基于源荷不确定性状态感知的无废城市多能源协调储能模型

针对"无废城市"中生活垃圾发电设施与城市多能源系统间的能源耦合互补特性,将无废城市多能源系统等效为一个具有电能和天然气能储放外特性的"无废城市多能源协调储能",实现对城市多能源系统经济性、垃圾处理能力和可再生能源利用率的有效提升,并同时能够为电网气网提供较大的调节能力。首先,研究生活垃圾发电系统的能源输入输出特性及其与城市多能源系统中可再生能源发电系统、能源存储与转换装置及电网气网间的能源耦合关系,建立基于无废城市多能源系统协调运行的无废城市多能源协调储能模型;其次,以无废城市多能源协调储能综合运行成本最小化为目标,研究基于源荷不确定性状态感知的无废城市多能源协调储能系统运行优化模型及求解方法;最后,进行仿真验证。结果表明,该文所提出的无废城市多能源协调储能模型及其运行优化方法能够有效提升城市多能源系统的经济性和灵活性。     

考虑生物质废物分类处理的微能源网运行优化模型

针对"无废城市"与能源互联网背景下不断提高的微能源网自治能力和多运行模式调节需求,建立含生物质废物处理设施的电?热?氢?气微能源网优化模型.首先,分析不同生物质废物分类处理方法,针对干垃圾建立热解气化发电模型,针对湿垃圾和粪污建立发酵制气模型.其次,建立以微能源网运行成本最低和生态效益最大为目标的多目标运行优化模型.考虑到微能源网的多能源源荷不确定性以及废物产生量的不确定性,提出一种微能源网鲁棒多目标优化算法.算例结果验证了所提出考虑生物质废物处理设备供能的微能源网优化运行模型在提高多能源微网运行经济性的同时,能够提升城市的废物处理能力,实现能源消费与环境治理的有效融合.     

考虑垃圾处理与调峰需求的可持续化城市多能源系统规划

随着"垃圾围城"的日益加剧及城市能源体系中多种能源形式间相互融合的不断深入,垃圾处理设施供能与多能源系统间的相互影响和作用越来越成为城市能源系统规划所需考虑的重点问题之一。针对计及能源化利用型废物处理设施的城市多能源系统规划问题,该文研究废物处理设施的能源供需特性及其调峰潜力,提出垃圾焚烧电厂和污水制气设施参与电网气网调峰策略,构建可持续性多能源系统规划模型。最后参考东北某市的实际能源与垃圾堆存量数据,建立可持续化城市多能源系统规划仿真模型,仿真结果及分析表明,该文提出的多能源系统规划模型可有效降低城市多能源系统规划成本,实现垃圾处理能力、垃圾供能与调峰需求间的高效协调。     

含废物处理的城市综合能源系统低碳经济运行策略

针对"无废城市"对低碳排放和废物减量的需求,建立了含废物处理的电–热–气综合能源系统结构,提出了一种基于碳交易机制的系统低碳经济运行策略。分析了城市生活垃圾处理过程,建立了废物处理单元能量流转模型;引入了碳交易机制,构建了奖惩阶梯碳交易成本模型,对系统碳排放量进行约束。以模型为基础,提出了以系统购能成本、运行成本和碳交易成本最小为目标的系统最优化运行策略。算例仿真结果验证了所提模型和策略有效提升可再生能源消纳和废物处理的能力,对城市综合能源系统运行具有重要参考价值。     

“无废”电–氢充能服务区多源微网优化运行模型

针对具有电、氢充能需求的高速公路服务区内的多能源负荷需求及服务区与周边生活垃圾处理需求,提出一种全可再生能源供能的"无废"电-氢充能服务区多源微网模型。首先,在电制氢、燃料电池、热解炉等多能源转换与存储设备的能量输入输出特性模型基础上,建立无废充能服务区多源微网(zero-waste charging service area multi-energy microgrid,ZWSA-MEMG)模型;其次,研究ZWSA-MEMG中多种能源转换、存储特性及多能流协调关系,建立基于高速公路充能服务区多源微网功率平衡、充能时间、多源负荷供能可靠性、可提供的电网调节性能等约束下的运行成本优化模型及其求解方法。最后,以我国西北某高速服务区实际多能源运行数据为基础,建立"无废"电-氢充能服务区多源微网优化运行仿真模型,算例仿真结果表明,该文提出的ZWSA-MEMG优化运行模型可有效提升具有垃圾处理能力的电-氢充能多能源系统的经济性,并可为电网提供较好的调节特性。     

垃圾能源利用与城市多能源系统协同优化模型

随着城市级多能源系统的快速发展和城市垃圾处理设施供能规模的不断扩大,考虑垃圾处理过程的多种能源供能协调优化,并将其与城市多能源系统协同优化进行综合考虑,是提高城市垃圾处理能力和资源化利用水平及综合能源利用效率的重要途径之一.该文将垃圾处理系统等效为一个以垃圾为输入的供能系统,建立城市垃圾能源化利用供能系统(WRESS)、城市多能源系统和城市多源储能系统三者协同优化模型.首先,研究一定时间尺度内可用于供能的城市垃圾产量、最大允许堆存量与其对应的供能种类和供能特性之间的关系,建立垃圾能源化利用供能优化模型;其次,针对垃圾能源化利用可调节特性与多能源系统、多能源储能系统自身协调能力间关系,建立以运行和调节成本最小为目标的城市垃圾能源化利用与多能源系统协同优化模型;最后,以中国某城市实际垃圾处理与多能源运行数据为基础,通过三个场景仿真验证所提模型的有效性.仿真结果表明,该模型在提高城市垃圾处理能力的同时,能够有效降低多能源系统运行成本,并提升系统调节能力.     

考虑废物处理设施供能特性的乡村多能源系统自治优化模型

针对双碳目标下100%可再生能源供能的乡村多种产业垃圾废物处理、能源供需间协调优化问题,提出一种考虑粪污及生活垃圾处理设施供能特性与可再生能源协同的乡村多能源系统优化自治运行模型。首先,研究乡村畜牧养殖业粪污制气设施与垃圾焚烧发电设施的废物处理与能源产出特性,建立乡村废物处理设施的电、气能源供给模型;其次,研究大中型乡镇区域内电、热、燃气等多种类能源负荷的需求特性,建立基于100%可再生能源及废物处理设施供能的乡村多能源系统(villages multi-energy system integrated waste treatment and renewable energy,VMES-WRE)模型;然后,根据VMES-WRE能量输运特性,将其划分为供给侧、能量转换侧和负荷侧3个层次,研究基于3个层次协调的VMES-WRE供能、转换、存储和消费过程的多能量流自治优化运行策略;最后,以我国东北某大型乡村多能源系统及废物处理设施运行数据为基础,建立考虑废物处理供能与可再生能源协调的乡村多能源系统自治优化运行仿真模型,仿真结果表明,提出的乡村多能源系统自治优化模型能够有效协调废物处理设施供能...     

用于提升电–气两网调节能力的微网集群协调运行模型

针对单一多能源微网受能源类型、自身容量制约,难以充分实现多种能源高效利用和协调控制的问题,该文基于多能源微网能量交互策略建立可提升电-气两网调节能力的微网集群优化运行模型。首先建立以电热冷、电气氢、电热气氢、电热冷气氢等不同能源类型运行时多能源微网能量供给、转换特性的统一模型;然后在统一模型的基础上,建立满足电-气两网调节需求的多能源微网集群系统运行优化模型;随后以多能源微网集群的总运行成本最小和能源利用效率最大为优化目标,使用改进的区域局部搜索NSGA-Ⅱ算法(NSGA-Ⅱ-RLS)对建立的微网集群优化模型进行求解;最后,基于改进的IEEE14节点系统和天然气网络6节点系统,构建可提升电–气两网运行调节能力的多能源微网集群运行仿真模型。仿真结果表明,所提多能源微网集群系统能够有效提升电-气两网调节能力,实现多能源微网集群系统的多能互补运行。     

基于农村新型产业结构的“能源–环境–经济”鲁棒优化模型

针对同时汇聚可再生能源发电基地、畜牧养殖业基地、种植业基地和城市垃圾处理基地的新型农村产业结构下乡村多能源供需特性,该文提出并建立一种乡村多能源综合体(rural multi-energy complex,RMEC)拓扑及鲁棒协调优化模型。首先,考虑城市周边乡村垃圾填埋场的垃圾堆存量变化特性,建立针对多种类垃圾废物集中化处理供能数学模型,并建立乡村多元产业数学模型。其次,建立全可再生能源供能的乡村能源综合体的能源供给、转换、存储的能量协调模型,并根据外部能源网的调节需求,建立乡村多能源综合体能量供给响应模型。考虑到乡村多能源综合体运行时的不确定性问题,建立乡村多能源综合体两阶段鲁棒优化模型,通过锥松弛和对偶转化将非凸的第二阶段问题转化为凸优化问题。最后,以改进的IEEE39节点配电系统、20节点配气系统和14节点的热力系统进行仿真验证。仿真结果表明,文中提出的乡村多能源综合体能够有效协调可再生能源发电、畜牧养殖和垃圾处理等各产业间关系,可为乡村振兴、新时代美丽乡村产业结构调整及能源转型提供理论支持。     

计及微电源效率约束的多源微网优化调度

随着“煤改电”、“煤改气”工程的推进,天然气供应紧张问题爆发,这对含多种能源结构的微电网优化调度提出了更高要求。考虑天然气系统与微电网的气电耦合关系,研究受微电源效率约束与天然气系统传输限制的多源微网优化调度问题。首先,针对气电耦合的微网系统,建立各微电源模型,重点考虑天然气供应不足的影响,建立微型燃气轮机出力、效率、燃料流量间的空间关系,确定其最优出力范围及与效率的约束关系。进而,以微电网系统的运行成本、与电网的交互成本、污染气体惩罚成本最小为目标,建立多源微网优化调度模型,并采用粒子群算法求解。最后通过仿真验证所提调度模型可有效提高微电网的运行经济性。     

计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

含可再生能源的电—气—热互联多能源系统可实现多能源网络互联与多能源优化利用,有效解决资源匮乏与能源浪费等问题。能量枢纽是多能源耦合的关键,但现有的能量枢纽优化配置问题未考虑系统运行可靠性的影响。因此,重点研究多能源系统中计及可靠性的能量枢纽优化配置问题。首先,针对风机、变压器、热电联产、燃气锅炉、电储能、热储能等设备组成的能量枢纽,建立了一种新型多能源系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。然后,根据该双层优化模型计及能量枢纽的运行可靠性,引入失负荷期望等可靠性指标作为约束。最后,为了确定配置方案,结合优化策略进行整体规划,同时得到各机组能量分配情况,对算例进行仿真分析。结果表明,提出的模型有利于负荷供应可靠性的提升。     

新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型

针对新型电力系统中大规模可再生能源并网和高比例电力电子设备的接入,导致系统惯量水平下降,影响电网安全稳定运行的问题,提出一种新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型。首先,分析电力、热力、燃气的惯性特性,分别建立电力系统和热、气系统能量传递惯性模型。其次,基于多能源输运下的耦合协调关系,提出一种基于事件驱动电力、热力、燃气系统动态惯性优化控制方法。最后,建立修改的IEEE 39节点电力系统、6节点热力系统和7节点燃气系统的仿真模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效改善新型电力系统的频率响应,保持系统运行鲁棒性。     

新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型

针对新型电力系统中大规模可再生能源并网和高比例电力电子设备的接入,导致系统惯量水平下降,影响电网安全稳定运行的问题,提出一种新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型。首先,分析电力、热力、燃气的惯性特性,分别建立电力系统和热、气系统能量传递惯性模型。其次,基于多能源输运下的耦合协调关系,提出一种基于事件驱动电力、热力、燃气系统动态惯性优化控制方法。最后,建立修改的IEEE 39节点电力系统、6节点热力系统和7节点燃气系统的仿真模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效改善新型电力系统的频率响应,保持系统运行鲁棒性。     

考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度策略

文章以风-光-柴-储系统为研究对象,为了研究新能源出力不确定性对该系统的影响,提出了一种新能源出力复合预测模型。为提高风-光-柴-储系统运行的经济性、环保性和安全性,提出了考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,并采用了带有Monte Carlo模拟的遗传算法对模型进行求解。文章采用了负荷缺失率(Load Loss Rate, LLR)和置信概率对系统的安全性进行评价,并分析了其对系统调度结果的影响。仿真结果表明,该文所提出的考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,可以降低新能源出力不确定性对系统的影响,且该方法可以有效平衡系统的经济性和安全性。     

含电转气的多能源中心协调优化运行策略

电转气技术的应用使得电力网络与天然气网络实现双向闭环能量流动,可以促进间歇性清洁能源的消纳。可将电转气细分为电转氢气、氢气转天然气2个过程并加入储氢设备以更好地协调电能-氢能-天然气能三者之间的能量流动。以系统运行成本最低及最大程度接纳风电为目标,计及电转气、天然气管网、各能源设备等运行约束构建了含电转气的多能源中心协调优化运行模型。模型对天然气网络潮流的非线性约束进行了线性化处理,加入权重系数将双目标优化问题转化为单目标优化进行求解。最后为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了4节点的多能源网络系统进行实例仿真分析,通过调用YALMIP工具箱的分支界定法进行模型求解,并对不同权重系数下不同场景系统的运行成本及风电消纳率进行了分析,结果证明电转气在多能源中心运行中的可行性,且电转气的中间产物氢气利用需求越高,风电消纳的程度越大。     

含电转气的多能源中心协调优化运行策略

电转气技术的应用使得电力网络与天然气网络实现双向闭环能量流动,可以促进间歇性清洁能源的消纳。可将电转气细分为电转氢气、氢气转天然气2个过程并加入储氢设备以更好地协调电能-氢能-天然气能三者之间的能量流动。以系统运行成本最低及最大程度接纳风电为目标,计及电转气、天然气管网、各能源设备等运行约束构建了含电转气的多能源中心协调优化运行模型。模型对天然气网络潮流的非线性约束进行了线性化处理,加入权重系数将双目标优化问题转化为单目标优化进行求解。最后为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了4节点的多能源网络系统进行实例仿真分析,通过调用YALMIP工具箱的分支界定法进行模型求解,并对不同权重系数下不同场景系统的运行成本及风电消纳率进行了分析,结果证明电转气在多能源中心运行中的可行性,且电转气的中间产物氢气利用需求越高,风电消纳的程度越大。