考虑热惯性的热电联产系统两阶段优化调度方法

热电联产(CHP)系统具有环保、经济、运行方式灵活的突出优势,有较好的发展前景。文中基于电、热在传输和存储方式上的不同特性,提出一种考虑热惯性的CHP系统两阶段优化调度方法。第一阶段考虑供热网络结构和运行特性,建立基于模型预测控制(MPC)的CHP系统优化调度模型,优化日内可控设备出力及电网交互功率策略;第二阶段以CHP系统内各单元出力调整量最小为目标,综合考虑可再生能源及负荷的实时预测误差,动态调整第一阶段日内调度策略。算例表明,该两阶段优化调度模型可提高系统运行的经济性,弥补供需不平衡;结合系统热惯性,建筑物根据负荷需求和分时电价进行蓄热或放热可降低可再生能源及负荷不确定性对调度的影响,平抑功率波动,促进热电互补。     

考虑多风电场出力耦合特性的热电联合优化调度

建立了一种考虑多风电场出力耦合特性的热电联合优化调度模型。该模型的目标函数为最小化火电及热电联产机组煤耗成本,并在电功率平衡约束中引入多风电场出力及电负荷的随机特性。模型求解过程中,基于Copula相关理论推导了考虑多风电场总出力耦合特性的概率模型,然后采用两阶段随机规划处理含随机量的等式约束,并应用一种自适应进化规划算法对所提出的优化模型进行求解。算例仿真结果表明了所提模型及方法的有效性。     

独立模式下微网多能存储系统优化配置

针对能源互联网的重要组成部分——综合能源微网,构建了独立模式下的综合能源微网多能存储系统优化配置模型,提出了包含储电和储热系统的额定功率、容量的配置方法。其中,储电系统模型计及供暖期与非供暖期蓄电池寿命的估算。模型以经济性作为指标,考虑热电联产机组的热电耦合相关约束,包括热—电平衡、机组爬坡、储能系统以及自给自足概率等,采用基于机组出力和储能系统功率分配策略的细菌群体趋药性算法模型进行求解。并探讨了加装储能系统的热电联产机组的运行特性。结果表明,提出的多能存储系统配置方法在供暖期和非供暖期均具有显著经济和环境效益,并促进了风电消纳。     

新型城镇下含热电联产机组的配电网两阶段鲁棒优化调度

随着新型城镇化的改革,多种分布式电源与多元化负荷逐步接入配电网,多种不确定性因素给配电网的运行调度带来极大挑战。文中建立含热电联产(CHP)机组和风电机组的新型城镇配电网两阶段随机鲁棒优化模型。首先,采用场景集描述负荷波动的不确定性,采用保守性模型构建风电出力模糊集合。两阶段鲁棒优化调度中,第1阶段决策日前机组启停方案,第2阶段考虑风电出力的不确定性决策各机组实时出力。采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件将第2阶段双层模型变为单层线性优化问题,整体两阶段模型采用列与约束生成方法迭代求解,在负荷的场景集内得到考虑风电不确定性的新型城镇化配电网鲁棒优化调度方案。最后,通过改进33节点算例和改进123节点算例验证了模型的鲁棒性和经济性以及调度方案应对负荷波动的适应性。     

用户侧热电联产机组基于优化热点域的综合需求响应模型

随着综合能源系统的不断发展,用户侧热电联产机组（combined heat and power units,CHP）不断普及,对于降低用户用能成本、提高用户用能灵活性具有重要意义。用户侧燃气CHP能够在影响用户用能的前提下使用户具有综合需求响应能力,对于未来电力系统运行具有重要意义。文章结合抽凝式CHP在多能源系统中实际工作特点,提出了“CHP成本优势”的概念,即CHP与同等电热出力的“常规机组+电/热锅炉”构成的“等效CHP”之间运行成本差值。根据CHP不同运行状态“成本优势”的相对大小,从CHP电热运行域中进一步得到电热负荷的“优化热点域”。采用“优化热点域”顶点的线性组合,建立CHP在综合需求响应中的高效优化模型。算例表明,相比传统CHP电热运行域模型,所提出的模型能够减少综合需求响应优化决策的计算复杂度,从而提高计算效率。     

基于分布鲁棒优化的电热综合能源配网系统与氢能源站协同优化

氢能源站（Hydrogen Fueling Station, HFS）对氢气生产和供应至关重要。然而HFS通常在午夜和凌晨生产氢气,同时由于热负荷处于高峰,热电联产（Combined-Heat-and-Power,CHP）机组的灵活性降低。在可再生能源比例较高的电热综合能源配网系统（Integrated Electricity-Heat Energy System,IEDS）中,CHP机组缺乏灵活性将不可避免地影响IEDS和HFS的经济和安全运行。先前的研究侧重于配电网系统和HFS的协同运行,而没有考虑灵活性问题。论文旨在提出IEDS和HFS的协同分布鲁棒协同调度模型,以实现协同优化运行,从而降低运营成本和安全运营。在该模型中,HFS中产生的废热被回收后注入热网系统。利用历史数据对风电场景进行聚类,构建风电不确定性集。并相应地提出了具有更好收敛速度的改进Benders分解算法,从而进一步以并行和分散式求解所考虑的优化模型。此外,基于综合能源测试系统实例进行了算例仿真,在考虑HFS协同调度的前提下,所提出的协同调度模型能够使运行成本降低7.8%,并分析了所提出的协同调度模型在处理风电不确定性方面的有效性。最后,相比经典Benders算法,论文提出的改进Benders分解算法求解时间降低了70%,迭代次数减少了一半,验证了分散式优化具有良好计算性能。     

基于灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度

针对热电联供(Combined Heat and Power,CHP)“以热定电”导致的弃风及运行成本较高问题,提出基于CHP灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度方法。首先,采用补燃装置对CHP补燃,灵活调整各时段补燃率以使CHP热电比跟随风电出力态势,提高系统风电接纳水平与运行效益。然后,考虑补燃燃油的使用增加了系统排污,综合经济性与环保性建立区域综合能源系统多目标优化模型,通过层次分析法对各目标权重进行决策。最后,依托商业优化软件GAMS对建立的混合整数非线性规划问题进行求解。算例研究表明:对CHP热电比进行灵活调节,能够有效促进风电并网消纳、降低系统运行成本。多目标优化使CHP热电比兼顾系统经济性与环保性,较单目标而言更具优势。     

考虑用户舒适度的虚拟电厂热电联合调度模型

热电联产（combined heat and power，CHP）机组“以热定电”的运行模式极大制约了系统调峰能力，导致弃风限电形势严峻，突破CHP机组热电间刚性耦合关系成为促进风电消纳的关键。基于此，采用虚拟电厂模式聚合CHP机组等分布式能源作为整体参与电网运行，充分考虑用户舒适度，将固定负荷曲线转换为需求区间，使热、电负荷在时间轴上具备柔性可调能力，在满足用户舒适度的同时灵活调整CHP机组出力，有效缓解弃风现象。此外，采用多场景法处理风电出力不确定性，以虚拟电厂自身收益最大化为目标构建热电协调调度随机规划模型，实现热、电系统的协调优化运行。最后，通过算例验证所构建模型的有效性和合理性，结果表明：考虑用户舒适度能够有效促进风电消纳，提升虚拟电厂经济效益。     

联合循环热电联产机组参数优化及变工况性能分析

联合循环热电联产机组热效率高、污染小,具有广阔的应用前景。研究了联合循环热电联产机组效率的计算方法,并基于三菱MHPS 501GAC机组建立了热平衡模型,分析对比了不同蒸汽参数下联合循环热电联产机组的发电功率、机组热效率等性能指标。同时研究了机组在不同环境温度、大气压力、相对湿度、供热量等变工况状态下的性能。     

热电联产系统的随机生产模拟

随机生产模拟是电力市场中进行电价预测和发电管理的有力工具,但传统的随机生产模拟方法对于热电联产系统并不适用。文中对传统的随机生产模拟和目前的联产系统的生产模拟进行了改进,提出了一套针对热电联产进行随机生产模拟的新方法。对机组模型、热电联合等效概率密度函数进行简要介绍,给出了运行指标、系统可靠性指标的计算方法,以及处理机组最小技术出力即机组分段运行情况的方法和如何确定机组带负荷顺序的方法。最后通过一个算例对上述方法进行了验证。     

含热泵的热电联产型微电网短期最优经济运行

微电网作为一种优异的可再生能源接入方式,引起了国内外广泛关注,而如何进一步提升微电网的可再生能源消纳比例已成为热点问题。为此,文中在热电联产型微电网中引入了用于消纳过剩风电并承担部分热负荷的热泵装置,综合考虑了热泵装置的电热特性、储能装置充放电寿命损耗费用、弃风损失、热电联产机组的开机费用和燃料费用等,以调度周期内运行费用最小为目标函数建立了热电联产型微电网短期最优经济运行模型,采用混合变异算子的粒子群优化算法对模型进行求解。算例分析表明,引入热泵装置后达到了减少微电网弃风、减少储能装置反复充放电和节约燃料消耗的目的,为热电联产型微电网短期调度运行提供了参考。     

热力实时定价机制下热电联产机组多能源市场协同决策研究

随着能源市场化改革逐步深入,市场机制下热电联产(CHP)机组的运行与决策受到广泛关注,而以热定电限制了CHP机组的灵活性,影响其独立参与市场的收益.基于此,采用实时定价的热力市场机制挖掘需求灵活性,提出热力实时定价机制下CHP机组在多能源市场中的协同决策双层模型,即CHP机组参与电力市场的同时,在热力市场制定实时热价进行负荷管理释放灵活性,以最大化参与能源市场的利润.其中上层模型为CHP机组最优电力报价与热力定价模型,下层模型为电力批发市场出清模型与热用户决策模型.利用KKT条件等将双层模型转化为混合整数线性规划模型以进行求解.通过算例验证所提模型的可行性与有效性,算例结果表明热力实时定价在有效提高CHP机组电力侧灵活性与机组利润的同时,改善了用户与社会福利.最后,探究了热力实时定价机制下CHP机组在电力市场的策略报价行为.     

Generation scheduling with thermal stress constraints

This paper describes a scheduling method for representing the thermal stress of turbine shafts as ramp rate constraints in the thermal commitment and dispatch of generating units. The paper uses Lagrangian relaxation for optimal generation scheduling. In applying the unit commitment, thermal stress over the elastic limit is used for calculating the ramping cost. The thermal stress contribution to generation cost requires the calculation of a set that includes thermal stress at the end of each time step; this requirement presents a complicated problem which cannot be solved by an ordinary optimization method such as dynamic programming. The paper uses an improved simulated annealing method to determine the optimal trajectory of each generating unit. Furthermore, the paper uses linear programming for economic dispatch in which thermal stress limits are incorporated in place of fixed ramp rate limits. The paper illustrates the economics of frequently ramping up/down of low cost generating units versus the cost of replacement of their turbine rotors with a shorter life span. The experimental results for a practical system demonstrate the effectiveness of the proposed method in optimizing the power system generation scheduling.     

基于概率潮流的主动配电网日前-实时两级优化调度

为有效应对主动配电网(ADN)中间歇性电源、虚拟微网与柔性负荷等不确定变量给电网安全经济运行带来的挑战,基于概率潮流技术建立了ADN日前—实时两级优化调度模型。日前调度以ADN中各单元日前功率预测结果为依据,以运行成本最小为目标,确定次日各时段内各调度单元运行计划;在此基础上,针对实际运行中各单元的波动性和超短期预测结果进行实时调度,以不确定单元作为随机变量进行概率潮流计算,对日前调度计划进行调整,使得ADN中各节点电压和支路功率在3倍标准差内波动仍满足约束条件,提高ADN的安全裕度。最后,结合引力搜索算法和粒子群算法对调度模型进行求解,并通过算例验证模型的有效性。     

基于生物质热电混合供能的城镇综合能源双层优化

生物质发电相当于小型火电,单独发电时效率低,且现有研究对含生物质热电联产机组系统的优化调度关注较少。针对上述问题,提出了适用于城镇综合能源系统的多种新能源高效消纳的综合能源运行双层优化方法。通过补燃设备调整热天然气和生物质电联产机组的运行状态,建立可补燃生物质热电联产运行模型;研究了多个可补燃热电联产机组的联合控制,分别以综合供能费用和能源利用效率作为上下层优化目标,同时对热电联产机组间的能源分配调度和各热电联产机组内部运行状态进行优化,构建包含光伏生物质和天然气在内的区域能量枢纽双层优化模型。算例验证了可补燃的生物质热电混合供能对提高系统能效、降低供能费用的设计目标。     

以总能系统观点与用热终端高效化为特征的大中型火电机组联产供热系统新模式

以总能系统观点为指导,本文把联产供热系统视为由六个子系统组成,提出了各子系统火用效率的计算方法和这些效率对供热煤耗和成本的影响,并在此基础上提出了能适用于大中型火电机组的热电联产供热系统的新模式。新模式以用热终端高效化为特征,带动提高一系列子系统的火用效率,并把行之有效的,但一般是小规模孤立使用的现代化节能技术与节能设备,大规模地有机地与热电联产系统融为一体,扩大热网水的降温幅度,对热网水低品位能量进行梯级利用,形成采暖节能与增供电力相互促进相得益彰的机制,使联产供热的煤耗和供热成本大幅度地降低。文中结合世界技术现状和我国经济发展阶段分析了新模式的现实可行性。     

考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

挖掘热电联产机组的调峰能力可以有效改善中国“三北”地区的弃风问题。调峰补偿机制是激励热电联产主动参与,电网调峰的有效手段。在考虑调峰补偿的前提下,对热电联产机组参与电网调峰进行研究。首先,计及热力系统复杂供热约束的影响,建立热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本评价模型,可以反映热电联产调峰中的供热依赖特性和时序耦合特性。然后,基于热电联产调峰成本及调峰补偿机制,提出考虑机组调峰主动性的电热协调调度方法,相较于传统的垂直一体化电热协调调度,所提出的方法可以反映热电联产在经济手段激励下主动参与电网有偿调峰的意愿。最后,通过算例分析研究了热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本的影响因素,并验证了所提出的调度方法在调峰补偿机制下的有效性。     

An algorithm for combined heat and power economic dispatch

This paper presents a new algorithm for combined heat and power (CHP) economic dispatch. The CHP economic dispatch problem is decomposed into two sub-problems: the heat dispatch; and the power dispatch. The sub-problems are connected through the heat-power feasible region constraints of cogeneration units. The connection can be interpreted by the unit heat-power feasible region constraint multipliers in the Lagrangian function, and the interpretation naturally leads to the development of a two-layer algorithm. The outer layer uses the Lagrangian relaxation technique to solve the power dispatch iteratively. In each iteration, the inner layer solves the heat dispatch with the unit heat capacities passed by the outer layer. The binding constraints of the heat dispatch are fed back to the outer layer to move the CHP economic dispatch towards a global optimal solution     

综合环境保护及峰谷电价的水火电短期优化调度

为了使电力市场环境中的发电侧能够实现节能环保且高收益的发电目标,对机组出力变化与分时电价波动之间的关系进行了研究,构建了一种新的水火电短期优化调度模型,该模型以实现电力市场条件下最大发电收益为目标,同时综合考虑了峰谷分时电价和环境保护成本对发电侧经济效益的影响,还考虑了梯级水电站群的蓄水量、下泄流量、机组出力等约束条件,由此得出机组的优化调度方案。针对传统优化算法难以处理高维梯级水电站优化调度多约束条件的缺陷,利用微分进化算法对此优化模型进行求解,仿真计算结果证明了该模型的合理性和算法的有效性。     

计及火电机组深度调峰成本的大规模风电并网鲁棒优化调度

规模风电并网背景下,电力系统加大火电机组的调峰深度,充分挖掘现有下调备用空间,将是应对风电出力不确定性的有效方式之一。文中考虑火电机组工作在深度调峰(DPR)方式下的附加煤耗损失和机组寿命损耗,提出了计及火电机组DPR成本的规模风电并网鲁棒优化调度模型。考虑风电出力不确定性,建立了包括基于风电出力预测场景的调度主问题和基于极端场景的调控子问题的两阶段鲁棒优化模型,并引入不确定度参数控制调度计划的保守性,最终优化出经济性最优的鲁棒日前调度方案。基于算例分析证明所述模型的合理性与有效性。