排放的比例较大,其中以新能源为主的电源结构调整是重要手段。提出了一种考虑碳约束的区域电源多阶段双层扩展规划方法,该方法适用于多区域电力系统协调可再生能源拓展规划与电网建设的多阶段决策,实现考虑碳约束和可再生能源出力不确定的双层优化。在上层模型中,分别计算每个区域的扩展成本和碳排放量。在下层模型中,将上层得到的总扩展成本和碳排放量作为多区域扩展规划中的约束,对区域发电和跨区输电进行同步扩容。所提双层规划模型可避免某地区在没有补偿的情况下承担额外的扩展成本,并为多区域电力系统扩展中的参与地区提供积极互动。应用算例表明了所提长期规划模型的可行性和有效性。     

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.     

考虑奖惩阶梯型碳交易和电–热转移负荷不确定性的综合能源系统规划

近年来,随着天然气发电技术和电转气技术的不断发展,促进了电力系统和天然气系统的耦合,电力系统和天然气系统已经从独立规划与运行转变为联合规划与运行。在此背景下,对综合能源系统的协同规划问题进行研究,首先,在规划模型中引入碳交易机制,构建奖惩阶梯型碳交易成本模型,对碳排放量进行制约。然后,在此基础上,建立以综合能源系统的投资成本、运行成本和碳交易成本之和最小为目标的规划模型,并利用两阶段鲁棒优化模型应对电负荷、热负荷和电–热可转移负荷的不确定性。最后,通过算例验证该规划模型在系统低碳性和经济性方面的有效性。     

计及需求侧响应的电力系统鲁棒优化规划模型

随着需求侧响应措施的深入开展,在电力系统规划中计及需求侧响应的影响具有重要现实意义。根据一般经济学原理,研究需求侧响应措施引起负荷需求弹性变化的不确定性,并且将该不确定性引入到电力系统规划模型中,以系统规划成本、运行成本和污染排放最小化为目标函数,建立了多目标鲁棒优化规划模型;采用引入精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解该鲁棒优化模型。最后,通过算例分析说明了鲁棒优化模型的合理性,并论证了该模型能够以最小成本得到计及多种需求侧响应弹性不确定性范围下的规划方案。     

输电线扩展规划分支定界算法

研究了输电线扩展规划的分支定界算法。为了对输电线扩展规划的各种预选方案进行综合分析,提出了规划集的概念,并建立了输电线扩展规划分支定界算法的优化数学模型。该模型以投资费用和运行成本最小为目标,以电力系统潮流为约束条件,利用内点法作为求解松弛子问题的算法,给出了输电线扩展规划分支定界算法的详细计算步骤,并在IEEE39节点测试系统和某地区实际电网的输电线扩展规划中运用所提出的方法进行了仿真。仿真结果表明,该方法不必进行遍历搜索就能够快速得到投资和运行成本最低的投建线路,计算量小,效率高。     

低碳经济下基于排放轨迹约束的电力系统电源扩展规划模型

电力行业低碳化是应对全球气候变暖、实现我国社会经济可持续发展的关键,而电源规划将在其中发挥至关重要的作用。本文深入揭示了低碳经济相关要素及其对电源规划的影响,并结合基于总额度约束的CO2排放轨迹,建立了低碳经济下基于排放轨迹约束的电力系统电源扩展规划模型。该模型在传统模型的基础上将低碳电力技术成本、碳交易费用以及碳排放超过排放轨迹额度的惩罚费用加入目标函数,将CO2减排目标引入约束条件,从而更全面地反映低碳经济以及国家不同减排模式下的电源规划费用。利用该模型对某省级电网的电源扩展规划进行了研究,结果验证了所提出模型的正确性和有效性。     

输电线扩展规划分支定界算法

研究了输电线扩展规划的分支定界算法.为了对输电线扩展规划的各种预选方案进行综合分析,提出了规划集的概念,并建立了输电线扩展规划分支定界算法的优化数学模型.该模型以投资费用和运行成本最小为目标,以电力系统潮流为约束条件,利用内点法作为求解松弛子问题的算法,给出了输电线扩展规划分支定界算法的详细计算步骤,并在IEEE39节点测试系统和某地区实际电网的输电线扩展规划中运用所提出的方法进行了仿真.仿真结果表明,该方法不必进行遍历搜索就能够快速得到投资和运行成本最低的投建线路,计算量小,效率高.     

考虑风机出力不确定性的能源系统多目标协调优化运行研究

风机出力的不确定性,使得电力系统调度受到了严重干扰.为了保证电力系统调度的多目标优化,构建了风力发电系统的二层鲁棒性模型,并利用单亲遗传算法作为最优解的求解手段.以电力调度系统的经济性为研究目标,综合考虑了电力系统的经济调度成本和系统调整成本,通过实际数据对比,该模型的预测精度更高,调度成本和电力系统调整成本更低,为基于风机出力不确定性的能源系统多目标协调优化提供了思路.     

考虑CCHP的工业大用户综合能源系统扩展规划

工业大用户是一个多能源综合供给系统,传统的工业大用户综合能源系统(integrated energy system,IES)规划忽略了多种能源的参与。计及冷热电联供系统(combined cooling, heating and power,CCHP),考虑多能梯级利用及其与可转移生产任务的耦合关系,文章建立了工业大用户综合能源系统扩展规划模型。目标函数为系统综合成本最低,其中包括与售电公司交互成本、大用户自发电成本及生产任务转移成本,模型中考虑了多能耦合平衡约束、发电设备技术约束、可转移生产任务负荷调度约束等约束条件,优化CCHP的容量配置。该模型是一个混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)模型。最后通过算例对所提模型进行验证,结果表明在工业大用户综合能源系统规划中考虑CCHP能够提高用户用能的灵活性,有效降低综合成本。