区域综合能源协调控制技术

综合能源系统是能源互联网的重要组成部分和社会能源的主要承载形式,是新一轮能源转型和能源变革的重要发展方向。区域综合能源协调控制系统作为电网调度系统的延伸和拓展,对区域内相关能源设备进行多能流的精益化泛在调度控制。结合综合能源系统的三层架构,分析区域综合能源系统在其中的重要作用,提出区域综合能源协调控制系统的拓扑关系及硬件和软件结构,研究系统平台服务、基础应用和高级应用功能设计需求,开发区域综合能源协调控制系统软件,在苏州同里新能源小镇综合能源示范区开展试验验证和示范运行,并将进一步推广应用。     

计及子区域间能量交换的多区域综合能源系统协调经济调度

在传统模式下,多区域综合能源系统（integrated energy system,IES）由于地理位置分散,往往都是独立运行,彼此间缺乏协调,难免存在资源配置不合理的问题,这不利于各区域的经济调度。文章首先提出一种多区域综合能源系统协调经济调度模型,其不仅能实现各自区域内的电热功率平衡,还能实现不同区域间的电热互补,然后采用分布式优化方法对模型进行求解。通过对比协调模式与传统的非协调模式,仿真结果表明,在该协调模式下,不同区域通过电能和热能交换,能够合理分配能源,实现综合能源系统的经济运行。从能源总需求量、储能设备调度结果和各区域间能源集线器（energy hub,EH）的能量交换情况3个方面验证了所构建模型的有效性。     

含多个能源站的区域综合能源系统建模及协同优化运行策略

区域综合能源系统通过统一调度不同能源设备,协调优化电、气、冷、热多种能源系统来提高区域供能的经济性和环保性。但是多种能源的耦合提高了系统运行的复杂性,因此需要有效的优化方法来保证其运行经济性。通过分析多能源站区域综合能源系统结构,构建了区域综合能源系统模型。在此基础上,提出了一种以系统运行经济性为目标、包含多个能源站的区域综合能源系统协同优化调度方法。案例仿真结果显示,多能源站协同优化运行可以大幅提高区域综合能源系统运行的经济性。     

考虑热环网时延的区域IES分层分布式优化方法

由于能源市场的逐渐开放,传统的分层集中式调度难以满足含多运营主体的区域综合能源系统的隐私保护和独立决策需求。因此,针对由多个不同运营主体构成的分层式区域综合能源系统,基于目标级联算法将区域综合能源系统的优化调度模型按子区域进行解耦,提出了一种上、下层协同的双层分布式调度模型。将区域运营商作为上层协调系统,其根据各子区域的能源需求,通过交互协调各子系统的能源供应方式实现整个区域内的能源优化调度。针对下层子系统,将热网的延时特性视为储热装置纳入优化模型,可有效发挥热网的储能作用。最后,以某区域系统为例进行仿真分析,结果表明所提的双层分布式优化调度模型能够有效实现分层式多主体区域综合能源系统之间的协调调度,确保了各子系统的独立性。同时,考虑热网延时特性的优化模型可有效提高调度计划的准确性。     

计及弹性恢复的区域综合能源系统多目标优化调度

在能源互联网发展的背景下,区域综合能源系统成了高效清洁的终端用能载体。基于电-气-热多种能源耦合的系统框架,分析了区域综合能源系统的运行经济性,并计及潜在自然灾害的威胁,针对区域综合能源系统面临灾害的弹性恢复能力和系统运行经济性之间的矛盾问题,提出了一种多目标优化调度方法。通过多目标加权模糊规划的方法,对潜在自然灾害下提升恢复力造成的运行成本增加和系统整体运行经济性进行协调。最后,经算例验证所提多目标优化调度方法的可行性,通过结果分析证明牺牲一定的运行经济性可以有效增强区域综合能源系统应对自然灾害的恢复力。     

计及电动公交车V2 G响应的区域综合能源系统两阶段优化调度

针对高渗透可再生能源与电动公交车接入系统带来的弃风弃光及总用电负荷波动问题,提出了一种考虑电动公交车“车到网”（vehicle to grid, V2G）响应的区域综合能源系统两阶段优化调度方法。首先,考虑电动公交车运营计划,将电动公交车集群V2G响应嵌入到区域综合能源系统优化调度之中,形成以整个系统总运行成本最小为目标的第一阶段调度策略;然后,第二阶段调度模型在第一阶段优化结果的基础上,以系统中所有用电设备产生的总电负荷波动率最小为目标,进一步优化各设备调度计划和能源交互策略;最后,对比分析4种场景下电动公交车集群与各能源设备协调调度的结果,仿真表明所提模型能够提高区域综合能源系统的风光消纳能力和运行经济性,同时减小系统的总用电负荷波动,验证了该调度方法的有效性。     

计及电动公交车V2 G响应的区域综合能源系统两阶段优化调度

针对高渗透可再生能源与电动公交车接入系统带来的弃风弃光及总用电负荷波动问题,提出了一种考虑电动公交车“车到网”（vehicle to grid, V2G）响应的区域综合能源系统两阶段优化调度方法。首先,考虑电动公交车运营计划,将电动公交车集群V2G响应嵌入到区域综合能源系统优化调度之中,形成以整个系统总运行成本最小为目标的第一阶段调度策略;然后,第二阶段调度模型在第一阶段优化结果的基础上,以系统中所有用电设备产生的总电负荷波动率最小为目标,进一步优化各设备调度计划和能源交互策略;最后,对比分析4种场景下电动公交车集群与各能源设备协调调度的结果,仿真表明所提模型能够提高区域综合能源系统的风光消纳能力和运行经济性,同时减小系统的总用电负荷波动,验证了该调度方法的有效性。     

含电动汽车的区域综合能源系统日前调度优化

区域综合能源系统是实现能源转型和解决环境问题的基础。随着中国电动汽车的大力发展,电动汽车作为园区内灵活可调度资源,具备调峰和促进清洁能源消纳等作用。由此,建立一种包含电动汽车和分布式电源的区域综合能源系统日前调度模型。首先,分析了区域综合能源系统中多种能量流动关系;其次,对不同能源转换设备和电动汽车独立建模的基础上,抽象出以园区日前综合经济效益最大化为目标函数的数学模型;最后,在算例系统中分析了含电动汽车参与区域综合能源系统日前调度的经济效益。     

计及氢电混合动力车响应的多区域综合能源系统协调优化调度

随着新能源动力车的大量增加，多区域综合能源系统在负荷侧与能源输送网络、交通网的耦合程度愈加深入，导致多区域综合能源系统的协调优化调度问题更加复杂。分析氢电混合动力车的充能响应行为对多区域综合能源系统优化调度的影响，构建多区域综合能源系统运营商与氢电混合动力车之间氢价补贴-充能响应的主从博弈模型。通过上、下层模型迭代求解，优化得出不同场景下最优的氢价补贴。算例结果表明，合适的氢价补贴可以最大化下层氢电混合动力车群的响应能力，与多区域间氢供应链相配合能有效提高能源利用率，从而提高多区域综合能源系统的运行经济性。     

含多能微网群的区域电热综合能源系统分层自治优化调度

分布式能源与负荷聚合形成多能微网群连接至区域供热系统和上级配电网,构成区域电热综合能源系统.为保护多利益主体隐私并满足其利益诉求,提出了基于分布自治、集中协调设计架构的区域电热综合能源系统分层优化调度方法.在上层,计及多能流异质动态特性,提出了区域电热综合能源系统的动态经济调度模型;在下层,考虑用户柔性热需求和分布式光伏不确定性,建立了多能微网自治能量管理的机会约束模型.基于目标级联分析法将上下层解耦,层间仅需交换边界电功率和热功率,通过微网并行计算与层间迭代求解获得全局最优策略.算例结果证明,该方法能够在保证收敛性的前提下,为含多能微网群的区域电热综合能源系统提供高精度的多能互补优化调度结果.此外,对缩放因子进行灵敏度分析,讨论了算法误差来源并说明了算法最优性.     

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。     

基于双层优化的电-热综合能源系统调峰运行方法

针对高比例新能源并网引起的电网峰谷波动问题,提出了基于双层优化的电-热综合能源系统（IES）调峰运行方法。首先,分析了风光并网功率和综合需求响应（IDR）对负荷的影响,提出了源荷侧协同调峰的运行方法。其次,构建了双层优化调度的电-热IES模型,上层模型优化电网的负荷曲线,下层模型优化IES的运行经济性。最后,通过Gurobi求解器和深度确定性策略梯度（DDPG）算法联合求解双层优化模型。以某高校实际微能源系统为算例,验证了所提方法和模型的有效性。     

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。     

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.     

综合能源系统内外协同优化调度技术研究现状及展望

IES优化调度技术借助先进能源物联网技术,将冷-热-电-气多种传统能源、清洁能源、需求侧资源聚合至一定量级,参与IES互联、电网调度与市场化运行,在一定的运行目标与限制条件下,实现各能源子系统间的协调规划、优化运行与互补互济。但是,现有IES优化调度技术相关研究的价值导向、模型框架、运算方式不尽相同,其优化策略也各有侧重,存在考虑因素不够全面、未发挥IES全部潜能的问题。首先引出IES优化调度技术的意义,从模型建立、模型求解方面梳理该技术的研究现状;然后对现有IES的优化调度策略进行分类整合,首次提出IES“内部协同控制”与“外部统一调度”相结合的优化策略;最后,对该技术的发展提出了合理展望。     

综合能源系统优化运行技术研究综述

综合能源系统(integrated energy system,IES)是未来能源消费方式的重要发展方向,对提升能源的综合用能能效和可再生能源的消纳将发挥越来越重要的作用。然而,由于IES中能源系统的高度耦合以及源-网-荷-储各个环节存在的不确定性,使得IES的动态过程极其复杂,给IES的优化运行带来巨大挑战。针对IES的优化运行问题,首先简要介绍了IES的概念,分析了其主要特点;其次总结和概括了IES运行基础信息感知、混合时间尺度动态协调优化调度体系及其求解算法三个方面的国内外研究现状,并指出了现有研究的不足之处;最后展望了IES优化运行未来的研究方向,为该方向的后续研究提供参考。     

综合能源系统混合时间尺度运行优化

综合能源系统融合电、气、热等多种能源子系统,不同能源网络动静态特性与设备控制特性差异显著。为实现电、气、热异质能流网络和设备协同运行,建立综合能源系统混合时间尺度运行优化框架,包含混合分辨率建模与混合指令周期调度。混合分辨率建模采用与气网、热网动态过程相匹配的模型分辨率刻画能流动态过程,平衡模型的精确度与问题的复杂度,实现电气热多能网络动态过程的协同优化;混合指令周期调度立足于多种异质能流的传输特性差异和多类型设备的控制特性差异,兼顾源/荷多重不确定性,确定各子系统的最佳调度指令周期,实现多能子系统间的协调运行。算例结果验证了所提方法的可行性。     

基于多能流联合解算与分析的综合能源在线仿真系统开发

综合能源系统以其独特的经济、环保和节能优势成为当前能源利用模式的主要发展趋势,然而其开发离不开仿真系统的支持.目前,市面上仅有对于单一能源网络的成熟商业化仿真软件,但支持综合能源系统多能流联合解算与分析的规范化软件尚未得到有效开发.针对以上问题,基于完善的综合能源设备及电-气-冷-热-蒸汽网络模型库,结合Java与Python语言采用B/S结构搭建以图元为导向的综合能源在线仿真系统.平台支持多种能流网络稳/动态仿真,可实现并行解算,效率高.利用算例进行常规态与故障态仿真,仿真结果符合网络与设备运行理论分析,证明了所搭建的软件系统支持运行可行性验证,有效实现多能流多运行状态仿真,功能强大,具备工程应用价值.     

考虑供给-需求调控成本动态变化的园区供用能综合优化模型

对于包含柔性负荷的园区级综合能源系统,可通过调整各能源转换设备的出力改变冷、热、电、蒸汽等能源产品的供给量,也可通过需求侧管理调整各类能源产品的实时需求量。各能源转换设备出力调节及需求管控措施均需相应的成本,有必要对冷、热、电及蒸汽等能源产品的生产侧和需求侧进行综合协调。通过构建冷热电气各类能源转换系统与需求调节措施动态成本的数学模型,以供用能综合成本最低为目标,对能源转换设备出力和需求调节进行综合优化。结果表明：同单纯调节能源转换设备出力相比,园区能源转换设备出力与需求综合调控可进一步降低供用能成本。