电-热综合能源系统能流的区间计算算法

为描述电、热负荷不确定性对综合能源系统的影响,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。首先,计及电-热综合能源系统负荷的不确定性,分别建立了电力网络区间模型和热力网络区间模型。然后,考虑热电联产机组、水泵和热泵建立了一种更符合实际情况的电热耦合元件区间模型。最终,通过电热耦合元件实现了电力网络和热力网络的耦合,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。针对传统的区间迭代法存在的计算结果区间易于扩张的问题,采用基于区间扩展的迭代算法对电-热综合能源系统区间能流模型进行求解。对IEEE33节点系统和32节点热力系统构成的电-热综合系统进行算例分析,结果验证了所建区间模型和所提算法的正确性。     

电-气互联系统预测-校正型仿射能流算法

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素对系统状态变量的影响程度。建立电、气子系统仿射模型及能流方程。提出基于域收缩思想的IEGS预测-校正型仿射能流算法,根据灵敏度对状态量的解域进行保守的预测,并构建优化模型对解域进行压缩校正。同时,采用多能流分布式迭代方法进行求解,其无须考虑复杂耦合网络中的多能流计算顺序。最后通过仿真验证了所提方法在保守性、计算效率方面的优势,并量化分析了不确定因素对系统状态量的影响。     

基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算

综合能源系统包含多热源环状管网且以电热耦合元件为平衡节点。然而,潮流计算中未能详细考虑热网中热能传输动态特性和管道水流局部阻力,也未能清晰定义热网负荷节点类型。文中提出一种基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算方法。首先,综合考虑热网管道中各种阻力对管道水流量的影响,建立了考虑精细化阻力的水力模型。基于热网管道中各微元之间的相互影响分析,构建了考虑热网动态特性的热力模型和管道温度求解模型。然后,文中重新定义了热网负荷节点类型,修正了热网中水力-热力计算方法和电热耦合处的迭代处理方法,并结合电/热系统间顺序计算方法,提出了兼顾热网动态特性与精细化水力模型的电热综合能源系统时序潮流计算方法。最后,通过实际算例验证所提模型在电热综合能源系统潮流计算中的可行性与必要性。     

含电压源换流器交直流系统的仿射潮流算法

针对交直流系统因大量不确定性能源接入带来的潮流不确定性问题,建立一种适用于交直流系统的仿射潮流算法,能为系统提供保守性较小的仿射数估计结果,并实现不确定注入功率对系统状态量影响的量化分析。该文首先对三角函数进行仿射运算的推导,而后在仿射原理下建立含电压源换流器的交直流系统不确定潮流求解模型。模型将电压源换流器(VSC)节点分别进行交流节点、直流节点的类型等效,与纯交流、纯直流潮流模型实现求解对应。进而,结合P-Q分解法实现了交直流仿射潮流的快速求解。通过对比多种潮流方法的求解结果并行不确定注入功率对交直流系统状态变量的影响分析,验证了该文算法的有效性和快速性。     

基于双向耦合的综合能源系统电热联合潮流计算

本文针对综合能源系统电热联合潮流计算问题,首先基于电热双向耦合建立了含有2个热电联产机组（CHP）耦合节点的电热双向耦合潮流模型;然后分析了电锅炉的耦合状态和系统负荷变化对系统潮流的影响;最后基于牛顿拉夫逊顺序求解算法,选取某一区域综合能源系统进行算例分析,利用MATLAB软件求解出电热混合潮流。结果表明:电热双向耦合网络通过耦合节点CHP1、CHP2交互作用,相互影响达到潮流平衡,验证了所给模 型的有效性;电热耦合潮流随着电锅炉耦合状态和系统负荷变化而变化,显示出多能流系统源-网-荷互动特性。通过对电热耦合网络的潮流研究,可以为电热耦合综合能源系统的规划运行提供指导,并且为进一步多能流耦合潮流研究提供思路。     

电热联合调度模型综述

区域电热综合能源系统在能源利用方面有独特优势,为了准确把握电热联合调度的研究重点,综述了电热联合调度模型的相关研究热点问题。介绍了以区域供热为对象的电热联合系统的基本结构与特点。从电热能流差异出发,分析了联合调度模型中热力系统各元件热力特性模型、电力系统典型模型和电热耦合元件典型模型。针对目前电热联合调度模型的研究侧重点与进展,从基本调度模型、考虑能流差异性、考虑系统不确定性、考虑调度机制、考虑主体利益与电力市场的调度模型等五个方面综述了主流的电热联合调度模型,并展望了电热联合调度模型未来研究方向。     

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

随着社会经济的发展与技术的进步,综合能源系统已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一,其中以热电联供为代表的电热耦合综合能源系统发展迅速。电热系统的联合优化可以提高燃料利用效率,节省运行成本,但当前电热耦合系统能流研究主要针对于电力系统,对供热系统的管网特性、热负荷与用户温度需求的关联特性考虑得还不够精细,无法充分反映电热系统的实际运行特性。该文基于热力管网支路特性及散热器、换热器等关键设备的稳态模型,考虑供热系统能量传输与管网约束,建立了供热系统稳态能流计算的精细化模型。在此基础上,以热电联供机组电热出力与电锅炉出力为调节变量,提出了一种基于内点法的电热耦合综合能源系统最优能流求解方法,能够更加准确地反映系统运行特性并实现系统经济运行。最后进行算例测试,验证所提最优能流计算方法的可行性与有效性。     

考虑多重不确定性的电–热互联系统仿射优化法

针对多重不确定性影响下的电–热互联系统优化调度问题,为降低优化方案的保守性,并提升经济性,提出一种双层仿射优化方法,揭示不确定因素对电–热互联系统调度的影响机理。首先,构建线性能量传输模型,采用区间线性规划方法求解上层不确定性机组组合问题,避免因非线性运算导致的区间扩张。然后,通过泰勒展开构建计及损耗的线性能量传输模型,基于仿射算法定义系统运行约束,利用仿射优化法求解下层不确定性经济调度问题,量化分析各不确定因素传递轨迹及其对经济调度的影响。最后,通过巴厘岛33节点改造算例,验证了所提方法与区间优化法相比,能够有效降低调度方案的保守性与系统运行成本。     

计及相关性的电-气互联区域综合能源系统概率多能流计算

可再生能源的规模化接入增加了电-气互联区域综合能源系统中的不确定性,同时随着电力系统和天然气系统耦合程度的加深,耦合环节负荷的波动对整个电-气互联区域综合能源系统能流产生的影响日趋显著。首先,建立基于能源集线器模型的电-气互联区域综合能源系统稳态多能流计算模型;在此基础上,考虑可再生能源出力、电力系统负荷、天然气系统负荷和耦合环节负荷的波动性,并计及电力系统负荷和天然气系统负荷间的相关性,提出电-气互联区域综合能源系统中输出状态变量半不变量的计算方法;最后使用Cornish-Fisher级数展开法来拟合输出状态变量,得到输出状态变量的概率分布。在修改后的IEEE 33节点配电网络与天然气11节点网络耦合而成的电-气互联区域综合能源系统上进行算例分析,验证了所提方法的有效性、快速性和实用性,同时分析了耦合环节负荷不同波动水平和电力系统负荷与天然气系统负荷间相关性水平对概率多能流计算结果的影响。     

灵活性资源参与的电热综合能源系统低碳优化

针对可再生能源的消纳问题,研究可控负荷机制与电-热耦合网中的储能调控策略,构建综合灵活性资源模型优化系统的低碳运行。首先分析区域电网中差异化布局的工业负荷调控机制,基于城市能源网架电热耦合建立可控负荷及电-热储能调控模型;然后以经济成本、风光消纳及碳排放为指标构建综合效益模型,提出碳排放流动拓扑,描述依附于能量流的碳排放流信息;最后对IEEE 33节点电网和45节点热网耦合能源系统进行仿真,分析多元灵活性资源响应对系统综合效益的改善效果,并通过拓扑直观显示典型场景中电-热碳排放流动过程。结果表明发掘灵活性资源能够提升电热综合能源系统对风光能源的消纳裕度,验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于区间模型的多能互补系统优化运行

构建多能互补下的分布式联供系统已逐渐成为电力行业的发展趋势,其通过发电设备、用电设备以及冷、热、电设备将冷、热、电、气四种能源连接起来,形成了耦合性较强的多能互补系统。基于区间理论描述冷热电负荷、分布式能源出力、运行效率的不确定性,运用传递矩阵构建能源输入输出之间的耦合关系,对多能互补系统进行耦合建模。综合考虑能源、环境、经济等因素,对系统实现多目标优化。采用基于仿射运算的区间线性规划对模型进行求解,有效改善了区间运算过于保守的问题。算例分析对多能互补系统与分产系统、文中提出的算法与传统算法进行比较,验证了该模型和方法的合理性及有效性。     

考虑热网约束和碳交易的多区域综合能源系统优化调度

为了提高可再生能源消纳率及减少发电过程中碳排放对环境的污染,提出了一种考虑热网约束和碳交易的多区域综合能源系统优化调度模型。首先,通过热网管道和节点的基本方程描述热网系统,建立区域综合能源系统与热网耦合模型;其次,分析国内外两种碳交易机制的特点,建立以系统运行成本、碳交易成本和可再生能源消纳惩罚成本之和最小为目标函数的低碳经济调度模型;最后,以冬季某热网连接的多区域综合能源系统为例,采用混合整数线性规划对模型进行求解,分析2种碳交易机制对系统经济运行和碳排放的影响。结果表明,通过热网连接多个区域综合能源系统,能充分利用区域间负荷的互补特性,减少系统碳排放,提高可再生能源的消纳率。     

基于数据驱动的电-热互联综合能源系统线性化潮流计算

电-热互联综合能源系统非线性潮流方程的线性化处理是简化电-热互联综合能源系统运行与控制分析计算的一种重要方法。基于偏最小二乘法及最小二乘法对电-热互联综合能源系统的历史数据进行处理，构建热网中节点热功率到管道流量、节点供水温度和回水温度的回归模型以及电网中节点有功和无功功率注入到节点电压相角和幅值的回归模型。结合电-热耦合单元的模型，提出一种基于数据驱动的电-热互联综合能源系统潮流线性化模型，通过历史数据与物理模型的融合克服了传统物理模型的数值稳定性问题。     

面向电-气综合能源系统的MEAV抗差状态估计法

为了实现电-气综合能源系统更为协调精确的状态估计,参考电网状态估计方法,基于最大指数绝对值(Maximum Exponential Absolute Value, MEAV)状态估计建立了电力-燃气网络的稳态模型。采用牛顿法作为基本算法,对系统进行能流计算以及MEAV等价模型的求解。最后,通过30个电网节点和22个燃气节点的耦合系统的仿真实验,验证了所提出的方法在获得电-气互联网络准确运行信息和抑制不良数据方面的能力。     

提升风电消纳区间的鲁棒机组组合

基于日前风电功率点预测的传统调度方法没有充分地考虑风电不确定性,难以有效挖掘电热联合系统的风电消纳能力。该文提出提升风电消纳区间的鲁棒机组组合优化方法。基于可用风电功率区间,构建有效的风电功率允许出力区间。基于仿射策略,考虑供热机组电热耦合等约束,建立鲁棒机组组合模型,优化风电消纳区间,对于风电消纳区间内任意可能的风电波动,该模型均能保障调度策略的可行性。所建模型可转换为混合整数线性规划进行求解。最后,在修改的IEEE 39节点系统上进行测试,并与传统调度方法对比,验证了所提方法的有效性。     

计及相关性及改进交叉熵法的电-热互联综合能源系统风险评估

电–热互联综合能源系统负荷及风电随机性加剧,导致系统运行风险水平增加。为解决上述问题,提出了一种计及变量相关性及改进交叉熵法的电–热互联综合能源系统风险评估方法。首先,构建了电–热互联综合能源系统潮流模型,采用高斯混合模型建立风电出力不确定性场景,基于概率潮流对系统风险进行评估。接着,针对现有单峰最优抽样函数的交叉熵法在计算多边越限情况下的不足,提出了基于多峰最优抽样函数的改进交叉熵法对系统风险指标进行计算。进一步的,针对目前交叉熵法难以计及变量间的相关性,通过等价转换将相关性样本进行独立性转换,从而有效解决了这一难题。最后,在巴厘岛32节点热网和改进的IEEE-33节点配电网组成的电–热互联综合能源系统中验证了所提方法的有效性。     

考虑热网管道铺设方式影响的电热耦合系统优化调度

热网热损特性作为热力系统温度动态过程的重要驱动因素,在电热联合调度中受热网管道铺设方式的影响显著。针对不同的热网管道铺设方式,分析了热网热损特性在电热联合调度中的作用机理,以及在不同热网管道铺设方式下的特性差异,提出了一种计及热损特性影响的热网管道温度动态过程约束模型。基于此,计及风电出力与负荷的不确定性,建立了考虑热网管道铺设方式影响的多场景电热耦合系统调度模型及其信息间隙鲁棒优化求解策略。算例仿真结果表明：相比于传统管道约束模型,所提出的管道约束模型反映了热网实际结构对于热力系统运行约束的影响,提高了系统运行的经济性。     

考虑热网传输延迟的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度

为应对弃风现象及风电出力的不确定性问题,考虑热网传输延迟特性对应的储能特性,提出一种电-热综合能源系统(integrated electricity and district heating system,IEDHS)的鲁棒区间优化调度模型。首先,对热网的物理结构及传输延迟、温度损耗特性进行建模,并参与IEDHS优化调度;其次,以区间形式考虑风电的不确定性,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足运行约束条件;再次,建立了一种考虑热网传输延迟的IEDHS鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型进一步转化为单层模型,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过对PJM-5节点测试系统与6节点热力系统、IEEE-39节点测试系统与12节点热力系统组成的IEDHS进行算例分析,验证了所提模型的有效性。算例结果表明,热网的传输延迟可提高风电利用率,降低系统运行成本,鲁棒区间优化调度结果较常规调度更具可靠性。     

基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流分析

随着电力系统与天然气系统间耦合程度的日益增强,能源系统间的不确定性因素对电-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)运行状态的影响日趋显著,需在其能量流分析中予以考虑。为此,提出一种基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流计算方法。首先,考虑燃气机组和电驱动压缩机作为耦合元件,构建电力系统和天然气系统的稳态能量流模型,并提出对应的顺序求解方法;然后,基于风电和不同系统负荷的不确定性模型,提出输出状态变量半不变量的计算方法;在此基础上,基于最大熵原理法计算得到不同系统中节点和支路状态量的概率密度;最后,采用IES 118-20节点和IES 2383-60节点综合能源测试系统对所提算法的准确性和有效性进行分析验证,结果表明,所提算法可实现电–气综合能源系统概率能量流的快速准确计算。     

基于MES的电-气综合能源系统鲁棒状态估计方法

随着综合能源系统的快速发展,电-气耦合互联系统成为能源互联网体系中的一种典型形式。为保证电-气互联网络安全高效运行,提高智慧能源系统的监控状态感知能力和坏数据防御能力,该文参照电网状态估计方法,分别对电网、气网和耦合元件建立稳态模型。用电网节点电压模值与相角、气网节点压力平方作为状态量,基于最大指数平方法（maximum exponential square,MES）,并考虑电网和气网零注入约束以及边界等式约束,建立了电-气耦合网络的MES状态估计模型,并对电-气耦合网络进行全局统一协调状态估计。基于一个4电网节点-12气网节点耦合系统进行仿真,仿真结果证明了该文所提方法可实现电-气耦合网络运行状态的准确感知,并在此基础上获得电-气耦合网络全局一致解,同时在两者耦合边界还可利用耦合关系,对边界坏数据实现有效辨识。