基于GMM及多点线性半不变量法的电-热互联综合能源系统概率潮流分析

提出了一种计及相关性的基于高斯混合模型(GMM)的多点线性半不变量法电-热互联综合能源系统概率潮流(PPF)计算方法。构建了电-热互联综合能源系统潮流模型,采用GMM建立电-热互联综合能源系统源荷不确定模型,针对其输出变量的不确定性提出了基于半不变量法的电-热互联综合能源系统PPF计算方法,定量计算出相关输出状态变量的概率密度函数。由于电-热互联综合能源系统中存在非线性问题导致线性化误差增大,采用多点线性的方法来克服这一难题。并且所提PPF方法进一步考虑了电-热负荷之间的相关性。最后,采用Cornish-Fisher级数展开拟合状态变量概率分布,在改进的巴厘岛电-热互联综合能源系统算例中验证了所提方法的快速性、准确性和实用性。     

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。     

考虑源荷双重不确定性的电气互联综合能源系统分布鲁棒优化调度

针对电气互联综合能源系统中不确定因素对运行调度带来的风险问题,提出一种考虑新能源负荷双重不确定性的电气互联综合能源系统分布鲁棒优化调度模型。以系统运行总成本最小为目标函数,建立电气互联综合能源系统随机规划模型,采用矩不确定分布鲁棒优化方法(DRO-MU),构建风电出力和电力负荷的矩不确定集合,在源荷双重不确定集合下将随机规划模型转化为矩不确定分布鲁棒优化模型,通过拉格朗日对偶原理将鲁棒模型转化为确定性的半正定规划模型进行求解。仿真结果表明,与不考虑或仅考虑新能源、负荷不确定性相比,考虑源荷双重不确定性的DRO-MU模型运行成本有所增加,但方案降低了不确定性因素给系统运行带来的风险,且更加符合实际。与随机优化方法和传统鲁棒方法相比,DRO-MU方法既保证了调度策略的鲁棒性,又克服了其过于保守的问题;随着源荷矩不确定集范围的增大,系统运行成本增加,通过合理设置二者矩不确定集范围,实现系统经济性与鲁棒性的平衡。     

源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行

冷热电综合能源系统是促进多种能源综合利用的重要载体,也是能源互联网发展的重要基础.为实现源荷双重不确定时冷热电综合能源系统的运行优化,并充分发挥源荷储各环节的调控潜力,本文提出了一种考虑源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行方法.首先采用非参数核密度估计与概率场景抽样相结合的方法对综合能源系统中源荷不确定性进行挖掘和表征,在此基础上,全面考虑储电、储冷、储热等多种能源存储形式及负荷需求响应措施,建立了源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行模型.针对模型中能源存储设备的运行时段耦合约束和日运行能量平衡约束等带来的复杂多阶段决策问题,提出基于序列二次规划算法的模型求解方法.以某典型冷热电综合能源系统为测试算例,对不考虑储能、不考虑需求响应及详细考虑源荷储协调的多种情形进行了对比分析,结果证明了所提模型和方法的有效性.     

考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度

为推动我国高比例清洁能源接入和高比例跨区电力输送的新型互联电力系统建设,降低源荷不确定性对清洁能源跨区消纳和省内-省间电力平衡的影响,提出考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统优化调度方法。首先,设计了计划-市场双轨制下新型互联电力系统省内-省间双层优化调度模式。其次,采用矩不确定集合刻画风光发电和负荷功率的不确定性,并提出由此引起的系统弃风弃光分布鲁棒条件风险度量模型。最后,以省间和省内总购电成本最小为目标,建立新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度模型,并通过对偶优化理论将该模型转化为易求解的半定规划问题。数值仿真结果表明,所提模型促进了西部地区清洁能源跨省跨区消纳,降低受端系统运行成本的同时,有效提高了系统应对源荷功率不确定性波动的能力。     

考虑空调负荷和柔性热负荷响应的综合能源系统储能鲁棒优化配置

针对园区综合能源系统储能的容量配置问题,为提升在源–荷不确定性下的系统规划与运行的经济性,提出考虑空调负荷和柔性热(冷)负荷日内响应源–荷不确定性的电/热混合储能的鲁棒配置方法。首先构建了空调负荷和柔性热(冷)负荷应对源–荷不确定性的日内响应模型。其次在考虑系统多能互补的基础上,基于日前优化运行与日内响应,以年化运行成本和投资成本最低为目标函数,建立电/热混合储能鲁棒优化配置模型。最后通过算例验证了本文储能的配置方法对系统规划–运行的经济性的提升效果,分析了考虑负荷日内响应源–荷不确定性和源–荷预测精度对储能配置容量的影响。     

计及源荷不确定性和变工况特性的区域综合能源系统优化调度

为保证系统的经济可靠运行,考虑了荷源不确定性及能源耦合设备的变工况特性对系统运行的影响。首先,基于能源梯级利用原理,建立了包含风电、燃气轮机、电转气（P2G）及多种能源耦合设备的区域综合能源系统（RIES）架构;其次,通过构建动态能源集线器（DEH）模型,分别从能源供需双侧反映设备变工况特性对系统能源耦合的影响。同时,以系统调度成本最小和碳排放量最少为目标,将确定性的系统约束转换为基于可信性理论的模糊机会约束,构建了考虑源荷不确定性和设备变工况特性的RIES模型。最后调用CPLEX求解器对模型进行求解。结果表明,所建模型可以有效描述系统的不确定性风险,促进风电消纳,提升系统的经济性与低碳性。     

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。     

基于机会约束规划的电气互联综合能源系统随机最优潮流

综合能源系统是未来能源利用的发展趋势,其中电力系统和天然气系统的联系最为紧密,但随机因素的增加也给综合能源系统的安全稳定运行带来了挑战。针对电-气互联综合能源系统的最优潮流问题,考虑风电场出力的随机性以及电力负荷、天然气负荷的随机性,建立其机会约束规划模型,并采用基于半不变量法和内点法的启发式算法进行求解。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络构建电-气互联综合能源系统,分析比较了不同置信度水平和不同波动性情形下系统运行状态以及运行成本的变化,并与确定性情形对比,结果表明机会约束规划模型有助于提高电-气互联综合能源系统运行的安全性。     

计及电转气精细化模型的综合能源系统鲁棒随机优化调度

利用综合能源系统的多元消纳技术和多元存储技术辅助解决可再生能源就地消纳问题,将电转气(power to gas,P2G)细分为电转氢气和电转天然气,考虑电解槽、甲烷反应器的实际运行特性,以及氢储能的充放过程,建立P2G精细化模型。在含P2G的综合能源系统中,针对可再生能源预测误差相对较大、负荷预测精度相对较高的特点,在源侧采用鲁棒优化的工程博弈模型处理风电不确定性,在荷侧利用随机优化方法处理负荷不确定性,构建计及电转气精细化模型的综合能源系统鲁棒随机优化调度模型。算例结果验证了所提模型的有效性和可行性,相较于一般的P2G模型,所提精细化P2G模型细致表现了P2G技术的能源耦合方式,同时,综合能源系统鲁棒随机优化调度模型有利于兼顾系统调度成本和可靠性。     

计及需求响应不确定性的园区综合能源系统日前经济优化调度

园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)通过多能互补可显著提升其运行经济性,然而园区可控资源响应的不确定性会给日前调度策略的制定带来挑战,为此提出了一种考虑综合需求响应及其不确定性的园区综合能源系统日前经济优化调度策略。文章首先运用三角模糊数描述光伏、负荷预测功率以及柔性负荷响应量的不确定性,建立计及不确定性的日前调度模型;然后以系统总运行成本最小为目标,对系统供需两侧可控资源进行协同优化,并根据模糊规划理论,将模糊期望约束和模糊机会约束等效转换为确定性约束形式便于求解;最后通过算例验证了所提策略通过综合需求响应可有效降低系统运行成本,并分析了模糊机会约束置信水平对系统运行成本的影响。     

基于深度强化学习的微能源系统优化调度

微能源系统是城市配网终端的重要聚合部分,其应对源荷随机特性的能力为城市配网稳定运行提供了有效支撑。针对城市工业园微能源系统提出一种考虑源荷随机波动的动态调度方法。考虑工业园多种可调度资源对微能源系统的经济调度构建数学模型,然后将构建的微能源系统经济调度模型表示为具有连读动作调节的深度强化学习（DRL）模型,最后采用双延迟深度确定性策略梯度算法获取DRL模型下的动态连续调度策略。所提方法不仅避免对源荷随机波动的不确定性进行建模,同时也避免了离散Q学习的可调节设备出力不连续性。仿真结果表明所提出的动态调度方法具有更好的经济性和自适应性。     

考虑源荷互动的电力系统多目标优化调度

提出了一种考虑需求侧响应不确定性的电力系统日前优化调度方法。首先基于价格弹性系数矩阵,考虑其不确定性,构建计及需求侧间接控制的电力系统优化调度模型,该模型以社会福利最大为优化目标,同时考虑系统的实际运行约束;然后,针对模型求解复杂度高的问题,提出了一种不确定性的序优化算法对模型进行求解。基于IEEE30节点算例的仿真结果表明,对提出的调度方法,由于充分考虑了源荷侧调度资源的不确定性,可以有效提升系统的运行效益,提升其精细化水平。     

计及源-荷预测不确定性的微电网双级随机优化调度

风光储微电网接入高渗透率的可再生能源对其经济运行构成了巨大的挑战。针对这一问题,提出了计及源-荷预测不确定性的微电网双级调度策略。在日前调度阶段,以多场景下的期望运行成本最低为优化目标,构建了基于多场景技术的随机优化调度模型。利用场景分析法对日前风电、光伏和负荷预测进行场景分析;建立了多场景下含不确定变量的功率平衡方程,并将其松弛为不等式后作为一个随机事件使其以较高的概率满足机会约束;此外,用机会约束规划构建了旋转备用容量的可靠性约束模型,使微电网在一定的置信水平下满足系统的可靠运行。在日内调度阶段,提出了结合自适应小波包算法的日内滚动调度模型。利用自适应小波包算法动态提取每一控制周期内超短期预测数据与日前调度计划之间的功率偏差,并由蓄电池、超级电容器和主网供电共同平抑。     

考虑柔性负荷响应不确定性的多时间尺度协调调度模型

针对柔性负荷实际响应的不确定性,以及各类柔性负荷在多时间尺度上的响应特性,提出了考虑柔性负荷响应不确定性的多时间尺度协调调度模型。首先,基于消费者心理学原理并计及柔性负荷响应不确定性的变化规律,建立了价格型需求响应(DR)的响应量模型。然后,在考虑实际响应误差的基础上,制定了激励型DR的激励机制,并基于上述不确定性分析建立了可转移负荷、可平移负荷和可削减负荷的响应模型。最后,从多时间尺度协调的角度,对柔性负荷、常规机组和风电进行协调优化,构建了日前—日内—实时的协调调度模型,并根据模糊机会约束规划理论和混合整数规划方法进行求解。算例分析验证了所提模型的有效性,通过考虑柔性负荷响应的不确定性及多时间尺度上的协调优化,能够实现削峰填谷,提高风电消纳,并降低电网调度的成本。     

基于代理技术的广域源-荷双层递阶协同优化调度模型

广域民用负荷参与需求响应目前已成为促进风电消纳的新途径,然而广域民用负荷的调节时序特性复杂,使其在电网层的优化调度中难以对广域民用负荷进行直接调度.为此,提出了一种基于代理技术的广域源-荷双层递阶协同优化调度模型.在负荷代理分区聚合广域民用负荷的基础上,上层(电网调度层)模型基于负荷代理内聚合负荷的简化调节能力,考虑负荷调节时序的不确定性,协同优化风电、常规电源和负荷代理的初始调度计划;下层(负荷代理层)模型考虑民用负荷个体的调节性能约束,以与负荷代理的初始调度计划偏差最小为目标,优化得到民用负荷个体的调度计划;在上、下层模型之间引入递阶协同优化环节,将下层模型的优化解反馈传递给上层模型,以修正风电场、常规电源的初始调度计划,形成最终广域源-荷调度方案.算例仿真结果验证了所提模型的有效性和优越性,表明所提模型能在保证优化效果的同时显著提升求解效率,为广域民用负荷直接参与电网优化调度提供一种切实可行的解决思路.     

基于机会约束的主动配电网热泵日前调度模型及可解性转换

采暖热泵的大规模接入导致当地配电网需要大面积扩容改造,而采暖负荷日峰谷差大,因此设备利用率低。为了降低配电网扩容成本,提高设备利用率,需要研究有序用电策略。作为有序用电策略的重要组成环节,热泵日前调度决策面临很强的源荷预测不确定性。文中提出了一种基于机会约束的热泵日前调度模型,可以有效处理源荷不确定性。进一步将该机会约束模型转化为确定性混合整数二阶锥规划模型,可被有效求解。算例系统测试表明,该优化调度策略可在保证室内温度舒适度的前提下降低配电网和相关台区的峰谷差。     

计及需求响应的电动汽车充电站多时间尺度随机优化调度

电动汽车充电站源-荷资源优化互补与多时间尺度协调配合,能够降低充电站运营成本,减小源-荷随机性对系统调度策略的影响。提出一种计及需求响应的电动汽车充电站多时间尺度随机优化调度模型。在日前阶段,以日运行成本最小为优化目标,采用条件风险价值(CVaR)度量不确定性风险。同时引入价格型和激励型需求响应优化充电站净负荷曲线,构建了计及运行风险约束的充电站多场景优化调度模型。在此基础上,以日前期望值调度策略为参考,提出基于模型预测控制(MPC)的电动汽车充电站日内滚动优化和反馈校正控制方法,从而降低净负荷预测精度不足对优化决策的影响。最后,以某实际电动汽车充电站为算例进行仿真分析,验证了所提模型的可行性,并分析了需求响应以及不确定性风险偏好对充电站运行的影响。     

考虑综合需求响应混合不确定性的综合能源系统优化调度策略

综合需求响应(integrated demand response,IDR)是挖掘综合能源系统(integrated energy system,IES)负荷侧调节潜力的主要手段。然而,IDR用户的用能行为具有随机性、模糊性相耦合的混合不确定性特征,由此产生的IDR不确定性不仅会给调度策略的制定带来挑战,而且会对系统的可靠性产生影响,甚至可能引起负荷断供。针对上述问题,首先提出了基于改进PMV-PPD(predicted mean vote-predicted percentage of dissatisfied)指标的用户参与意愿评估模型;其次,基于云模型理论,建立了考虑混合不确定性的价格型IDR模型;在此基础上,综合考虑各类能源响应量边界和价格弹性系数等因素的不确定性,提出了IES优化调度策略。算例结果表明所提的IES优化调度策略可以更好地应对IDR不确定性带来的负荷波动,有效提升系统可靠性。