基于热网储热特性的电-热系统联合经济调度

针对含高比例热电机组的电力系统如何提高调峰能力并减少弃风问题,以最小弃风电量为目标,提出一种基于热网储热特性的电-热系统联合调度策略,构建电-热系统联合经济调度模型。热网具有储热特性,通过对热网蓄放热进行有序地调控,在短时间内调整热电机组供热量改变机组发电水平,降低供热和发电的耦合程度,能够保证热需求的同时提高机组的调峰能力。采用改进的粒子群算法对所提模型进行求解,仿真结果表明所提策略可有效提高系统风电消纳水平,减少弃风量。     

考虑风电场景缩减的多区域综合能源系统容量配置

以冷-热-电联供为核心的综合能源系统(IES)能有效提高能源利用率和供能灵活性。文章针对大规模风电接入对IES规划和运行的影响,提出了一种考虑风电场景缩减的多区域综合能源系统容量配置方法。采用混合度量的改进k-means算法对风电历史数据进行聚类,判定聚类场景数目和聚类中心;在充分考虑热网损耗和延迟效应的基础上,建立包含热网管道、节点、换热器的详细热网模型;通过热网连接多个区域综合能源系统,建立以系统年投资成本、运行成本和弃风惩罚成本之和最小为目标函数的多区域综合能源系统容量配置模型。仿真结果表明,该模型能大幅降低设备配置容量和系统运行费用,提高风电消纳率。     

考虑系统故障随机性的电热联合系统备用与DNE分布鲁棒协同优化调度

为实现电热联合系统的安全稳定运行,提高可再生能源消纳,提出考虑系统设备故障随机性的电热联合系统备用与“不超过”（DNE）分布鲁棒协同优化调度模型。首先,以常规机组和热电联产机组运行成本最小为综合优化目标,电功率平衡约束、热功率平衡约束等为约束条件,建立确定性电热联合系统优化调度模型;其次,在综合考虑风电功率、设备故障随机性以及DNE极限基础上建立电热联合系统分布鲁棒优化调度模型;最后,以修改的9节点系统为例,验证了所提模型可有效提高风电消纳率和系统的经济性。     

计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性评估及提升研究

区域综合能源系统韧性评估涉及电力、燃气、冷热及建筑物等多元素特性,极端自然灾害的发生可能造成区域综合能源系统基础设施的严重损坏,尽管现有方法已部分考虑了区域热网动态特性,但对于长时间供热缺失造成的用户生命健康影响考虑不足。针对这一问题,提出了考虑用户热耐受度的韧性评估及提升方法。首先,建立了建筑物室内环境和用户热舒适度的耦合关系模型,提出了计及用户热耐受度的韧性评估指标,进而提出面向区域综合能源系统的韧性评估流程。其次,建立了极端天气灾前、灾中和灾后三阶段的韧性提升调度优化方法,实现了区域综合能源系统运行成本和停供能损失的兼顾。最后算例分析表明,所提方法填补了传统区域综合能源系统韧性分析中对于用户生命健康考量的缺失,实现了多能源经济效益和用户感受的双重提升。     

基于供热系统热惯性供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳研究

针对我国供热机组占比高的北方寒冷地区特别是东北地区的电网,在冬季供暖期间存在严重弃风的问题,提出了利用供热系统的蓄热特性,供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳的方法,并建立了供热系统热惯性数学模型和含供热系统热惯性供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳的数学模型。结合案例的详细计算说明了配合电网在用电高峰时段,采取供热机组对建筑物提前蓄热的办法,蓄热时间为6. 44 h,在电网低负荷时,供热机组降适当减少供热量进而减少电负荷,利用建筑物和热网的蓄热量满足供热要求,放热时间为8. 26 h,从而获得更加深度调峰容量空间协助电网度过低谷并消纳风电等可再生能源,具有可行性和可操作性。供热机组按最小抽汽量114. 3 t/h运行时,每台机组可为风电并网增加约162. 96 MW的容量。     

电热泵与燃气锅炉辅助方式下电-热-风耦合调度策略研究

针对中国北方采暖期电网调峰能力不足及风电消纳困难的问题,引入热电联产机组系统中风-电-热供需不同步的矛盾,并通过燃气锅炉的快速响应特性提高供热系统的调节能力,构建电热泵与燃气锅炉辅助消纳风电方式下电热系统联合运行场景,建立该场景下的电-热耦合优化调度数学模型,并利用粒子群优化算法对其进行求解。仿真结果表明:该电-热耦合系统调度模型能有效提高风电利用效率,降低北方地区供暖期弃风率,减少电热耦合功能系统运行煤耗,有助于实现低碳化能源供给。     

考虑电转气消纳风电的电-气综合能源系统两阶段鲁棒协同调度

针对传统随机规划方法和区间优化方法处理风电出力不确定性的不足之处,该文提出含电转气设备的电力-天然气综合能源系统两阶段鲁棒协同调度模型,并考虑天然气网络运行约束对燃气轮机和电转气设备调度出力及备用配置的影响。模型以风电基准场景下系统的日前调度运行成本及最劣风电场景下实时调度成本之和为目标函数,建立具max-min结构的双层优化模型,并在主/子问题求解框架下采用列约束生成（C&CG）方法进行求解。最后,在Matlab平台下构建仿真算例验证所提鲁棒协同调度模型的有效性。     

考虑热惯性的居民楼宇综合能源系统日前运行优化

针对居民楼宇中部分热负荷的热惯性特征,提出了一种考虑热惯性的居民楼宇综合能源系统日前运行优化方法。首先,建立了居民楼宇综合能源系统的典型结构和数学模型,探究能源供给、转换、分配、存储的机理;其次,基于线性能量平衡法,采用微分方程描述楼宇制冷采暖系统和生活热水系统的热惯性特征,并将上述方程差分化;再次,以综合成本最小为目标,考虑购能约束、功率平衡约束、热惯性约束、备用容量约束等,建立日前运行优化模型,并将上述模型转化为混合整数二次规划,通过Yalmip调用Cplex求解;最后,通过实际算例分析热惯性对居民楼宇综合能源系统运行优化的影响。结果表明,利用热惯性能够对冷热负荷进行平移或削减,从而降低运行成本。     

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。     

考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统优化调度

风电、光伏等清洁能源发电具有反调峰特性和不确定性,容易造成弃风、弃光。为应对清洁能源消纳这一挑战,提出考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统优化调度模型。搭建电转气和冷热负荷惯性模型,并分析碳交易机制下电转气设备的工作特性以及冷热负荷惯性对其需求的影响,从而建立冷热负荷供需不等式约束条件;进一步建立考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统运行成本最小目标函数,以及相应的各机组与系统功率约束。通过YALMIP和GUROBI工具箱建立并求解最优调度模型,结果表明：所提方法能够提高清洁能源消纳能力,降低综合能源系统运行成本。     

含分布式发电并网虚拟发电厂鲁棒优化经济调度方法

文章基于鲁棒优化理论建立了虚拟发电厂最优经济调度模型。首先以虚拟发电厂发电净收益最大为目标函数,计及出力计划约束、机组运行约束、机组启停约束、储能运行约束等必要约束条件建立系统优化运行模型;然后考虑风光出力区间不确定性,以风光出力为自然决策者,以虚拟发电厂为系统决策者,分别制定博弈策略和支付,建立虚拟发电厂最优经济调度鲁棒优化模型,并对其Nash均衡点进行分析;基于两阶段松弛法将所建立的鲁棒优化模型转化为有限可解的步骤;最后通过一个算例验证了所建立的模型在制定虚拟发电厂运行计划方面的经济优势。     

多时间尺度下计及光热—储热的主动配电网主辅联合优化调度

为解决可再生能源弃风、弃光现象与不平衡功率惩罚较重等问题,提出了一种多时间尺度下考虑光热—储热的主动配电网主辅联合调度策略。该策略在满足内部负荷前提下参与电能与备用日前市场,考虑含光热—储热的主动配电网协调调度风电、光伏、需求响应,在促进风光消纳、减少不平衡功率的同时提高主动配电网运行经济性。首先根据含储热的光热电站与主动配电网调度控制方式分析运行机理;其次,日前调度以减少弃风、弃光电量与收益最大为目标,考虑市场竞争与主辅出清机制以获取更高中标电量,并结合含储热的光热电站能量时移特性减少弃风、弃光现象;日内调度以日前实际出清作已知约束,并将日前调度计划、日前调度资源性能与日内超短期预测特性相结合建立日内滑动优化点,以减少不平衡功率,考虑储热与需求响应的时间尺度特性结合,运行成本最小为目标构建日内调度模型;最后,在Matlab中利用CPLEX求解模型,算例结果表明所提策略能协调调度各类资源,有利于提升系统风光消纳,减少不平衡功率改善系统运行经济性。     

Evaluation of hydrogen storage technology in risk-constrained stochastic scheduling of multi-carrier energy systems considering power,gas and heating network constraints

The operation of energy systems considering a multi-carrier scheme takes several advantages of economical, environmental, and technical aspects by utilizing alternative options is supplying different kinds of loads such as heat, gas, and power. This study aims to evaluate the influence of power to hydrogen conversion capability and hydrogen storage technology in energy systems with gas, power, and heat carriers concerning risk analysis. Accordingly, conditional value at risk (CVaR)-based stochastic method is adopted for investigating the uncertainty associated with wind power production. Hydrogen storage system, which can convert power to hydrogen in off-peak hours and to feed generators to produce power at on-peak time intervals, is studied as an effective solution to mitigate the wind power curtailment because of high penetration of wind turbines in electricity networks. Besides, the effect constraints associated with gas and district heating network on the operation of the multi-carrier energy systems has been investigated. A gas-fired combined heat and power (CHP) plant and hydrogen storage are considered as the interconnections among power, gas and heat systems. The proposed framework is implemented on a system to verify the effectiveness of the model. The obtained results show the effectiveness of the model in terms of handling the risks associated with multi-carrier system parameters as well as dealing with the penetration of renewable resources.     

面向光伏消纳的“大机小网”系统两阶段优化调度

文章提出了考虑需求响应和海蓄机组的"大机小网"系统两阶段优化调度方法,解决了大规模光伏并网的消纳问题。该方法在日前调度阶段利用火电运行成本、光伏未消纳量和负荷补偿成本建立综合目标函数,并考虑需求侧响应相关约束,得到经济性最优的日前调度值;在日内调度阶段引入随机模型预测控制,通过海蓄机组平衡光伏波动剧烈场景下的日前预测误差。通过算例分析,该方案减小了弃光量,完成了"大机小网"下的经济优化调度。     

考虑RE和PHES的网络约束机组组合优化调度

随着新能源(RE)逐渐并网。网络约束混合能源机组的优化调度研究面临巨大挑战。基于RE并网和抽.水蓄能系统(PHES)耦合作用,研究了网络约束下机组组合(UC)优化调度问题。在网络约束的UC模型中,考虑交流网络约束、环境约束、PHES约束及传统的火电机组约束.利用二进制人工羊群算法解决模型求解问题。将网络约束下UC模型分解成1个主问题和1个子问题,主问题决定机组的开关机状态和负荷分配,子问题检查交流电传输的网络约束。以1个包含风电和光伏机组的IEEE-30节点系统来验证RE和PHES的共同影响,结果表明RE影响了系统的运行成本和电力系统的安全性,PHES对抑制RE的消极影响具有重要作用,能够调节RE的不确定性带来的误差。     

计及风电条件风险价值的鲁棒柔性超前调度

提出一种考虑大规模风电并网的超前优化调度方法,引入风电条件风险价值来评估风电消纳风险。建立基于鲁棒优化的柔性超前调度模型,以平衡运行成本与风电条件风险价值。根据该模型,对AGC机组的基点功率、参与因子、柔性容量进行协同优化,还可得到各风电场输出功率的可容许区域。提出一种基于大M法和分解法的求解双线性规划模型的高效算法。所提模型及算法结合鲁棒优化与随机优化的优点,在保证计算效率的同时,可避免鲁棒优化的过度保守。仿真结果验证了所提模型及算法的有效性。     

An energy system for the integration of renewable energy with energy storage in a frigid plateau region

面向高原高寒地区对稳定供热和供电的迫切需求,本文提出了一种新型的可再生能源与储能集成供能系统。该系统包括风力发电、光伏发电、水力发电、槽式太阳能集热器、储热系统、储电装置以及集成控制系统,实现了多种可再生能源高效利用;制定了一种考虑热电设备性能的实时能量管理策略,并建立了以年成本为主要优化目标的容量配置方法;利用该系统与优化方法对高原高寒地带民用住宅群的供能系统进行了优化设计,通过案例对比分析,验证了该集成供能系统容量配置方法和能量管理策略的可行性。研究结果为高原高寒地区供能系统的选择提供了有益的参考。     

Systematic development and application of a fuzzy logic equipped generic energy storage system for dynamic stability reinforcement

Even though fuzzy logic has been tremendously utilized in power systems, it has often been termed as far from complete due to the in-existence of a systematic procedure. Here, we report a systematic development and application of a fuzzy logic equipped generic energy storage system (GESS) for dynamic stability reinforcement in a conglomerate power system. While ensuring a stabilizing performance by minimizing a quadratic stability index, the reactive and real-power trajectories of GESS are determined. The proposed control strategy is optimized offline using a genetic algorithm (GA) optimization and cast with mixed integer programming mathematics to dispatch an optimal template of series weights, grades of membership and decisive fuzzy rules. The dynamic behavior of the dc link is also assimilated in the detailed GESS modeling using cascaded proportional-integral controllers. A perspective of a combination of flywheel energy storage system and superconducting magnetic energy storage is traversed by approximating the inherent loop dynamics of the storages by a GA-tuned first-order system. The role of the said storage devices in manifestation of exogenous wind power intermittency as well as concentrated short circuits is investigated. A wind farm integrated, reoriented form of an exemplar multibus network is adopted as the model system to authenticate the potency of the presented control strategy.     

Cross-regional integrated energy system scheduling optimization model considering conditional value at risk

Integrated energy system is a very important way to improve energy efficiency. Based on the combined heating cooling and power system, combined with energy storage equipment, a cross-regional integrated energy system scheduling optimization problem is studied. An integrated energy system scheduling optimization model is established that meets the requirements of electrical, heating, and cooling load under a variety of energy sources while both considering the interaction of electrical, heating, and cooling load between regions, and complementation of them within one region. Meanwhile, the value at risk (VaR) theory is introduced and the operating constraints of equipment in the integrated energy system fully considered, the integrated energy system scheduling model with VaR is established. The example shows that the model can realize multi-type electrical, heating, and cooling load optimized by schedule across regions under the premise of satisfying the balance of energy supply and demand, which can reduce the system operation cost. The sensitivity analysis of the minimum expected cost and the influencing factors of conditional VaR is carried out to verify the validity and feasibility of the proposed model.

• An integrated energy system scheduling optimization model is established that meets the requirements of electrical, heating, and cooling load under a variety of energy sources while both considering the interaction of electrical, heating, and cooling load between regions, and complementation of them within one region.
• By using the conditional value at risk theory to consider various types of the integrated energy system complements and evaluates the operational risk of the system under optimal operating conditions of the system.
• The total cost of system scheduling operation is proportional to the storage capacity, which is inversely proportional to the heat storage capacity and inversely proportional to the pipeline capacity within a certain interval.