考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

含可再生能源的电—气—热互联多能源系统可实现多能源网络互联与多能源优化利用,有效解决资源匮乏与能源浪费等问题。能量枢纽是多能源耦合的关键,但现有的能量枢纽优化配置问题未考虑系统运行可靠性的影响。因此,重点研究多能源系统中计及可靠性的能量枢纽优化配置问题。首先,针对风机、变压器、热电联产、燃气锅炉、电储能、热储能等设备组成的能量枢纽,建立了一种新型多能源系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。然后,根据该双层优化模型计及能量枢纽的运行可靠性,引入失负荷期望等可靠性指标作为约束。最后,为了确定配置方案,结合优化策略进行整体规划,同时得到各机组能量分配情况,对算例进行仿真分析。结果表明,提出的模型有利于负荷供应可靠性的提升。     

基于能源集线器的微能源网建模与多目标优化调度

提高能源利用率是实现能源可持续发展的重要举措。基于能源集线器的概念,提出了微能源网的通用化建模方法,得到线性的功率平衡方程。进一步地,以系统总收益最大化和能源利用率最大化为优化目标,构建了微能源网多目标优化调度模型。结合加权和法在Matlab和GAMS软件上求解得到多目标优化调度模型的Pareto前沿,并采用模糊隶属度函数求取最优折中解,作为多目标优化调度方案。最后,构建典型的微能源网进行验算。结果表明,所提出的通用化建模方法具有直观性和通用性,所提出的多目标优化调度模型能为调度决策者提供多维度的调度方案,兼顾了系统运行的经济性和高效性。     

耦合能量枢纽多区域电—气互联能源系统分布式协同优化调度

能量枢纽概念已广泛应用于集成电力、天然气及其他多种异质能源的综合能源系统的数学建模和优化。当多区域互联综合能源系统的基本决策主体转变为多个相互连接且自治运行的能量枢纽时,多个决策主体之间的交互将更为频繁和复杂,对整个综合能源系统进行集中式优化将难以为继。为避免集中式优化方法存在的数据采集量大、模型复杂、与实际运行管理模式不匹配等现实问题,针对多区域电—气互联能源系统的多主体分布自治决策特点,构建了以能量枢纽为基本决策主体的电—气能量流解耦机制,提出了与能量枢纽分布式粒度相适应的多主体协同优化调度模型,并给出了基于交替方向乘子法的分布式求解流程。针对两个耦合能量枢纽的电—气互联能源系统开展的算例测试结果验证了所述方法的有效性和准确性。     

含电转气及储能的综合能源系统多目标优化调度

为满足综合能源系统的多种能量管理及优化调度,构建了含电转气及储能的综合能源系统混合潮流优化调度算法.基于能源集线器理论,建立了含能量转换设备和能量储存设备在内的能量中心数学模型.在计及电力系统、天然气系统和耦合环节的相关约束后,以运行经济成本和污染气体排放量最小为目标,通过混合潮流优化调度方法得出多种方案;再利用模糊决策确定出最终调度方案.确定的调度方案可兼顾安全性、经济性、环保性等多种约束,保证综合能源系统的稳定运行.仿真结果表明,所提算法可以为综合能源系统和能量中心提供多维度的调度方案,引入电转气和储能装置后能有效减少综合能源系统运行的经济成本和污染气体排放量及在含电转气设备时应计及电转气运行成本对调度的影响.     

离岸微型综合能源系统多目标随机规划

离岸微型综合能源系统与海洋工程的生产工艺环节结合紧密,并独立运行。因此,如何在克服生产工艺环节或外界环境不确定性影响的同时,尽可能减少CO_2的排放,并尽量节省成本是其规划的难点。文中从综合能源系统优化规划的角度,根据能源集线器的思想,建立离岸微型综合能源系统的电-热-CO_2耦合模型,构建以总成本最小、CO_2排放量最少为目标,以电、热网络平衡等条件为约束,并考虑生产工艺环节和外界环境不确定性影响的多目标随机规划模型,进而利用多目标进化算法求解该模型,实现兼顾成本与环保的离岸微型综合能源系统多目标优化规划。通过海上油气平台群及全电舰船的微型综合能源系统的优化规划,验证了所提方法的可行性与有效性。     

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。     

基于能源集线器的区域综合能源系统分层优化调度

针对时变电价且运行方法灵活的中小型区域综合能源系统,提出一种基于能源集线器的分层优化模型。研究区域综合能源系统耦合关系和热电比可调机理,建立能源集线器扩展模型。计及包括用能替代的综合需求侧响应,以综合用能成本较低和用能能效较高为目标建立双层优化模型,采用Lagrange乘子法将下层目标KKT条件作为上层优化的可行性度量进行求解。对于具体ICES网络拓扑,考虑能量连接器的动态过程并计算混合潮流,选取电/热/气网运行状态评价指标,对多目标问题进行Pareto决策面搜索,应用模糊综合决策方法在机组分配方案中择优。算例验证了所提方法的有效性。     

含电-热-冷-气负荷的园区综合能源系统经济优化调度研究

综合能源系统是实现各能源系统间有机协调优化的重要途径。剖析电-热-冷-气4个子系统,构建以建设运行总成本为目标的园区综合能源系统经济优化调度模型;其次,利用非线性问题处理办法将所构建的调度模型转化为混合整数规划问题;最后,基于子系统独立运行和耦合调度的2种场景,结合分时电价调用混合整数规划软件对模型进行求解。结果显示,相对于独立运行方式,各子系统耦合调度运行能够灵活组合各能源转换设备,大大降低系统外部购能和系统总成本。     

基于二层规划的能源互联微电网能量优化调度方法

针对能源互联微电网能量优化调度问题,采用二层规划理论进行建模。以能量枢纽转化矩阵为上层决策变量,以系统综合运行成本最小为目标函数,构建上层模型;以电能子网、热能子网、气能子网以及交通子网的优化运行计划为下层决策者,以能源子网运行经济性指标为目标,计及各能源子网运行的必要约束,构建下层模型。分析得到模型的广义Nash均衡和Stackelberg-Nash均衡,采用反向学习机制改进帝国竞争算法,并采用改进的帝国竞争算法对所建立的模型设计求解流程。最后,算例分析表明,所建立的模型适用于多能互补协调的能源互联微电网能量优化调度问题,能充分发挥系统运行的经济性。     

考虑配电网重构的城市多能源配电/气/热网扩展规划

城市多能源配网(UMEDN)处于能源互联网末端,实现UMEDN的协同规划与运行对提升多能量供给的可靠性与经济性至关重要。从能源配送网络的角度出发,提出了融合配电网重构的配电/气/热网扩展规划模型。首先,构建了能源集线器的数学模型;然后,考虑城市配电网、配气网、配热网以及能源集线器的相关约束,通过小时级别时间尺度模拟UMEDN的运行工况,以总成本最小为目标,建立了混合整数二次规划模型。采用所提模型可得到能量源、配送管道及能源集线器的最优建设类型、投运时间以及建设位置。仿真结果表明考虑配电网重构以及能源集线器的UMEDN协同规划能显著提升系统可靠性,降低相关设备的配置容量,减少能量传输损耗,从而显著降低总体规划与运行费用。     

计及机会约束规划的园区能量枢纽经济调度

能量枢纽(Energy Hub, EH)是实现多种能源互补利用的载体,而园区级能量枢纽中存在着大量的不确定性因素,包含可再生能源出力波动、负荷预测偏差、机组故障、外界环境及用户用能规律等。构建了一个包含冷热电联产系统、蓄热设备、电动公交车换电站的商业园区能量枢纽模型,研究了在不确定性因素下园区能量枢纽经济运行问题。以最小综合运行成本为目标函数,提出了一种计及机会约束规划的园区能量枢纽经济调度模型,将燃气轮机热电备用出力、后备电力市场购电设置为能量枢纽机会约束。所建模型为典型的0-1混合整数线性规划问题,基于Matlab/Yalmip/Cplex解算器进行求解。算例分析了不同运行场景、置信水平对园区能量枢纽经济调度的影响,结果表明:所建立的模型能够协调多种能源的运行,可以为方案决策者在风险与经济之间提供参考。     

考虑综合能源站柔性调控作用的城市配电网多阶段规划方法

随着城市经济发展与终端用能电气化的普及,以制冷用电为首的电负荷需求持续增加且峰谷差情况愈发严重化,导致现有配电网运行负担逐渐加重。在此背景下,将综合能源站(IES)作为多能流耦合节点,在配电网中引入多能协调互补及蓄能移峰功能,计及多个阶段负荷发展及多类型负荷特征,提出在IES柔性调控作用下的配电网多阶段规划方法。基于IES能流结构及其运行机制,分别在不同气候类型地区负荷模拟场景下,以总规划期内投资与运行经济性最优为目标,建立由线路、变电站和IES构成决策对象的配电网双层多阶段规划模型,规划与运行层模型通过决策变量关联达成一体化协同求解。通过修改后的IEEE 33节点配电系统对所提方法的有效性进行校验,并进一步将所提方法应用于某地实际152节点配电系统,分析不同负荷特征下配电网规划运行效益、负荷峰谷差调节效果及IES运行状况,得出计及IES的城市配电网规划方法的实用性结论。     

一种计及能量枢纽不同运行模式的综合能源系统混合能量流求解方法

综合能源系统的混合能量流求解是后续能量综合管理与调控的基础环节。为避免传统统一求解能量流时可能存在的模型维度高、收敛性差等问题,同时充分考虑能量枢纽（energy hub,EH）在不同运行模式下对系统能流分布的影响,提出了一种计及EH不同运行模式的综合能源系统混合能量流求解方法:基于EH建模以及建立电、气、热各能源子系统的能流独立求解模型,划分典型运行模式,利用EH单元输入输出的钳制约束对各能源子系统的能流独立计算结果进行迭代校正,实现EH在不同运行模式下的能流流程化求解。算例结果表明,此算例适用于不同运行模式的混合能量流计算,且具有较好的收敛性与合理性。     

Double-layer Firefly Algorithm for Simultaneous Optimal Sizing and Operation of Energy Hubs

For economical and efficient use of local multi-carrier energy systems, energy hubs (EHs) were introduced as the best solution. EHs as one type of distributed generation have made the use of multi-carrier energy systems attractive with better energy conservation. To achieve the economic and environmental objectives of the EH, the sizes of its components need to be optimally selected. In addition, to check the incentive of the EH, it must be studied under operation. For this reason, the economic dispatch of the EH is to be carried out. However, the two objectives of optimal design and optimal dispatch have been previously addressed as two separate problems one step after another. In this paper, a double-layer firefly based optimization algorithm is proposed to both optimally size and dispatch the EH components, simultaneously. The two problems are combined in one multi-objective optimization problem. The objectives are to minimize the total capital and operational cost of the EH, minimize the system emission, and maximize the cost of exported energy to the network. The proposed algorithm is effectively applied to a commercial facility (hospital) as a case study.     

考虑蓄电池储能的配电网动态网络重构

随着分布式能源渗透率逐渐增高,用户侧负荷波动变大,电网很难一直保持其原有的较佳运行方式;而蓄电池储能技术的日渐成熟使其应用越来越广泛,削峰填谷的效益也被认可.考虑到蓄电池储能在配电网中的应用,会对未来配电网络进行动态重构.具体以网络损耗最小为目标函数,考虑网络拓扑约束、节点电压约束、支路电流约束和潮流平衡约束等,建立上层优化模型进行网络重构;以收益最大为目标函数,考虑储能充放电功率约束等,建立下层优化模型制定充放电策略;通过嵌入fmincon函数的遗传算法对双层优化模型进行求解;最后以修改的IEEE33节点系统作为算例,验证了所提方法的有效性.     

微能源网多能源耦合枢纽的模型搭建与优化

多能源耦合枢纽作为微能源网的核心部件,其系统模型的准确性将影响微能源网的运行效率。文中针对一种包含太阳能和风能发电系统、储能系统、有机朗肯循环系统、传统冷热电三联供系统的多能源耦合枢纽,综合考虑负荷需求、价格因素和环境因素,以系统运行成本、一次能源消耗量和碳排放量最小化为目标,建立了微能源网中多能源互补的多目标优化模型;采用粒子群算法对发电机和储能的运行策略进行求解,得到最优目标。最后,与微电网进行对比分析,验证了多能耦合系统在提高能源利用率和减少碳排放方面的优势。