含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰能力分析

大规模发展可再生能源是构建低碳可持续能源系统的重要保障,源-荷协同调峰是消纳可再生能源的有效途径。为此,研究含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰,分析冬季典型场景下的热电厂热电耦合机理,建立热电耦合调峰约束;针对油田综合负荷的用能特性和分布式光伏发电的特点,建立负荷集群的用电数学模型和用热数学模型,考虑热电机组、负荷响应及源-荷系统运行技术约束,以油田全局能耗成本最小为目标建立自备热电厂和需求响应协同调峰优化模型,制定油田电网源-荷协同调峰策略,通过循环寻优求解源-荷协同最大调峰能力。算例分析表明,源-荷协同光伏发电调峰能有效地提高油田电网对光伏发电的消纳能力,供暖负荷的需求响应使冬季热电厂“以热定电”的刚性约束弹性化,调峰贡献度在需求响应中占比最大。     

通过需求侧响应提高光伏消纳率的微网二层优化方法研究

为提升微网消纳光伏发电的能力,引入需求侧响应模型,提出了一种兼顾光伏消纳率与微网经济性的二层优化方法。以用户满意度为约束条件,以光伏消纳率最大为目标,对分时电价的峰、平、谷时段划分进行优化,引导用户改变用电方式,使得负荷发生一定的转移。同时以微网经济性为目标,通过禁忌搜索算法对微网优化运行模型进行迭代求解。算例结果表明,该方法能有效提高光伏的消纳率,降低用户的用电费用,减少微网的综合运行成本,达到发电侧与需求侧双赢的效果。     

含压缩空气储能的能源互联微网型系统优化配置

首先构建了含分布式光伏、压缩空气储能（compressed air energy storage, CAES）、需求侧响应、燃气轮机等设备的能源互联微网型系统模型。在此基础上以安装成本、能耗成本和需求侧响应成本等构成的年运行费用最低为优化目标,分析对比不同场景下分布式光伏电池组数量、能源互联微网中设备的配置情况及CAES、需求侧响应和电动汽车入网（vehicle to grid, V2G）技术对设备容量配置和微网中各类成本的影响。特别的,考虑了CAES透平机透平压力、透平温度、需求侧响应比例等参数及有无V2G对微网系统影响。算例结果表明,所提模型能合理化能源互联微网中设备容量配置和降低能源互联微网年运行费用。     

面向综合能源园区的三方市场主体非合作交易方法

多能互补、集成优化运行的综合能源园区作为耦合多种能源网络的底层终端,研究其市场运营机制对综合能源系统的发展和可再生能源的消纳具有重要意义。首先建立了包含能源运营商、含分布式光伏的用户、电动汽车充电代理商的综合能源园区模型,提出了以能源运营商为市场主导方的市场交易框架;其次,分析并建立了具有不同属性的三类市场交易主体参与的、各方理性追求自身利益最大化的非合作博弈模型;最后,以某商务型园区冬季典型日场景为例,对所提出的博弈模型进行了求解。仿真结果表明,博弈均衡时,能源运营商向其余两方供能,可以获得一定的收益;含分布式光伏的用户参与市场竞争,通过余量光伏上网售卖能够增加自身的光伏资源利用率,降低自身用能成本;电动汽车代理商选比各方报价并制定自身充电策略,能够降低自身充电费用并协助用户消纳多余的光伏资源,同时减少了用电早高峰时段对配电网的负荷需求。     

综合能源微电网管理系统优化调度及能耗模式研究

综合能源微电网的高效运行不仅能提高能源利用率,同时也促进可再生清洁能源产业化和规模化的发展,实现能源系统的多能互补与相互协同。以华北电力大学扬中智能电气研究中心的综合楼为实际应用实例,以当地的地理位置、气候条件及环境状况等因素作为根据,分析研究中心综合能源微电网管理系统结构、电气并网情况;建立光伏发电系统模型和能量优化调度模型;并通过综合能源微电网系统监测管理平台分析了研究中心的电力能耗模式和用户用电行为特征,以实现更好的能源管理。综合能源微电网管理系统可节约用户的日常购电成本,其电力能耗在线监测管理平台可建立科学规范的能耗统计工作体系,促进电力能耗监测管理的智能化。     

基于改进天鹰优化算法的微电网多目标优化调度研究

微电网优化调度对降低企业用电费用,减少能源损耗和环境污染具有重要意义。研究了覆盖光伏、风电、储能、燃气轮机和柴油发电机的分布式电源,在微电网并网运行的情况下,为协调系统内部各微电源的出力情况,对光伏发电、风力发电和用电负荷功率进行预测,建立了以运行成本和污染治理费用最低的目标函数,并采用改进天鹰优化算法(IAO)进行求解,求得不同分布式电源和大电网的出力情况。仿真结果表明,该模型在保证用户持续供电的情况下,可以在一定程度上有效降低企业用户的用电成本以及减少污染物的排放,为微电网实际运行的功率分配提供指导。     

基于模型预测控制的户用微电网在线能量管理方法

针对户用微电网中可再生能源出力和负荷需求的不确定性问题,对负荷需求响应特性、可再生能源出力特征、户用微电网能量控制系统的结构特征和运行机理等方面进行了研究,提出一种基于模型预测控制的在线能量管理方法。以用户最小用电成本作为优化目标,基于模型预测控制方法对户用微电网进行动态优化。同时根据用户的用电行为建立事件驱动机制,设置相应的触发条件,只有系统接收到触发信号时才进行在线决策优化。研究结果表明:所提的在线能量管理方法能够实时响应负荷需求,降低用电成本,提高微电网供需平衡能力,并且有效降低计算量。     

计及用户需求响应的区域电网多主体优化运行策略

为提高百色区域电网运营效益和降低能耗用户的用电成本，促进可再生能源的消纳，提出一种计及能耗用户需求响应的区域电网双层优化调度策略。首先，分别以区域电网运营效益最大和能耗用户总用电成本最低为上下层优化目标，并通过上下层的迭代求得运营商最大收益和能耗用户最低用电成本；然后，基于合作博弈理论，采用核仁效益分摊法分配区域电网运营商收益；最后利用区域电网典型运行数据作为算例验证所提优化模型和效益分摊方法的有效性。     

基于经济性的互联网数据中心光-储协同优化配置

互联网数据中心体量大、能耗高,近年来逐渐成为节能降耗的重点领域。基于对数据中心用电需求特征和电网电价机制的分析,提出一种基于经济性的互联网数据中心光伏和储能电池协同优化配置模型。通过该模型求得光伏和储能电池的最优配置方案,以降低数据中心的运行成本。该方案使得数据中心对当地电网电力具有较低的依赖性,充分利用了光伏供应的电力。仿真实例表明,在数据中心结构、负荷和运行环境相同的情况下,该方案可以有效降低数据中心的运行成本,具有较高的实用化价值。     

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。     

考虑共享储能的社区综合能源系统协同优化研究

以综合能源系统为核心的能源互联网是解决能源危机和环境污染问题的一个重要途径。以社区综合能源系统为研究对象,提出了包含共享储能、热电联供以及光伏电源等设备的用户协同优化模型。首先,建立社区综合能源系统中重要设备及负荷的模型;其次,分别建立用户电网购电费用、社区运行商购能费用、储能系统租赁费用等模型,并以此建立以用户整体经济性最优作为目标的协同优化模型;再次,基于用户日能耗量对整体费用进行合理再分配;最后,利用具体算例对所提模型进行有效性分析。算例结果表明,所提方案有助于用户合理优化用能安排,从而降低用能费用。     

考虑阶梯碳交易和需求响应的含氢储能的并网型微电网优化配置

针对低碳背景下并网型微电网的优化配置问题,提出了一种考虑阶梯碳交易和需求响应的含氢储能的并网型微电网优化配置方法。通过在规划模型中引入阶梯碳交易机制,降低微电网的碳排放;以可再生能源发电功率与负荷功率的差值绝对值之和最小为目标,利用负荷需求响应引导用户改变用能策略,促进可再生能源消纳,减少储能配置容量,进一步降低微电网的碳排放和经济成本;建立包含风力发电机、光伏阵列、柴油发电机、电解槽、储氢罐、燃料电池的并网型微电网的双层优化配置模型,上层模型以微电网等年值综合成本最小为优化目标,下层模型以微电网年运行成本和年碳交易成本之和最小为优化目标;采用遗传算法与混合整数线性规划相结合的方法对双层优化配置模型进行求解。算例结果验证了所建模型的合理性和有效性,能够为含氢储能的并网型微电网的容量配置提供参考。     

基于HOMER和禁忌算法的高速公路光储充一体化电站容量优化

为充分利用清洁能源、减少快充电站对电网的冲击,针对并网状态下的高速公路光伏充电站提出了一种容量分级优化策略。首先,分析了光伏充电站容量优化模型及充电需求模型,提出用基于时刻充电概率的蒙特卡洛法进行高速公路充电站的负荷预测,得到充电需求曲线;在综合考虑生命周期内建设成本、运行成本、置换成本、环境成本等系统净现总成本TNPC （total net present cost）小和光伏供电比高的基础上,考虑混合储能,建立了高速公路光伏充电站容量分级优化配置模型,利用HOMER和禁忌算法相结合进行求解。最后,以周期25年使用寿命为例,对高速公路光伏充电站进行优化配置,从容量变化趋势及储能出力等方面进行分析,结果表明,当敏感变量售电量增大和最大容量缺额比减小时,系统配置容量将增大;混合储能比单一储能更加可靠和经济。     

考虑综合需求响应的港口能源系统优化运行

为满足港口日益增长的能源需求,改善港口地区环境污染问题,港口能源供应方式逐渐由传统燃油、煤电供能逐渐向涵盖冷、热、电、天然气在内的综合能源供能方式转变.港口岸电建设及设施电气化改造工程的持续推进,使得港口电能需求进一步增加.针对这一现状,提出了一种考虑综合需求响应的港口综合能源系统优化运行方法,通过分析系统内各设备间的能量转换耦合联系,构建了基于能源集线器的港口综合能源系统多能耦合转换模型,并根据港口可调负荷特性,建立了港口综合需求响应模型.在此基础上,综合考虑能源价格、环境污染、能量损耗等因素对系统运行的影响,以系统运行成本最低为目标,建立了考虑综合需求响应的港口综合能源系统运行优化模型.算例结果验证了该优化方法可有效降低港口综合能源系统的运行成本,减少港口用电高峰时段的电力负荷需求.     

基于需求响应的建筑楼宇综合能源系统优化调度

针对能耗高且增速快的建筑楼宇优化调度问题,构建了含光伏发电、冷热电联供系统、燃气锅炉和储能装置的建筑级综合能源系统。在对系统内各个能源设备进行建模分析的基础上,考虑需求响应补偿价,以建筑运行成本最低为目标函数,建立了基于需求响应的建筑级综合能源系统优化调度模型,采用基于云模型改进的粒子群算法对模型优化求解。引入算例进行仿真,对比是否参与需求响应的两种不同模式,以及云模型粒子群算法与基本粒子群算法的优化性能。结果表明,基于需求响应的云模型粒子群算法模式可有效节约建筑级综合能源系统运行成本,同时降低电网侧负荷峰谷差。     

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。     

多能源等效替代方式及其转移效益模型

以能源互联网为背景,研究多种能源在转化利用过程中,不同"能质"能量之间的等效转化关系及其效益模型。首先,在含有风机、光伏电池、冷热电联供系统以及蓄能系统的多能源互联系统中,综合考虑负荷需求特性和价格因素对能源利用方式的影响,以能源利用率最大和系统综合运行成本最小为目标,构建了能源转化利用的多目标优化模型;然后,采用量子行为的粒子群优化算法对模型进行优化求解,并与传统用能模式进行对比分析。算例结果验证了所提模型的可行性。     

计及风光不确定性的虚拟电厂多目标随机调度优化模型

为缓解风电和光伏发电不确定性对虚拟电厂稳定运行的影响,引入鲁棒随机优化理论,建立了计及不确定性和需求响应的虚拟电厂随机调度优化模型。首先,风力发电、光伏发电、燃气轮机发电,以及储能系统和需求响应集成为虚拟电厂,然后最大化虚拟电厂运营收益、最小化系统运行成本和弃能成本被作为目标函数,建立虚拟电厂调度优化模型。再应用鲁棒随机优化理论来转换光伏发电以及风力发电不确定性变量的约束条件,建立了虚拟电厂随机调度模型。最后,选择中国国电云南分布式电源示范工程为实例分析对象。分析结果显示：所提模型能够降低系统运行成本,双重鲁棒系数的引入能够为不同风险态度决策者提供灵活的虚拟电厂调度决策工具,协助应对风电和光伏发电的随机特性。储能系统能够借助自身充放电特性,替代燃气轮机发电机组为风电和光伏发电提供备用服务,促进风电和光伏发电并网。将需求响应纳入虚拟电厂能够实现发电侧与用电侧联动优化目标,平缓化用电负荷曲线,系统整体运营效益达到最佳。     

计及可平移负荷的分布式冷热电联供系统优化运行

冷热电联供系统作为将能源从电力向气、热、冷系统进行扩展的能源集成系统,已经成为能源互联网的重要组成部分。针对冷热电负荷需求的随机性和不匹配性,从供能侧和负荷需求侧控制的角度对冷热电联供系统的综合优化运行问题进行了研究。结合冷热电联供系统内各类可平移负荷的用电特性,从满足各时刻供能侧与需求侧的热电比相匹配的角度建立了可平移负荷模型,并且分别对于冷热电负荷进行负荷平移。然后建立了包含经济、能源和环境等多方面运行成本的优化调度模型,并且利用遗传算法对系统各设备出力进行了优化求解。最后通过算例仿真分析了冷热电联供系统的负荷平移在削峰填谷,减少综合运行成本等方面的作用,从而验证了所提模型和算法的有效性。     

计及电热耦合需求响应的综合能源协同调度优化策略

需求响应对优化负荷分布、降低系统经济成本等方面的作用逐渐得到重视,为了满足用户的冷热电等综合能源需求,较多工业园区高峰时需从主网大量购电,不仅增加了园区自身运行成本,也加深了主网高峰时的调度压力。针对上述问题,以工业园区微能网系统为场景,考虑了热电耦合下的联合响应,以系统总运行成本最低为目标,最终形成工业园区综合能源协同调度策略。模型选取某智能园区一个典型日的用电情景进行优化,通过热电联合响应调整用户对不同形式能源的负荷曲线,实现能源优化配置。算例表明所提方法能够在峰时减少主网购电,增加园区内本地机组调用,并满足用户的冷热电需求,具备良好的经济性。