多能源市场环境下综合能源服务商的需求响应策略研究

随着综合能源系统的发展及其市场化运行的推进,研究多能源市场环境下综合能源服务商的需求响应策略,具有重要的理论和现实意义。首先建立多个综合能源服务商与电力、天然气市场互动的双层决策模型,其中上层模型描述发电商和天然气商以供应函数投标方式分别参与电力、天然气市场竞争的博弈行为,下层模型描述多个综合能源服务商响应电力、天然气市场价格,进行购电、购气、用电、用热策略以及天然气调度策略决策的综合需求响应行为。利用势博弈理论求解该双层模型,将上层模型的求解转化为电力、天然气市场序数势函数的求解,将下层模型的求解转化为精确势函数的求解,并从理论上证明了双层模型解的唯一性。在此基础上,考虑到实际应用中信息的不完全性,利用分布式算法对模型进行求解。最后算例仿真表明,采用综合需求响应能减小电力、天然气市场的价格差异,增加需求侧利润,增加社会福利,提高平均用电效用系数和平均气转电效率,均能增大社会福利。     

计及综合能源服务商参与的电力系统低碳经济调度EI北大核心CSCD

针对包含电力、热力、天然气负荷的综合能源服务商在电力市场与天然气市场中的可调度价值,建立了一种考虑综合能源服务商响应的电力系统低碳调度模型。首先,提出了计及能源转换装置运行成本及碳排放量的综合能源服务商优化调度策略;然后建立了电力–天然气联合市场运行机制;最后在市场环境下建立了电力、天然气、综合能源服务商的联合优化模型,并通过交替方向乘子法进行求解。算例分析表明,在电力、天然气市场中考虑综合能源服务商响应可以降低电力系统的碳排放量以及整个系统的运行成本,碳交易机制及综合需求响应是从发电侧和负荷进行碳排放管理的有效手段。     

计及综合能源服务商参与的电力系统低碳经济调度

针对包含电力、热力、天然气负荷的综合能源服务商在电力市场与天然气市场中的可调度价值,建立了一种考虑综合能源服务商响应的电力系统低碳调度模型。首先,提出了计及能源转换装置运行成本及碳排放量的综合能源服务商优化调度策略;然后建立了电力–天然气联合市场运行机制;最后在市场环境下建立了电力、天然气、综合能源服务商的联合优化模型,并通过交替方向乘子法进行求解。算例分析表明,在电力、天然气市场中考虑综合能源服务商响应可以降低电力系统的碳排放量以及整个系统的运行成本,碳交易机制及综合需求响应是从发电侧和负荷进行碳排放管理的有效手段。     

基于服务商引导的综合能源系统源-荷协同优化方法

随着能源市场的逐步开放,大量市场因素涌入传统集中式优化调度策略。在此背景下,以园区综合能源系统(community integrated energy system,CIES)优化运行为应用场景,提出了基于综合能源服务商(integrated energy services provider,IESP)引导的源-荷协同优化运行模型。在需求侧,考虑园区可转移电、气负荷以及建筑物维护结构虚拟储热特性建立综合需求响应(integrated demand response,IDR)策略。在供给侧引入综合能源服务商以代替能源网络引导多能协同灵活交易,综合考虑园区用能需求、响应反馈以及主网与园区联络线电交互功率变化情况优化电-气联合价格信号。通过粒子群结合混合整数线性规划的双层优化算法对上层服务商的价格信号及下层园区需求响应、经济调度等行为进行分层优化,考虑供需双侧互动过程中的相互影响,循环迭代求解出各方追求利益目标时的交互策略。算例仿真表明所提模型可在保障园区的参与满意度、用能经济性的基础上挖掘其响应潜力,对园区与主网间电交互功率进行“削峰填谷”,优化配置系统能源资源,提高系统整体经济性。     

考虑风险规避的综合能源服务商能源购置策略

需求响应是未来综合能源服务商应对上游能源市场价格波动、降低自身经营风险的重要手段。基于未来综合能源服务商的基本运营模式,构建用户不同类型负荷的可响应特性模型;基于条件风险价值模型,以综合能源服务商在不同类型能源市场中的能源购置成本最小为目标,构建用户需求响应资源的两阶段随机调控模型。通过算例仿真,分析需求响应实施、储热设备接入以及天然气分时价格对综合能源服务商经营成本、风险水平以及能源购置策略的影响。     

计及灵活热负荷的综合能源服务商购电策略

作为未来综合能源系统背景下的能源零售主体,综合能源服务商需要对用户不同类型的需求响应（demand response, DR）资源进行有效调控,从而应对不同类型能源市场的价格波动风险,优化市场购电策略,降低能源购置成本。首先根据未来综合能源服务商的基本运营模式,构建了用户不同类型负荷响应特性模型;其次,针对综合能源服务商在运营过程中面临的主要不确定性因素,以其在不同类型市场中能源购置成本最小为目标,构建了计及DR资源的两阶段随机市场购电决策模型。最后通过算例仿真,验证了随机模型的有效性,分析了灵活供热负荷对综合能源服务商购电策略的影响。     

考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应模型

针对天然气压力能利用模式单一及调压站冷能利用困难导致的能源利用率低等问题,提出天然气高压管网压力能发电和冷能综合利用集成方案,并针对调压站地理特性及各能源供给波动性导致的能源供应不稳定等问题,构建了天然气压力能与电、气、冷、热等多种能源相结合的微型综合能源网架构,实现其多能耦合互补;同时,通过价格型和激励型2类响应建立气-电综合需求响应模型,前者基于价格弹性矩阵建立气负荷和电负荷的需求响应模型,后者通过补贴激励的方式对天然气管网进行调峰。综合考虑该微型综合能源网的能耗成本、运维成本、环境成本及需求响应,构建考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应优化调度模型,计算分析了不同场景下微能网电-气-冷能的优化调度结果,对所提出的集成方案及气-电需求响应模型的可行性与有效性进行了验证。     

考虑多尺度需求响应的跨区域综合能源系统运行策略

在考虑跨区域综合能源系统多能交互的基础上,提出一种考虑多尺度需求响应的优化运行策略。首先针对响应时间建立多尺度需求响应,包括邀约需求响应和实时需求响应,其中邀约需求响应分为日前24h邀约响应模型和日内4h邀约响应模型,实时需求响应建立日内15min实时响应模型;其次考虑电、热、冷、气不同负荷在不同时间尺度下的响应比例不同,建立多时间尺度下不同比例负荷需求响应模型。最后,建立由跨区域能源服务商发布需求响应信息、负荷聚合商参与需求响应、调整用能时间和方式的跨区域综合能源系统运行模型,跨区域能源服务商利用优化后的负荷曲线调整系统内部的机组出力和系统间的功率交互。算例结果有效地论证了所提运行策略的合理有效性,各区域综合能源系统的利润和负荷聚合商的综合效益均有所提高。     

考虑碳排放分摊的综合能源服务商交易策略

为寻求在满足用户用能需求的同时降低系统碳排放的有效途径,提出了一种考虑碳排放分摊的多综合能源服务商能源交易策略。基于网络流模型实现碳流追踪并联合Shapley理论建立了综合能源服务商碳排放成本计算模型。应用Nash议价理论构建了多综合能源服务商合作博弈运行模型,将综合能源服务商碳排放成本引入优化目标函数,并利用分布式算法求解最优能源交易量和交易费用。基于由修改的IEEE 39节点电网和12节点气网构成的多综合能源服务商系统进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性。     

基于综合需求响应的气—电联合分时定价优化模型

随着综合能源系统的发展,天然气网和微电网将深度耦合,天然气和电力的分时定价可提高多能源综合利用水平,优化能源资源配置。考虑天然气和电力综合需求响应,以及"天然气—发电—供电"三方价格联动,建立了气电联合峰谷分时定价优化模型。该模型以单位电量平均发电能耗成本最小为目标函数,以实施气电联合分时定价时各方利益不受损为约束条件,对气电重峰与错峰两种运行方式进行仿真。结果表明,两种方式均存在最优的天然气和电力分时价格;与重峰运行相比,错峰运行的最优联合分时价格差异更显著,削峰填谷效果更好,更节能;验证了模型在技术和经济上的有效性,可实现天然气网和电网耦合条件下的合理定价。     

基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统低碳经济运行

燃气轮机等发电技术为低碳电力提供了一条有效途径,"能源互联网"的提出也使得天然气网络与电力网络的联系更加紧密。文中提出了一种电—气互联综合能源系统的联合经济运行模型,并引入碳交易机制,以综合能源系统发电能源成本与碳交易成本之和最小为目标函数,综合考虑了天然气网络和电力网络的安全约束。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络进行算例分析,通过燃气轮机建立两个网络之间的耦合,分析比较了基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统和单纯火电机组电力系统低碳经济模型下的运行状态,验证了所提出模型的有效性。最后,分析了碳交易价格、天然气价格及天然气网络约束对系统运行的影响。     

综合能源系统能效评估的终端低碳运行研究

供电商向综合能源供应商的转型发展在能源互联网大背景下顺应而出。提出一种分层综合能源服务商低碳运行模式,上层综合能源服务商保证源端供能设备低碳运行,下层综合能源服务商保证终端耗能设备低碳高效运行。基于综合能源系统低碳指标,优化终端用户节点混合供能运行模式,并通过终端用户侧碳减排率以及全天综合能源利用率对不同低碳供能模式进行评估分析。通过优化仿真可得出,电蓄热锅炉的加入对于混合供热节点处的碳减排效果显著,而在混合供热节点处燃气锅炉的辅助供热对综合能源利用率提升具有明显成效。     

考虑随机性的区域综合能源系统多目标日前优化调度方法

为了满足终端用户对电力、天然气以及热能等多类型用能需求,实现对区域范围内的配电系统、配气系统以及能量中心（energy center, EC）系统的多维度优化调度和能量管理,同时考虑新能源发电设备以及负荷等不确定性因素带来的影响,该文提出了一种考虑随机性的区域综合能源系统（integrated community energy system, ICES）多目标日前优化调度方法。首先,构建了ICES中配电系统、配气系统以及EC系统的数学模型;随后,基于机会约束法构建了多目标随机优化数学模型,以最小化运行成本和温室气体及污染气体排放量为目标函数,采用NSGA-II优化算法对多目标随机优化问题进行求解;最后,针对一个典型的ICES进行考虑随机性的多目标日前优化调度分析。结果表明所提方法能够为系统调度员提供一系列可选方案,优化结果合理反映了随机性条件下ICES的运行特性,能够满足多种能源系统的潮流约束,实现了ICES在随机性条件下的经济环保运行。     

电力-天然气集成能源系统的统一规划模型与Benders解耦方法

近年来随着天然气发电渗透率的逐步提高,电力系统规划和运行时就需要适当考虑天然气系统的影响。同时,多能源互联代表了未来能源系统的发展趋势之一。这样,电力系统和天然气系统的统一规划和运行就成为值得研究的重要问题。在此背景下,在考虑天然气系统稳态潮流模型的基础上,对电-气集成能源系统的统一规划进行了初步探索。首先,研究了考虑电力系统和天然气系统边界条件约束的电-气集成能源系统的统一规划问题,对燃气电厂、输电线路、天然气供给站、天然气管道的选址和定容进行优化,构造了混合整数非凸非线性规划模型。接着,采用Benders解耦将该混合整数非凸非线性规划问题简化为双层主、子问题,并分别采用高效的商业求解器CPLEX和IPOPT迭代求解。最后,采用所构建的包括54节点电力系统和19节点天然气网络相互耦合的电-气集成能源系统,说明了所发展的基于Benders解耦的统一规划模型的可行性。     

考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标运行优化

摘 要：以电力-天然气集成系统为代表的综合能源系统可以充分利用各类能源载体的运行特性,提升电力系统接纳间歇性可再生能源发电的能力。另一方面,电-气集成系统的整体运行费用、消纳间歇性可再生能源发电能力和网络损耗与风电等间歇性可再生能源发电的渗透水平率密切相关,因此有必要对考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标优化运行策略展开研究。首先,以最小化电-气集成系统运行费用、弃风成本和网络损耗为目标函数,建立考虑风电消纳能力的电-气集成系统运行优化的多目标混合整数非线性优化模型。接着,对优化模型中的非线性约束条件进行线性化处理,将原模型转化为混合整数线性规划问题。然后,利用基于增强ε约束的多目标优化方法求解所建立的优化模型,获得帕累托最优解集,并采用模糊综合评估方法寻找最优折中解。最后,利用修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气集成系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。     

考虑电动汽车影响的农村家庭新能源容量优化配置方法

针对以光伏发电为主体的农村家庭新能源系统容量优化配置问题,从用户经济效益的角度出发,提出一种将电动汽车（electric vehicle,EV）用作储能装置且考虑用户出行需求的农村家庭新能源系统全寿命周期优化配置方法。首先构建了以系统年均用能成本最小和自发自用率最大为目标的优化配置模型,并结合市场电价机制及EV的使用需求制定了新能源系统综合运营模式,然后以粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法求解得到家庭新能源系统中分布式电源的最优配置容量。最后,基于河北省石家庄某典型农村家庭实际用电负荷数据和气象参数进行仿真实验,结果表明：将EV与光伏出力结合,可以有效提高系统能源利用效率,减小家庭用能成本。     

考虑电动汽车影响的农村家庭新能源容量优化配置方法

针对以光伏发电为主体的农村家庭新能源系统容量优化配置问题,从用户经济效益的角度出发,提出一种将电动汽车（electric vehicle,EV）用作储能装置且考虑用户出行需求的农村家庭新能源系统全寿命周期优化配置方法。首先构建了以系统年均用能成本最小和自发自用率最大为目标的优化配置模型,并结合市场电价机制及EV的使用需求制定了新能源系统综合运营模式,然后以粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法求解得到家庭新能源系统中分布式电源的最优配置容量。最后,基于河北省石家庄某典型农村家庭实际用电负荷数据和气象参数进行仿真实验,结果表明：将EV与光伏出力结合,可以有效提高系统能源利用效率,减小家庭用能成本。     

考虑不确定性的综合能源供应商日前优化运行策略

综合能源供应商作为多能源供应主体,可以参与市场化交易。为探索综合能源供应商在电力市场环境下新的盈利点,构建了考虑需求响应的多主体互动机制,并充分考虑光伏出力、多元用能需求、市场电价以及需求响应资源潜力的不确定性,采用区间优化方法构建了表征综合能源供应商日前运行优化问题的混合整数线性规划模型,得到综合能源供应商的购能、设备运行以及需求响应资源调用等策略。算例验证结果表明,需求响应机制可以有效降低购电成本,增加综合能源供应商的运行收益。     

计及柔性负荷和换电站的综合能源系统优化调度

在“碳达峰，碳中和”背景下，未来能源发展将由单一的能源系统向综合能源系统转变。随着电动汽车车网互动技术的发展与应用，柔性负荷占比的显著提升，综合能源系统中的可调度资源将愈加丰富。在此背景下，本文将含电动汽车换电站和多类型柔性负荷的综合能源系统作为研究对象。首先，建立包含风电、储能、热电联产机组、燃气锅炉等设备的综合能源系统模型。其次，在计及电、热、气柔性负荷响应的基础上，将电动汽车换电站的充放电特性考虑到综合能源系统的优化调度中，以系统运行成本最小为目标，构建综合考虑多类型柔性负荷响应和换电站有序调度的综合能源系统优化模型。最后采用Yalmip进行建模并调用Cplex求解器对模型求解。算例结果表明，调度周期内系统运行成本降低了13.04%，风电消纳率提高8.65%，负荷峰谷差降低24.58%，验证了所提模型在降低系统运行成本、削峰填谷以及消纳风电等方面的有效性。