面向风电消纳的区域综合能源系统鲁棒优化调度

区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System,RIES)的多元消纳技术是解决系统"以热定电"运行方式导致弃风问题的有效途径.文章建立了包含风机、光伏、地源热泵和储能的RIES模型;在源测采用鲁棒优化模型处理风电出力不确定性,在荷侧针对电、气、热三种柔性负荷可调度价值,引入价格需求响应机制,构建计及综合需求响应的RIES鲁棒优化调度模型.算例仿真结果证明了所提模型的有效性.相较于传统模型,计及综合需求响应的RIES鲁棒优化模型具有更加可观的经济效益和风电消纳率.     

分时电价背景下综合能源需求响应优化建模

峰谷分时电价是一种有效的价格型需求响应策略,通过合理的分时电价能为能源需求方提供充分高效的价格信号,从而实现能源需求削峰填谷的目标;而综合能源系统将电、热、冷、气等多种能源形式耦合起来,并能通过一定的调度策略实现不同能源形式之间的经济调度。在此背景下,首先,利用能源集线器建模技术实现对综合能源系统内各参与单元的有效建模;其次,将传统的针对电负荷的需求响应研究延伸到对冷、热负荷的需求响应研究,建立一个包含电、热、冷负荷需求响应的综合能源需求响应模型,并采用matlab平台下的YALMIP/CPLEX优化求解器进行模型求解;最后,通过对不同场景的算例仿真结果表明,在分时电价背景下考虑综合能源需求响应不仅有利于负荷的削峰填谷,还对系统的调度经济性有一定的提升作用。     

综合能源系统综合需求响应行为研究

面向耦合电、气、冷、热等多种形式能源的综合能源系统,研究柔性负荷、储能和电动汽车等需求侧资源的综合需求响应,有利于挖掘多能负荷的响应潜力,激发综合能源系统的灵活性,提升能源利用效率。首先以区域电-气互联综合能源系统为基础,构建了园区级冷-热-电-气综合能源系统,其次建立了综合能源系统调度模型,通过节点能量平衡方程分析节点能源价格,明确了系统调度-能源价格-综合需求响应的传递关系,然后基于节点能源价格建立了考虑柔性负荷、储能、电动汽车为参与主体的综合需求响应模型;最后通过算例分析了柔性负荷、储能、电动汽车的响应情况,基于节点能源价格对不同位置多能用户综合需求响应前后的负荷曲线进行了分析。     

考虑综合需求侧响应的区域综合能源系统多目标优化调度

为兼顾区域综合能源系统（regional integrated energy system,RIES）中能耗成本、污染排放、风电消纳等多个调度目标,建立了考虑综合需求响应的RIES多目标优化模型。首先,对含电转气、储能系统、热电联产机组等设备的RIES建模,并在区域内引入了具体考虑削减负荷、转移负荷和替代负荷的综合需求响应,旨在削减系统负荷峰谷差。然后,分别建立了以系统用能成本、弃风功率和污染物治理成本最小的目标函数,采用多目标优化方法--以模糊加权规划遍历权值求解帕累托前沿,再根据证据推理决策方法寻找最优调度策略。最后基于典型算例研究,结果表明了所提多目标优化算法能有效在多个调度目标间做出权衡,考虑综合需求响应的RIES在总能耗、环境友好和风电消纳等方面更具优势。     

含氢能利用和需求响应的综合能源系统低碳优化

为构建安全高效、低碳清洁的可持续能源系统，提出一种计及氢能利用和综合需求响应的综合能源系统低碳协同优化调度策略。首先，为充分发挥氢能的多方面效益，构建集成氢能耦合的能源设备数学模型。其次，为发挥用户负荷的可调度能力，建立含阶梯型补贴机制的电-热-冷多能负荷的综合需求响应模型。最后，针对综合能源系统的低碳特性，在优化模型中引入奖惩阶梯型碳交易机制，建立低碳经济优化模型，并采用CPLEX对所提模型进行求解。仿真结果表明，所提调度策略能够有效降低系统总成本及碳排放量，实现系统经济、环保及灵活运行。     

含电—热—气—冷子系统的区域综合能源系统多场景优化调度

针对当前区域综合能源系统(RIES)研究中未详细考虑含电—热—气—冷子系统(PHGCS)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RIES多场景优化问题。首先,基于能源集线器概念对以区域混合能源站为核心的能源耦合环节进行能源比例分配建模及分析,分别建立RIES中PHGCS数学模型。然后,提出考虑效率指标最大化、费用指标最小化、排放指标最小化及多目标综合性能指标最优的多场景运行模式,建立在不同负荷结构、多时段、多场景运行模式下的优化分析模型。其次,采用峰谷分时电价机制对RIES整体和分时段性能指标、子系统及耦合环节关键特征变量进行综合分析。最后,通过算例验证了该模型与优化方法的合理性和有效性。     

考虑综合需求响应的电热系统优化调度

考虑配电网中电、热负荷的不断增长,以及热电联产装置(Combined heat and power,CHP)和风机等分布式电源的迅速发展,提出考虑电、热综合需求响应的优化模型。首先,在负荷侧分析电负荷和热负荷的可调价值,电负荷建立实时电价模型,采用价格型需求响应进行调整；热负荷是考虑热负荷的传输延迟特性,采用自回归滑动平均(ARMA)模型描述和计及模糊性供热舒适度特性,使得热负荷具有一定的弹性,即热力需求响应,通过这两种响应模式对电、热负荷进行调整,增大风电上网的空间；其次在源侧增加电锅炉和储热装置,增加系统的灵活性,解耦CHP“以热定电”的刚性需求,最后以系统的日运行费用与弃风成本最小为目标,在Matlab中调用CPLEX对模型进行求解。算例结果表明,在源侧采用CHP+电锅炉和储热相比于传统的CHP+储热,风电的消纳能力有显著提升；在荷侧考虑电、热综合需求响应相比于传统的考虑单一需求响应,可有效的降低系统的运行成本,提高能源的利用效率。     

电力用户侧参与的综合能源系统优化调度

针对传统需求侧响应在热力系统描述方面不能满足综合能源系统应用的问题,提出了用户侧参与下的电、气、热综合能源系统联合优化调度模型。用户侧采用可转移电力负荷分类参与需求侧功率调整;综合考虑系统内部电气热的耦合及分时电价、气价等,并利用储能系统的时移特性;以调度周期内系统运行成本以及负荷调用补偿成本之和最小为目标函数,增设了考虑系统热负荷需求及电锅炉提供电力需求转换的热力平衡方程等式约束。仿真结果表明,相较于用户侧不参与调度的优化模型,用户侧的参与可改变原电力负荷曲线实现削峰填谷,同时降低综合能源系统总成本,保证综合能源系统正常运行及实现系统内源、储、荷协调互动。     

计及电气热综合需求响应的区域综合能源系统优化调度

区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System,RIES)是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源难以消纳问题的有效途径之一。首先建立了包含风电、多种储能以及电转气(Power-to-Gas,P2G)设备的RIES模型。针对电、气、热负荷柔性特征和可调度价值,结合三种负荷在RIES中形成的耦合关系,提出计及电-气-热多种负荷的综合需求响应模型。同时采用典型场景集考虑风电出力的不确定性,建立区域综合能源系统优化调度模型。该模型以综合运行成本最少、碳排放量最小、能效利用率最高为优化目标,利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行求解并输出Pareto最优前沿解集。仿真算例设置了4种场景,分析电、气、热需求响应及P2G、储能设备接入对区域综合能源系统运行优化的影响。结果验证所建立多目标优化调度模型既能够提高能源利用效率,也能保证系统的环保经济运行。     

基于电-热联合市场出清的综合需求响应建模及策略

随着综合能源系统和多能源市场的发展,传统需求响应已逐渐向综合需求响应的方向转变。在综合需求响应中,用户既可以通过改变用能习惯,又可以通过转换能量来源参与响应,从而实现供需资源协调优化。以冬季居民电能、热能需求为场景,首先基于零售侧能源市场参与主体的机理模型,构建零售侧电-热联合双边竞价能源市场框架。其次,提出电、热负荷参与联合市场的竞价策略,进而建立以最大化能源生产者和消费者剩余为目标的电-热联合市场出清模型;考虑不同负荷的控制模式和运行机理,提出电、热负荷响应市场出清信号的控制策略。最后,通过算例验证了所提方法在实现供需双侧资源协调优化、促进可再生能源消纳以及用户节能方面的积极作用。     

考虑多能互补的区域综合能源系统多种储能优化配置

在区域综合能源系统中配置多种储能装置可提高系统的经济效益,是区域综合能源系统规划的重要研究方向。基于区域综合能源系统的基础架构和模型,研究了蓄冷、储热、储电和混合储能在冷热电联供(CCHP)机组和电制冷等设备多能互补协同运行情况下的盈利策略,讨论了系统配置不同储能的经济性和可行性,建立了全寿命周期的冷热电储能调度规划双层优化模型,并利用确定性迭代算法进行求解。针对某实际区域综合能源系统的多个供能季不同日负荷曲线,应用双层优化模型求解运行调度方案和储能配置容量。算例结果表明:配置蓄冷和储热在多能互补协同运行系统中有较大的盈利空间,而配置储电的利润空间较小,且考虑多能互补的混合储能方法可以进一步挖掘系统的盈利能力。     

计及综合需求响应的综合能源系统优化调度

为提高系统运行的可靠性和经济性,在综合能源系统优化调度的基础上引入综合需求响应,利用不同形式能源间的相互转化关系,实现削峰填谷,提高能源利用效率。计及综合需求响应策略,建立了基于电价的电力负荷需求响应和基于激励的热负荷需求响应模型。并以运行成本最小为目标函数,提出了综合考虑供需平衡和供储能设备约束的综合能源系统调度模型。采用改进二阶振荡粒子群算法对模型进行求解。该算法在常规粒子群算法的基础上对速度迭代公式进行更新,克服了常规粒子群算法易陷入局部最优的问题。通过实际算例仿真,验证了所提出模型和求解算法的有效性。     

基于主从博弈和混合需求响应的能量枢纽多时间尺度优化调度策略

针对综合能源系统中多市场主体利益诉求不同以及源、荷不确定性造成的系统波动问题,提出了基于主从博弈和混合需求响应的能源枢纽（EH）多时间尺度优化调度策略。为有效评估多能负荷柔性特性,将建筑热传递模型与生活热水储存模型集成到EH模型中,建立了完善的综合需求响应模型。针对EH内利益诉求多元化的问题,基于Stackelberg博弈理论,构建了EH日前主从博弈优化调度模型。考虑到日前源、荷预测误差对EH优化运行的影响,提出了考虑激励型综合需求响应的EH日内短时间尺度优化策略,形成了日前与日内的闭环反馈优化。仿真结果表明考虑多种综合需求响应策略和主从博弈的EH多时间尺度优化调度策略,不仅可以降低系统运行成本,维护供需双方利益诉求,而且可以提升系统平抑源、荷波动的能力,实现EH经济、稳定运行。     

考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化运行

区域综合能源系统是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源难以消纳问题的有效途径之一。基于电力负荷与热力负荷在综合能源管理中具有相似的可调度价值,提出了一种考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化模型。首先,在电力负荷价格型需求响应的基础上,分析了热力负荷具有传输延迟、供热舒适度模糊性等固有特点,可作为柔性负荷参与到优化调度中,即热力需求响应;其次建立了包含风电、光伏、燃气轮机、余热锅炉、储能设备、燃气锅炉、以及电热负荷构成的热电联供型园区微网模型,以系统综合运行成本最小为目标函数。算例仿真结果表明,综合需求响应的应用提高了园区微网热电生产的灵活性,考虑电热力多负荷综合需求响应比单一考虑需求响应可有效地减少弃风、弃光,降低需求侧用户的总能源消耗成本以及系统的运行成本,提高能源利用效率,实现系统环保经济运行。     

基于综合需求响应的微能源网日前优化调度方法

微能源网是能源互联网(energy Internet,EI)终端供能发展方向,系统的经济优化运行亟需挖掘多能负荷的潜力,单一需求响应难以满足“源-网-荷”协调优化。针对微能源网中多种能源的耦合转换特性,首先,建立了含储能和综合需求响应(integrated demand response,IDR)的广义能量枢纽模型;引入微能源网能源运营商,建立了综合需求响应3种模式,即转移模型、转换模型和可削减模型。其次,提出了基于综合需求响应的微能源网日前优化调度方法,制定能源分时价格,协调优化3种需求响应模式,建立以利润最大化为目标的混合整数线性规划模型,并利用CPLEX软件求解。最后,结合算例,验证了所提综合需求响应模式与日前优化调度方法的有效性,最大化利用了微能源网多能负荷耦合互补能力,提高了系统运行的经济性。     

计及综合需求响应参与消纳受阻新能源的多时间尺度优化调度策略

随着新能源发电技术的高速发展,电网新能源消纳压力日益凸显。与此同时,随着多能转换技术发展,电网与其他类型能源网络的耦合程度不断提高,如何利用不同能源网络灵活性资源消纳受阻新能源,成为当前亟待研究的问题。为此,提出了计及综合需求响应参与消纳受阻新能源的多时间尺度优化调度策略。首先,充分考虑综合能源系统(integrated energy system, IES)特性建立了冷、热、电负荷的多类型需求响应模型。其次,在日前时间尺度,考虑新能源消纳过程中各方利益均衡,建立了基于主从博弈理论的价格型综合需求响应(integrated demand response, IDR)日前优化调度模型;在日内时间尺度,针对新能源日前预测偏差对系统优化影响,建立了考虑激励型IDR日内滚动优化调度模型。最后,通过算例仿真证明了所提策略可深入挖掘多类型负荷需求响应能力,有效提高新能源消纳量。     

基于综合需求响应的工业园区联络线功率控制

为平抑可再生能源系统所引起的联络线功率波动,工业园区通常采取整合园区内部所有源荷设备进行统一集中管理或基于电力需求响应的简单源荷互动运行模式,未能充分挖掘园区多能负荷综合需求响应的潜力。在分析工业园区用能特点的基础上,文中提出了一种基于综合需求响应的联络线功率控制方法,建立了园区与生产任务相关的储能、空调负荷以及电动汽车的综合需求响应特性模型,并通过激励多元用户进行需求响应以平抑功率的波动,有效实现了兼顾综合运行成本及跟踪控制误差的联络线功率控制。结合南方某蓄电池生产工业园区进行算例分析,结果表明该方法能降低园区经济损失,使内部负荷用户受益,并确保对联络线功率计划的有效跟踪。     

需求响应机制下含建筑虚拟储能的能源站经济调度

针对综合能源站运行调度中未考虑围护结构蓄热特性以及用户需求响应补贴机制等问题,提出了一种考虑用户协同互动的综合能源站调度方法。首先,综合考虑室内外各种扰量对热过程的影响,建立了以室内空气与围护结构为传热主体的精细化建筑虚拟储能模型。其次,构建了冷热电联合供应的典型能源站设备组成结构以及其与外部能源系统、用户的多主体互动交易关系,提出了基于阶梯型补贴的需求响应机制。然后,以考虑外部购能费用、向用户的售能费用与补贴、站内设备启停和损耗成本的能源站运行收益最大为目标,以用户柔性舒适度区间等为约束,构建了能源站日前经济调度模型,并采用了CPLEX求解器求解。最后,通过算例验证了所述模型与方法的实用性和有效性。