考虑热能动态平衡的含氢储能的综合能源系统热电优化

在综合能源系统中,电力系统和热力系统通过热电联产机组、电锅炉等装置耦合,对系统内电能和热能进行协调管理,可提高系统的运行灵活性,为系统消纳可再生能源提供新途径。为此,提出了一种考虑热能动态平衡的含氢储能的综合能源系统热电优化模型。首先,建立氢能系统模型,对系统内电解槽、氢燃料电池等设备进行精细化建模,挖掘氢能的利用潜力,提高了系统的运行经济性。然后,基于用户对室温要求的模糊性,引入热功率松弛项使热能保持动态平衡,提高了系统设备出力的灵活性。最后,以综合能源系统运行成本最低为目标函数,以能量平衡、网络安全为约束条件,建立综合能源系统热电优化模型。仿真结果表明,所提模型可在满足用户用能需要的同时降低系统的运行成本,提高风电消纳水平。     

计及全过程碳足迹和灵活输出模型的综合能源系统低碳经济运行

在“双碳”目标背景下,为提升综合能源系统的能源利用率,提出计及全过程碳足迹和灵活输出模型的综合能源系统低碳经济运行模型。首先,考虑系统中氢能设备的实际运行特性,对氢能设备进行精细化建模,在传统热电联产机组中引入卡琳娜循环和电锅炉,建立氢能设备和热电联产设备的灵活输出模型;然后,对综合能源系统中全过程碳足迹进行核算,通过基于碳排放流理论的节点碳势核算系统中外生碳足迹,利用生命周期评价法计量系统中内生碳足迹,并计算阶梯型碳交易机制下的碳交易成本;最后,以系统运行总成本和碳交易成本最小为目标,构建综合能源系统低碳经济运行模型。算例分析结果表明,所建立的综合能源系统低碳经济运行模型能够提高能源利用效率且减少碳排放量,更好地响应“双碳”目标。     

计及电转气的区域综合能源系统日前优化调度

为了提高区域综合能源系统的经济性以及可再生能源的消纳能力,提出含电转气（power-to-gas,P2G）的调度优化模型。首先将电转气分为2个阶段运行,在电解水产生氢气环节加入储氢罐作为氢燃料电池的燃料来源,通过氢燃料电池实现氢能向电能、热能的转化,之后将剩余氢气输入到甲烷反应器中,减少将氢气全部直接甲烷化所产生的能量损耗。其次燃气轮机采用变效率运行模式,通过灵活调节燃气轮机的供电、供热效率,使热电出力更为经济合理。基于此,以由系统购电成本、购气成本、弃风成本以及环境成本构成的日运行成本最小为经济目标,构建含电转气的区域综合能源系统日前优化调度模型。最后利用基于空间距离的混沌粒子群算法求解,并通过算例仿真表明所提调度模型可有效促进多级能源合理高效利用,提高可再生能源消纳能力与系统运行经济性。     

计及风光不确定性的电气热综合能源系统日前区间优化

为探究风电、光伏出力的不确定性及储能系统对电气热综合能源系统运行的影响,建立了考虑风电与光伏出力不确定性的电气热综合能源系统日前区间优化模型,利用区间数表示电气热综合能源系统中风电、光伏出力的不确定性,并考虑电网络、天然气网络及热网络等不同设备的上、下限约束.将该模型转化为混合整数线性规划模型,并通过区间线性规划方法求...     

考虑不确定性的电-热-氢综合能源系统规划

在综合能源系统(IES)高速发展的背景下,提出考虑风光不确定性的电-热-氢综合能源系统多目标规划方法.首先,介绍了电-热-氢综合能源系统模型结构框架和关键设备运行策略,针对模型中现有电转气(P2G)技术和热电联产机组(CHP)运行策略的不足,提出将P2G生成的氢气优先供应燃料电池汽车,以及根据可再生能源出力大小切换CHP运行模式等改进措施;其次,针对可再生能源出力不确定性对系统规划的影响,基于场景法实现了不确定性场景描述,同时以经济成本最小、风光消纳率最大和供能不足最小为优化目标,提出考虑风光不确定性的多目标规划方法,达到应对不确定性因素影响以及兼顾经济性、高效性和可靠性的目的;最后,采用改进的混合多目标粒子群算法和模糊隶属度函数求解设备容量配置方案,结果验证了该文所提方法的有效性及合理性.     

考虑多重不确定性的综合能源系统日前优化调度

可再生能源出力和负荷的不确定性对综合能源系统优化调度提出了挑战。由可再生能源、大电网、热电联产机组、储电系统、储热系统和燃气锅炉等设备以及热、电负荷组合构成的综合能源系统经济调度模型,考虑到系统中可再生能源发电和负荷预测误差等多重不确定性特征,提出一种基于区间线性随机机会约束规划的优化调度策略。用概率分布函数描述系统中可再生能源发电预测的不确定性,用区间数描述负荷预测不确定性,由此构建了一个区间线性随机机会约束规划模型,利用Gurobi求解器对模型进行求解。通过一个热电综合系统将所提方法与单一的区间线性规划和随机机会约束规划模型进行了对比研究。结果表明,所提方法平均运行成本更低,对预测精度的依赖性更低,在保证系统安全运行的同时能提高综合能源系统运行的经济性。     

基于集群划分和LightGBM-KDE的区域风电中期概率预测

针对光伏的不确定性、波动性与反调峰性对配电网稳定运行造成巨大冲击,而大幅增加配网调峰压力的问题,提出了光伏-氢储能辅助调峰的双层优化配置模型。基于光伏波动量对配网的影响,将原始光伏出力曲线分解为调峰分量与平抑波动分量;结合氢储能运行特性,配置用于调峰与平抑波动的储能容量,构建计及氢储能工作特性的储能系统运行策略;以系统运维成本、碳排放成本、弃光惩罚为优化目标,建立光伏-氢储能辅助调峰的配电网氢储能优化配置模型,并进行算例分析。结果表明,所提出的优化配置方案可有效降低光伏波动对配网的影响,缩减配网的运行成本,提升其运行经济性与稳定性。     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

计及氢能多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统优化运行

为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点，提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性，建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型，并考虑氢能利用过程中产生的余热，在氢能多元利用模型中引入热回收装置，提出氢能精细化多元利用结构；为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量，分别建立碳交易机制和绿证交易机制，并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制；兼顾综合能源系统的经济性和环保性，建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明，所提模型能够提高新能源消纳能力，显著降低碳排放量，实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。     

考虑源荷不确定性与碳减排的复合储能系统优化配置模型

在大规模光伏接入的清洁低碳型配电网建设背景下,为实现分布式光伏、负荷、储能设备与电网之间的协调运行,提升配电网的碳减排能力,针对光伏出力与负荷需求不确定性问题,提出了一种考虑源荷不确定性与碳减排的复合储能系统优化配置模型。通过对配电网内光伏和负荷特性进行分析,建立光伏出力与负荷需求不确定性模型;以复合储能系统综合成本最小、碳排放量最小、光伏功率波动平抑效果最好、能源利用效率最大为目标,基于概率的机会约束IGDT构建配电网复合储能系统优化配置模型,并进行求解;通过进行算例仿真验证所提复合储能系统优化配置模型的有效性。     

基于分布鲁棒的风-氢混合系统氢储能容量优化配置

氢储能系统受地理、气候条件限制较小,在构建面向高比例新能源电力系统的风-储混合系统中极具发展潜力.然而,由于风电场的出力具有不确定性,氢储能系统需要在储能、释能、热备用等工况下频繁切换,内部热能供需平衡也呈现出不确定性,进而影响其响应速度甚至实际可用容量.为此,设计了考虑热平衡的风-氢混合系统,构建了考虑电解槽、燃料电池间歇工作模式热平衡的氢储能系统模型;在此基础上,综合考虑风电场功率的不确定性和氢储能系统的投资成本,提出了考虑热平衡不确定性的风-氢混合系统氢储能容量优化配置方法.采用分布鲁棒方法对风电场功率的不确定性进行建模,并将其转化为一组线性风险机会约束进行求解.基于实际风电场数据构建算例,对所提模型和方法进行验证和分析.结果 表明,氢储能系统中电解槽和燃料电池的散热系数对系统实际可用容量具有重要的影响,在风-氢混合系统的氢储能容量配置中考虑热平衡约束可以有效提升氢储能系统的实际可用容量和混合系统的经济性.     

考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度

燃料电池是氢储能中的重要组成部分，其运行效率对含氢储能的综合系统的经济性有较大影响。为此，提出考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度方法。通过分析燃料电池输出功率和运行效率间的关系，建立燃料电池变工况条件下运行效率的分段线性化模型。提出考虑燃料电池的变工况效率特性的多模块输出功率协同优化策略和燃料电池多模块工作协同策略，从而提升燃料电池总体运行效率和各模块使用寿命。基于此，以风-光-氢综合能源系统优化调度为例，验证了所提优化运行策略的有效性。     

考虑灵活性供需平衡的含电转氢综合能源系统鲁棒优化调度

高比例新能源含电转氢综合能源系统中,新能源不确定性对系统产生较大冲击与影响,系统灵活性充裕度成为必须考虑的因素。因此,提出一种考虑灵活性供需平衡约束的含电转氢综合能源系统鲁棒优化调度方法。建立含电转氢综合能源系统各类灵活性资源供需模型,对各类灵活性资源调节能力进行了描述。采用鲁棒优化中基数性不确定集合方法描述风电预测误差,将风电预测误差和经济调度决策者视为博弈的竞争。依据零和博弈理论,建立计及灵活性供需平衡的含电转氢综合能源系统鲁棒优化模型。在鲁棒优化的基础上,分析了系统内新能源不确定性及灵活性供需平衡对于系统的影响。对东北某实际含电转氢综合能源系统的仿真分析表明,所提方法可有效应对风电出力的不确定性,兼顾系统的经济运行和灵活性。     

计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度

为了解耦冷热电联供(combined cool,heat and power system,CCHP)机组“以热定电”的运行约束,提高风电消纳能力,降低社会碳排放,提出了计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度模型。源侧利用冷、热、电、氢4种储能装置,打破CCHP机组热电耦合约束;荷侧引入电价型需求响应改变用户用电行为,通过优化各机组出力与电负荷曲线,增加风机出力。该模型以系统日运行成本最低为目标,引入弃风惩罚成本增加风电消纳,综合功率平衡等约束,调用Gurobi求解器进行优化求解。对不同场景下能量枢纽的优化结果进行分析,并计算燃油汽车的碳排放量以量化氢燃料电池汽车节约的社会碳排放。结果表明:在电价型需求响应策略下,考虑CCHP与含氢储能的能量枢纽系统在增加风电消纳能力的同时降低了系统的日运行总成本,减少了社会碳排放。     

基于场景生成与IGDT的风光-碳捕集-P2G虚拟电厂经济调度

为了有效降低风光出力与负荷预测的不确定性对虚拟电厂调度运行的影响,提出了基于场景生成与信息间隙决策理论（IGDT）的经济调度优化模型。通过Copula函数与非参数核密度估计方法构建风光出力联合分布模型,并利用蒙特卡洛模拟与k-means聚类得到典型场景。利用区间约束对负荷预测的不确定性进行建模,构建不同风险偏好下的调度优化模型。以典型的虚拟电厂系统进行算例分析,验证了所建立模型可以为不确定性影响下的虚拟电厂经济调度问题提供解决方案。     

考虑制氢储能参与的互联电力系统优化调度研究

在能源互联网背景下,可再生能源发电并网比例快速增长,而由于风电出力特性等因素的影响,风电并网时出现大量弃风,未能实现全消纳。以减少弃风为前提,运行成本和环境成本最小为目标,构建含制氢储能的电–气综合能源日前经济调度模型。通过对比系统中制氢储能单元参与前后的弃风电量、运行成本和环境成本,验证了制氢储能对减少弃风,提高系统经济性和环保性的作用。仿真算例表明:构建的电–气综合能源系统,在很大程度上实现了风电全额消纳,且制氢储能的参与使整个系统的经济性和环保性都有所提高。在能源互联网的背景下,该模型的提出对系统能够经济、环保地运行具有重要意义。     

考虑需求响应与光伏不确定性的综合能源系统鲁棒优化

光伏接入和用电负荷需求响应给能源系统运行带来了诸多的不确定性,增加了综合能源系统优化调度的复杂度。基于多源信息融合的综合能源系统,可以实时收集和处理海量运行数据,实现终端供能系统高效经济运行。在介绍基于多源信息融合的综合能源系统基础上,建立了用电负荷需求响应模型,用来描述可平移负荷需求响应特性,针对光伏出力不确定性,采用拉丁超立方采样和K-均值场景缩减技术生成典型场景集,以此确定光伏出力不确定性区间。建立了综合能源系统的典型设备数学模型,构建考虑用电负荷需求响应的综合能源系统经济运行鲁棒优化目标函数,并采用鲁棒优化算法进行求解。案例仿真结果显示,鲁棒优化在提高系统运行安全性的同时,增加了系统运行费用;同时,考虑需求响应后区域综合能源系统运行经济性得到提升,用户需求响应参与度越高,经济性提升效果越明显。