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。     

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。     

含需求响应资源的电力系统稳定性智能化评估方法

首先,阐述了需求响应资源的概率分布特性,并以IES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IES 最优能量流(optimal energy flow,OEF)模型,用于求取发电机和耦合环节功率,并将其作为电力系统稳定器的输入;其次,通过搭建不同负荷水平下的暂态仿真模型,得到故障情况下的系统稳定情况;然后,提出基于堆栈降噪自动编码器（stacked denoising auto-encoders,SDAE）的电力系统稳定性评估器的训练方法;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IES中,进行电力系统稳定性智能化评估的算例分析。仿真结果表明,基于SDAE的电力系统稳定性评估器识别精度较高,同时计算效率也较优。     

计及N-1安全准则的能量枢纽优化配置

多种能源系统通过集成和优化而形成的综合能源系统(IES)为解决能源与环境问题提供了新途径。能量枢纽(EH)作为多种能源系统的耦合环节,其设备组成与容量配置对IES的安全经济运行至关重要。在此背景下,提出了一种计及N-1安全准则的含电力系统、天然气系统和热能负荷的EH优化配置方法。首先,在EH架构下,对IES的能源耦合部分进行建模;然后,以年综合运行费用最小为目标函数,考虑能源耦合部分约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束和电力系统的N-1安全约束,建立了EH优化配置的混合整数二阶锥规划模型,并利用商业求解器YALMIP/GUROBI求解;最后,采用一个IES算例对所构建的优化模型与求解方法进行了说明。     

电–气混联综合能源系统概率能量流分析EI北大核心CSCD

由电力系统(electric power systems,EPS)、天然气系统(natural-gas systems,NGS)之间的耦合与互联构成的综合能源系统(integrated energy systems,IES),对于构建经济、环保、高效的能源系统至关重要。同时,由于IES中大量的不确定因素,有必要将不确定建模技术应用于IES分析。该文将广泛应用于EPS的概率潮流的概念推广到IES的概率能量流分析中,计及了EPS、NGS之间3方面的耦合:1)燃气轮机组;2)电力驱动加压站;3)能源集线器。在IES稳态能量流的基础上,考虑了电、气、热负荷以及风电场出力的不确定性,并采用蒙特卡罗模拟法求解IES概率能量流。算例分析表明,NGS(或EPS)中不确定性因素会对EPS(或NGS)的概率能量流产生影响;同时NGS能量流方程线性化精度明显低于EPS。     

气–电综合能源系统最优潮流及其环境增效研究

为缓解环境污染,提高终端能源利用效率,电力系统(electric power system, EPS)与天然气系统(natural-gas system,NGS)耦合构建的综合能源系统(integrated energy system,IES)已经成为我国能源结构优化的重要发展方向。该文以改进IEEE 14节点EPS与比利时20节点NGS耦合构建的气–电IES为算例,结合环境管理中污染物排放控制方法,选取NOx和SO2作为环境控制因素,建立以气–电综合能源最优潮流模型与环境系统总运行成本最低为目标,系统安全约束以及污染物排放浓度限值作为约束条件的协同优化模型。采用内点法求解其最优潮流,通过不同场景探究环境因素对IES的影响,并分析气–电IES的环境增效。     

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.     

电–热–气综合能源系统多能流计算方法

为缓解环境污染,提高终端用能效率,综合能源系统(integrated energy system,IES)已成为我国能源结构调整的重要方向。在IES框架下,传统以电力系统为对象的潮流计算方法将难以满足对互相耦合的能量流分析的需求。提出了一种适用于含电、热、气的IES的扩展Newton-Raphson多能流计算方法。首先,分别建立了IES中电力、热力和天然气网络的数学模型;针对现有方法对含压缩机的天然气网络建模的繁冗性问题,计及不同的控制方式,提出了改进的实用化处理方法;在此基础上,进一步构建了IES多能流计算模型,考虑IES中电力系统并网和孤岛2种运行方式,推导并得出了反映多能源耦合关系的雅可比矩阵。算例验证了该方法在不同运行场景下对多能流进行计算和互动特性分析的有效性。     

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。     

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。     

基于随机响应面的电-气互联系统概率最优能流计算方法

电-气互联系统(IEGS)作为一种新型能源供给模式,极具发展潜力.本文提出了一种基于随机响应面的电-气互联系统概率最优能流计算方法.首先,以IEGS总运行成本为目标,考虑电力系统、天然气系统的运行约束,并将电转气细分为电转氢气与电转天然气两种电-气耦合模式,建立了最优能流模型;然后,结合IEGS中不确定性因素的概率特性,建立概率最优能流模型,并采用随机响应面法与内点法求解.最后,以IEEE 39节点系统与20节点天然气系统组成的IEGS为例进行分析,仿真结果验证了本文所提方法的可行性.     

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。     

考虑电-气-交通耦合的城市综合能源系统规划EI北大核心CSCD

交通是重要的能源消费部门。随着电动汽车、天然气汽车等清洁能源车辆的快速发展,交通系统与电力系统、天然气系统等能源供给网络的耦合逐步增强。面向日渐融合的能源网和交通网,该文考虑电动汽车、天然气汽车与城市综合能源系统的耦合,提出并建立城市综合能源系统优化规划模型,协调充电站、加气站等能源设施与城市电网、天然气管网的扩建。首先基于交通流量和路网结构,对电动汽车、天然气汽车的能量补给需求进行了分析与建模,并建立了能量补给设施的建设约束。其次,以全系统投资和运行费用最低为目标,考虑电网、天然气网运行约束,构建了优化规划模型,设计了相应的求解算法。最后,以西安市交通网为基础构造算例验证了模型和方法的有效性。结果表明,统筹考虑交通系统和能源系统特性,进行协调规划是必要的,并且能够在显著降低城市综合能源系统规划成本的同时提高运行效率;忽略协同作用会导致电力和天然气网络的线路拥堵。     

大规模综合能源系统电-气-热多能潮流建模与计算方法

为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,综合能源系统IES已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握IES多能流耦合机理,对开展后续系统规划、优化和分析问题的研究具有重要意义。本文提出了一种适用于含电、气、热网络的大规模综合能源系统电-气-热多能潮流计算方法。首先,建立了电力网络、热力网络、天然气网络的稳态数学模型;建立了基于通用能量母线模型的IES耦合环节数学表达形式;在此基础上,采用牛顿-拉夫逊方法对大规模综合能源系统多能潮流计算模型进行解耦求解;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

计及相关性的电—气互联系统概率最优潮流

为了缓解环境污染,"减煤增气"已成为能源结构调整的大趋势,"能源互联网"的提出加强了天然气网络与电力系统的紧密耦合。传统以电力系统为对象的最优潮流忽略了天然气网络的运行约束对电力系统造成的影响,可能导致优化结果过于乐观。因此提出了一种电—气互联系统的联合最优潮流,以互联系统的总运行成本为优化目标,考虑电力网与天然气网的运行约束。并且针对新能源接入背景下的不确定性,考虑输入变量之间的相关性,采用基于Nataf变换的点估计法进行概率最优潮流计算。对修改的IEEE 39节点系统与比利时20节点天然气网络进行算例分析,验证了所提模型的可行性以及有效性,并在此基础上分析了不同的波动水平及相关性对系统运行特性的影响。     

考虑气电网络架构的沼-风-光综合能源微网优化调度

传统能源系统不考虑多种能源之间的协同和互补,仅对电、气、热中的某种能源进行分析和利用。文中采用能量枢纽的概念表示各能源之间的耦合关系,同时考虑气电网络架构的运行约束。在实现各能源间转化、转移和存储等协同工作的基础上,建立含沼-风-光的综合能源微网优化模型,并对其优化调度进行了研究。为保证该模型的可求解性,对其中的电力系统潮流约束采用二阶锥松弛方法,对气管网约束进行泰勒展开,将原模型转换成凸规划模型。在由TEST6节点系统、6节点天然气系统和1台沼气池装置组成的综合能源微网测试系统上进行仿真分析,结果表明,考虑气电网络架构的调度优化结果满足实际运行要求,且该综合能源微网系统在可持续性、经济性和稳定性方面都具有一定的优越性。     

基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流算法

电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)的最优能量流(optimal energy flow,OEF)计算是其优化规划与运行分析的基础。针对现有电-气综合能源系统最优能量流求解方法存在的数据交互频繁、收敛性差以及难以保证隐私性等问题,提出了一种基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流计算方法。首先,建立计及有功网损的电力网络最优直流潮流模型,以及基于二阶锥松弛的天然气网络最优潮流模型。其次,基于参数线性规划理论,建立了电-气耦合功率与电力网络潮流最优解的关联函数。然后,将该关联函数传递至天然气系统中进行联合优化,并返回电-气耦合功率信息至电力系统中求解,分别得到最优能量流的天然气流与电力潮流结果。仿真分析表明所提方法能够通过单次信息交互准确求解最优能量流,同时交互信息量较小且不包含隐私信息,适用于最优能量流的分解式计算。     

考虑运行约束的区域电力–天然气–热力综合能源系统能量流优化分析

能源系统的经济运行与可持续性发展是当今学术界与工业界关注的重点,随着热电联产、热泵、燃气锅炉等低碳技术的发展,区域电力系统、区域天然气系统以及区域热力系统能源耦合愈发紧密,形成了区域电力–天然气–热力综合能源系统,为简单起见,称其为区域电力–天然气–热力系统(regional electricity-gas-heat system,REGHS)。为进一步分析REGHS各能源子系统的互补特性及其协同优化的潜力,首先对上述能源子系统进行建模与求解,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分析,并形成了REGHS能量流综合求解模型;以经济最优为目标,通过设置合理的运行约束(包括REGHS能源网络约束与HES约束),对REGHS能量流进行优化,为能源供应方案的优选提供了一定的理论根据,引导用户合理、经济用能。经算例验证,通过能源的转换与分配,优化后的REGHS供能成本有效减少,提高了能源综合利用效率,同时,能源子系统均满足其运行约束。     

电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。     

基于PSASP的综合能源仿真分析系统

综合能源系统(integrated energy systems,IES)近年来在世界范围内得到广泛关注。基于电力系统分析综合程序(power system analysis software package,PSASP)的图模一体化平台,开展了IES仿真系统的研究,功能包含生产模拟分析、能量流稳态计算和动态仿真。生产模拟采用混合整数线性优化(mixed integer linear programming,MILP)方法,对包含传统电力、风电和光伏可再生能源、天然气、热力、储能等的IES实现多阶段优化分析。IES稳态能量流计算采用电-气-热能源子系统交替顺序求解方式实现,天然气、热力流体网络采用回路方程形式。以天然气为例,对回路法进行了分析,给出了IES稳态能量流分析的计算流程。对生产模拟、稳态能量流计算和动态仿真的一些关键技术环节进行了分析。