考虑燃气轮机无功支撑的IEGES有功-无功协调优化模型

燃气轮机作为连接电力网络和天然气网络的重要元件,其无功支撑能力为减小网损和电压偏差提供重要途径.基于此,提出一种考虑燃气轮机无功支撑的电-气互联综合能源系统(IEGES)有功-无功协调优化模型.模型首先对电转气、燃气轮机、有载调压变压器和常规机组等重要元件建模,并采用分段线性化处理燃气轮机有功无功出力耦合特性约束,从而融入燃气轮机的无功支撑能力.接着计及电网气网约束以调度成本和网损为优化目标,运用二阶锥松弛技术将模型转化为混合整数凸优化问题求解.最后在IEEE33节点电网与比利时20节点天然气网耦合系统中模拟仿真,结果表明:考虑燃气轮机的无功支撑可以显著减少配电网损耗和电压偏差.为综合能源系统建设和调度决策提供参考.     

考虑相依特性的电-气互联网络故障评估方法

随着电网和天然气网的耦合程度不断加深,电网与天然气网间的相依特性引发了新的系统安全运行问题,增加了电-气互联网络发生连锁故障的风险.为此,提出了一种考虑电网与天然气网间相依特性的电-气互联网络故障传播的影响分析方法.分析电-气互联网络的相依特性以及故障在两网间的传播机理;基于此分析电网与天然气网不同耦合程度下故障在两网间的传播特性;进而建立计及天然气网慢动态特性的电-气互联网络准稳态潮流模型,从系统供能效率与供能可靠性角度,采用负荷损失率和全局网络效能损失率指标评估分析电-气互联网络的故障传播及其对系统运行的影响,以此构建电-气互联网络连锁故障评估模型.     

基于双层优化模型的能源互联网自愈及优化运行策略研究

电网和天然气网通过双向耦合可实现高可靠性运行。为解决电-气耦合的能源互联网故障自愈问题,提出了一种能源互联网自愈及优化运行方法。首先,该方法基于电-气耦合特性,充分利用天然气网对电网的能量补充,在考虑天然气网经济性和新能源出力不确定性的基础上,建立双层优化模型,实现综合能源系统的故障快速自愈及优化运行。上层模型利用基于广度优先搜索法的改进蚁群算法,优化供电恢复路径,得到系统开关状态。下层模型基于电-气耦合特性分析,以天然气网经济性为主要目标,采用条件风险价值理论(conditional value at risk, CVaR),同时考虑新能源出力不确定性带来的运行风险,构建电-气耦合的能源互联网优化重构模型。然后,对双层优化模型进行求解并进行全局优化,得到电-气互联型能量调度最优的故障恢复和优化运行方案。最后,通过IEEE33节点配电网和7节点天然气网耦合的能源互联网仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

计及天然气管道泄漏的电-气综合能源系统潮流计算方法

针对天然气管道泄漏运行的实际情况，提出了一种计及天然气管道泄漏的电-气综合能源潮流计算方法。首先，建立了计及管道泄漏和改进微型燃气轮机模型的天然气网络模型；然后，采取牛顿拉夫逊法求解天然气网络潮流，并利用燃气轮机的耦合关系交替迭代求解电网潮流；最后以IEEE30节点和比利时20节点为例，计算耦合系统正常运行、管道泄漏及管道完全故障3种状态下的潮流计算结果并进行比较分析。     

考虑管存动态特性的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

电转气(P2G)和热电联产机组(CHP)作为综合能源系统耦合元件,是实现清洁低碳电力的重要途径.基于此,从P2G和CHP的协同机理着手,建立了考虑气管网储能特性的电-气-热互联综合能源日前调度模型.模型目标函数以日前调度成本、弃风成本和污染物治理成本之和最小,并计及了电网、气网约束条件,重点关注天然气系统管网的储气空间,以挖掘其管存动态特性.针对模型存在的非线性约束,采用二阶锥松弛和分段线性化将模型转化为混合整数凸优化问题进行求解.通过一个IEEE33节点电网和比利时20节点天然气网耦合的综合能源系统进行算例分析,结果验证了P2G和CHP的联合调度可以提升综合能源系统多项性能,管网动态特性对系统经济性具有积极作用.     

电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。     

基于灵敏度分析的综合能源系统运行安全性的研究

基于电-气互联综合能源系统子系统间的灵敏度矩阵,探究了电-气能源子系统间的交互耦合机理,提出一种提升综合能源系统运行安全性的改善措施。首先构建电-气耦合的综合能源系统模型,采用基于扩展牛顿-拉夫逊法的交替求解法求解该综合能源系统的多能流方程;在此基础上,借助综合能源系统灵敏度分析方法计算电压幅值-燃气负荷灵敏度矩阵和天然气系统节点压力-电力系统节点有功灵敏度矩阵,定量描述电、气系统间交互耦合作用机理;然后,通过灵敏度矩阵辨识与薄弱节点密切相关的关键环节,研究提升综合能源系统运行安全性的相关措施。最后,通过IEEE 24节点和比利时20节点天然气系统耦合的IEGES-24系统算例对所提方法进行分析、验证,结果表明所提方法可应用于综合能源系统交互耦合机理揭示和运行安全性分析。     

考虑电转气消纳风电的电–气综合能源系统双层优化调度

电转气(power-to-gas,P2G)技术使电力网络与天然气网络的单向耦合转变为双向耦合,其运行特性为风电消纳提供了有效途径。该文提出一种考虑电转气合理利用弃风并考虑天然气系统优化运行的电力–天然气综合能源系统双层优化调度模型。首先,介绍含电转气的天然气系统运行模型;其次,以基于价格的含电转气的天然气系统优化调度为上层模型,基于直流潮流的含风电和电转气的电力系统经济调度为下层模型,构建电–气综合能源系统双层调度模型;再次,根据下层模型的Karush-Kuhn-Tucher(KKT)条件将双层模型转化为单层模型,并对非线性方程进行线性化,从而将非线性模型转化为混合整数线性规划(mix-integerlinear programming,MILP)问题,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过算例分析验证所提出模型的合理性与有效性,并证明电转气可以有效提高电网的风电消纳能力。     

考虑精细模型的电-气综合能源系统优化运行方法

随着电力系统与天然气系统耦合程度的不断加深,电-气综合能源系统的优化运行成为当下研究热点。然而,电力与天然气系统的非凸非线性为模型的优化求解带来了巨大挑战,诸多研究工作对模型做了简化处理可能导致调度策略不可行。为此,文中构建了电-气综合能源系统优化模型,采用较为精细的电网交流潮流模型和气网稳态模型构成电-气综合能源系统模型,并采用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解。为考虑复杂的耦合系统约束,文中将基于分别循环迭代的电-气综合能源系统能量流计算方法嵌入粒子群算法中,根据粒子位置得到非平衡机组出力、非平衡气井产气量,通过能量流计算得到系统的运行状态,进而将上下限约束作为罚项添加到粒子的评价函数中,并赋以较高的权重。在仿真验证中,文中将13节点电力网络与7节点天然气网络耦合作为测试系统,验证了优化方法的有效性。     

计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型研究

针对电-气互联系统,考虑电转气技术和燃气轮机的双向耦合,研究其机组组合问题。以全系统综合运行成本最低为目标,考虑电力系统和天然气系统多种安全约束,建立电-气互联系统机组组合模型,并对其进行线性化得到线性模型。选取某6节点电力系统与10节点天然气系统耦合的电-气互联系统为例,分别计算非线性模型与线性化模型并比较其求解效率。同时分析了计及电转气和不计及电转气两种场景下系统运行成本和运行状态。仿真结果表明线性模型提高了电-气互联系统机组组合求解效率,电转气的应用也有助于提高电-气混联系统的经济性。     

基于统一潮流模型的电—气耦合综合能源系统静态灵敏度分析

针对典型的电—气耦合综合能源系统,提出一种基于统一潮流模型的静态灵敏度分析方法,用于分析电力与燃气供能系统间的交互作用机理。首先,给出电—气耦合综合能源系统的统一潮流模型。然后,在此基础上,定义电—气耦合综合能源系统的燃气压力—节点注入功率灵敏度矩阵。最后,结合典型场景下的综合能源系统灵敏度指标,分析电网节点注入功率对燃气压力的影响,定位综合能源系统的薄弱环节。算例表明,所提方法可为区域综合能源系统的安全稳定运行提供辅助信息,有效提升了系统的安全性。     

一种用于电-气互联系统运行优化的动态收缩凸松弛算法

提出了一种动态收缩凸松弛算法来解决电-气互联系统的运行优化问题.模型建立中,考虑了新能源与储能元件接入以及管存和气流方向等运行约束.所提算法利用了二阶锥松弛和凸包松弛的方法将非凸约束转换为凸约束,并通过动态收缩求解算法将电-气互联系统的运行优化问题转化为精确松弛域内的混合整数二阶规划问题加以求解.算例测试中,分别以修改的IEEE 39节点与IEEE 118节点电力系统和比利时20节点天然气系统组成的2个电-气互联系统为例,通过仿真验证了该算法有较佳的松弛精度和较快的计算速度.     

基于PSO-Newton法的电-气综合能源系统能流计算

在全球能源形势日趋严峻的情况下,传统单一的电力系统能源结构已经无法满足发展的需求。随着电解制取天然气(P2G)技术及燃气轮机技术的迅速发展,电力系统与天然气系统的联系变得紧密起来。能流计算作为电-气系统耦合分析的基础与关键,对其研究显得尤为重要。文中首先分析了电力系统与天然气系统数学模型,针对牛顿(Newton)法中较难解决天然气系统对压力初值的选取问题,提出利用粒子群(PSO)算法对压力初值进行优选;然后利用Newton法顺序求解电-气综合能源系统(IES)的能流;最后在由IEEE 14节点配电系统和14节点天然气系统组成的电-气耦合系统中验证了所提方法的可行性和准确性。     

基于加权最小绝对值的电-气综合能源系统抗差状态估计

天然气可大规模存储的特性及电制氢技术的支撑使得电—气综合能源系统受到了国内外的普遍关注。为实现对电—气综合能源系统的全面、实时和精确感知,需要构建电—气综合能源系统状态估计(IES-SE),而IES-SE依赖于电—气耦合模型建模、压缩机支路建模及电—气两种能流的联合估计建模。在电—气耦合模型建模方面,引入了燃气轮机和电制氢机组以考虑电—气两种能流的双向转化;在压缩机支路建模方面,提出一种新的压缩机约束模型,不仅可考虑压缩机元件对气压的约束,也可考虑燃气压缩机的耗气量。在此基础上,构建了基于加权最小绝对值的电—气综合能源系统抗差状态估计模型,并给出了其求解方法。仿真算例验证了所提出的电气耦合模型、压缩机支路模型及电—气IES-SE的有效性。     

考虑不确定性的综合能源博弈规划

随着电力系统与天然气系统的耦合性不断增强,以电网为核心的综合能源系统应运而生。然而在不确定条件下,当前规划方法仍无法保证各厂商的利益最优,因此本文提出了基于非合作博弈论的电-气系统的协同规划方法。首先,以各能量单元和电、气网公司作为独立的利益团体,以其年净收益最大为优化目标,建立电-气综合系统中风电机组,燃气机组、电转气机组、输电线路和天然气管道的综合非线性规划模型。针对风电、负荷的不确定性,以及经典两阶段鲁棒优化的保守性问题,提出了一种改进的两阶段鲁棒优化方法——期望场景最优,任意场景可行。最后,以修改的IEEE39节点电力系统与比利时20节点天然气系统构造电-气网络,验证了模型及算法的有效性。     

电—气互联综合能源系统多时间尺度动态优化调度

对于时空相关的天然气管存,应用多时间尺度/模型预测控制尤为重要。计及天然气管网的慢动态特性,考虑暂态天然气系统变量存在时段耦合的特性,提出了基于模型预测控制的多时间尺度优化调度策略,使机组有功出力和气源产气控制过程更为平滑。其中,以日前优化调度得到的有功出力值和产气量为参考值,基于模型预测控制,进行日内多时段滚动优化。最后,对修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统进行算例分析,验证了所提优化调度方法的可行性以及有效性,并分析了气网管存对电—气互联综合能源系统运行的影响。     

考虑运行策略和投资主体利益的电转气容量双层优化配置

电转气(P2G)技术的日益成熟,促进了电网和天然气网间的耦合,使两者间实现大规模互联成为可能。文中利用条件风险价值(CVaR)理论,对风电不确定性给电—气互联系统带来的运行风险及其成本进行了分析。在计及风力发电企业和电—气互联系统两个利益主体后,构建了P2G设备容量配置双层规划模型,以风力发电企业净利润作为上层目标,电—气互联系统运行成本为下层目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。利用IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的仿真系统,验证了配置P2G设备来提高风电消纳率和降低系统弃风风险的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。     

考虑碳交易的区域综合能源系统经济调度研究

由电力、天然气、热力等多类型能源组合而成的区域综合能源系统能够对电力系统、天然气系统、供热系统及可再生能源等进行统一管理与调度,提高能源利用效率,具有巨大潜力。构建了以系统成本最小为目标函数,含光伏、风电、微型燃气轮机、储能设备、配电网等联合供电、供热/冷的区域综合能源系统经济调度模型,并在模型中考虑了碳交易问题。针对可再生能源及负荷预测的不确定性,将预测误差表示为服从均值为零的正态分布。运用布谷鸟搜索算法对4种情况分别求解,通过对比分析发现,所建立的模型在满足区域综合能源系统经济性要求的同时,能在一定程度上降低碳排放量。     

电力-天然气集成能源系统的统一规划模型与Benders解耦方法

近年来随着天然气发电渗透率的逐步提高,电力系统规划和运行时就需要适当考虑天然气系统的影响。同时,多能源互联代表了未来能源系统的发展趋势之一。这样,电力系统和天然气系统的统一规划和运行就成为值得研究的重要问题。在此背景下,在考虑天然气系统稳态潮流模型的基础上,对电-气集成能源系统的统一规划进行了初步探索。首先,研究了考虑电力系统和天然气系统边界条件约束的电-气集成能源系统的统一规划问题,对燃气电厂、输电线路、天然气供给站、天然气管道的选址和定容进行优化,构造了混合整数非凸非线性规划模型。接着,采用Benders解耦将该混合整数非凸非线性规划问题简化为双层主、子问题,并分别采用高效的商业求解器CPLEX和IPOPT迭代求解。最后,采用所构建的包括54节点电力系统和19节点天然气网络相互耦合的电-气集成能源系统,说明了所发展的基于Benders解耦的统一规划模型的可行性。