计及差异化能量惯性的电-热-气综合能源系统日前优化调度

针对不同能源系统的多元异质性,建立了兼顾热力系统源–网–荷以及气网管道差异化能量惯性的电–热–气综合能源系统优化调度方法.首先,针对热惯性展开研究,为克服热传输延时连续性和调度时段离散化的矛盾,提出一种基于流量分段法的热网传输惯性模型,并将该方法引入热源侧的模型构建,进而结合负荷侧的建筑热惯性,共同构建了考虑源–网–荷多种热惯性的热力系统模型.其次,为刻画天然气网络气惯性的动态特征,利用虚拟节点构建稳态模型代替原有的暂态模型,避免了偏微分方程的直接求解,大福降低了计算的难度.最后,基于不同能量惯性全面精确的建模,并综合考虑了各子系统的网络约束和耦合约束,以系统运行成本最小为目标构建了电–热–气综合能源系统日前优化调度模型,并用混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)软件进行求解.结合具体算例,研究结果表明精细刻画热、气系统的差异化能量惯性,能够提高电–热–气综合能源系统运行的经济性和灵活性.     

考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度

在能源互联网迅速发展的背景下,综合能源系统多能耦合互补特性为需求侧参与系统调度提供了更大的优化空间,如何建立切实有效的多能源、多类型需求响应模型对提升系统运行性能具有重要意义。为此,建立了考虑激励型、替代型和基于实时定价机制的价格型多能源、多类型需求响应精细化模型,在此基础上,以电、气、热、冷多能耦合园区系统为研究对象,考虑系统运行、需求响应、用户用能满意度等约束条件,提出了考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度策略。算例分析结果表明所提优化策略能够充分挖掘需求侧资源的调节潜力,在促进能源供需平衡的同时实现了系统多能协同互补与经济运行。     

电力用户侧参与的综合能源系统优化调度

针对传统需求侧响应在热力系统描述方面不能满足综合能源系统应用的问题,提出了用户侧参与下的电、气、热综合能源系统联合优化调度模型。用户侧采用可转移电力负荷分类参与需求侧功率调整;综合考虑系统内部电气热的耦合及分时电价、气价等,并利用储能系统的时移特性;以调度周期内系统运行成本以及负荷调用补偿成本之和最小为目标函数,增设了考虑系统热负荷需求及电锅炉提供电力需求转换的热力平衡方程等式约束。仿真结果表明,相较于用户侧不参与调度的优化模型,用户侧的参与可改变原电力负荷曲线实现削峰填谷,同时降低综合能源系统总成本,保证综合能源系统正常运行及实现系统内源、储、荷协调互动。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

考虑采暖建筑用户热负荷弹性与分时电价需求侧响应 协同的电热联合系统优化调度

电热联合系统中电、热负荷在峰谷分布上存在互补特性,考虑电、热负荷的互补特性实施电热联合系统优化运行可以有效增强系统调峰灵活性,缓解电热强耦合造成的弃风。为此,研究了考虑采暖建筑用户热负荷弹性与分时电价需求侧响应协同的电热联合系统优化调度问题。阐述了电、热负荷协同促进风电消纳的机理。根据电、热负荷特性分别建立采暖建筑用户热负荷弹性模型以及分时电价需求侧响应模型,并以此为基础建立电、热负荷协同响应模型。将负荷模型纳入调度模型,构建考虑负荷协同优化的电热联合系统日前调度模型。算例分析表明,采暖建筑用户热负荷弹性与分时电价需求侧响应的协同可有效提升系统运行经济性并促进系统风电消纳。     

考虑热备用的气-电耦合园区综合能源系统弹性调度

随着气-电耦合园区综合能源系统IEGS(integrated electricity and gas community system)内部能源耦合程度的逐渐增强和其日益增长的供能可靠性需求,制定合理有效的调度策略增强系统对供能端故障的适应性愈加重要。为此,计及IEGS电、气互补运行特性,制定了考虑蓄热装置热备用的气、电互补多阶段弹性调度策略。首先,计算各个时刻发生气源、电源故障时满足重要负荷所需的最小储能备用容量;然后,基于备用信息进行考虑热备用约束的日前经济调度,若发生源端故障,系统切换至故障运行模式,优先保证重要负荷供能;最后,选取夏季运行日数据进行调度策略的验证分析。结果表明,考虑热备用的IEGS气、电互补弹性调度策略可在不明显改变运行成本的情况下提升系统对源端故障的适应性,保证故障域内重要负荷的可靠供给,具有较强的运行弹性。     

多能流分布式综合能源系统容量匹配优化与调度研究

综合能源系统可以实现电、热、气等多种能源形式的互补供能和满足负荷需求的多能调度,从而促进可再生能源消纳能力,提高能源综合利用率。针对含电、热、气并相互耦合的分布式多能流综合能源系统的设备容量匹配优化问     

综合能源系统混合时间尺度运行优化

综合能源系统融合电、气、热等多种能源子系统,不同能源网络动静态特性与设备控制特性差异显著。为实现电、气、热异质能流网络和设备协同运行,建立综合能源系统混合时间尺度运行优化框架,包含混合分辨率建模与混合指令周期调度。混合分辨率建模采用与气网、热网动态过程相匹配的模型分辨率刻画能流动态过程,平衡模型的精确度与问题的复杂度,实现电气热多能网络动态过程的协同优化;混合指令周期调度立足于多种异质能流的传输特性差异和多类型设备的控制特性差异,兼顾源/荷多重不确定性,确定各子系统的最佳调度指令周期,实现多能子系统间的协调运行。算例结果验证了所提方法的可行性。     

基于粒子群算法的区域综合能源优化调度方法

发展综合能源系统是实现能源互联网的必由之路,区域内综合能源的协调运行是实现电、热、气多能互补的关键。首先分析了风机、燃机和储能等装置的控制运行特性,介绍了不同运行场景下,各种装置的协调运行规律,以系统整体运行费用最小为优化目标,计及安全稳定等约束条件,建立电-热-气区域综合能源调度模型;然后,上述模型同时包含电、热、气多种复杂运行约束条件,变量之间交互耦合,传统数学优化方法难以直接求解,为此采用粒子群算法进行优化;最后,通过仿真算例进行验证,在不同优化目标的计算结果表明本文模型和算法的正确性和有效性。     

考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化

在综合能源系统中,利用电、热、气的互补耦合特性可以提高系统运行的灵活性.针对综合能源系统的日前优化问题,文中建立了考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化模型.首先,对热网与气网的管网动态特性进行分析,构建了多能流动态传输方程.其次,基于用户热感知的模糊性,考虑了热负荷的柔性调节能力.然后,同时考虑价格型负荷和替代型负荷,引入综合需求响应以优化次日的负荷曲线,挖掘用户侧的需求响应能力.最后,对所提模型进行了验证分析,结果表明管网的动态特性可以有效提升系统的整体灵活性,相对稳态模型而言,协同优化动态模型可以更加准确地反映系统的运行工况,保证系统运行安全.此外,仿真结果还表明考虑综合需求响应可以有效促进新能源消纳,提升系统运行的经济性.     

供用能转换促进风电消纳的综合能源系统源荷协调优化调度

针对热电联供“以热定电”约束导致的弃风问题,提出计及供用能转换促进风电消纳的综合能源系统源荷协调优化调度方法。首先,为提高供能方式灵活性,源侧引入变工况运行的空气源热泵以及含余热回收的电转气,优化电–气–热耦合关系以压缩热电联供出力空间,提高系统风电消纳水平。其次,荷侧基于热值等效原理对电、气、热用户的用能转换价值进行分析,在多类能源价格信号的引导下形成含用能转换的综合需求响应机制,协助风电并网消纳。最后,构建计及用户综合用能满意度的综合能源系统源荷协调优化模型,以最小化系统运行成本为目标优化各时段机组出力。算例结果表明,该方法在促进风电消纳的同时能够降低系统运行成本;含用能转换的综合需求响应机制对用户满意度影响较小,更符合用户的实际用能情况。     

含多个能源站的区域综合能源系统建模及协同优化运行策略

区域综合能源系统通过统一调度不同能源设备,协调优化电、气、冷、热多种能源系统来提高区域供能的经济性和环保性。但是多种能源的耦合提高了系统运行的复杂性,因此需要有效的优化方法来保证其运行经济性。通过分析多能源站区域综合能源系统结构,构建了区域综合能源系统模型。在此基础上,提出了一种以系统运行经济性为目标、包含多个能源站的区域综合能源系统协同优化调度方法。案例仿真结果显示,多能源站协同优化运行可以大幅提高区域综合能源系统运行的经济性。     

考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法

为充分挖掘综合能源系统的可调度潜力,提出了一种考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法。首先,为增强价格信号对需求响应的激励效应,在分时价格的基础上结合模糊数学理论提出了模糊分时能源价格,进而建立了价格型综合需求响应模型;其次,综合考虑电–热–气系统的耦合约束以及天然气网络的管道动态特性,构建了综合能源系统的日前调度模型;最后,针对电–热–气系统的复杂性以及信息的不透明特性,提出了基于正则化交替方向乘子法的调度方法,将优化调度模型分解为电–热–气3个子问题,通过多个协调变量进行信息传递,并在迭代求解各子问题的同时通过添加含协调变量的正则项以加快收敛速度。结合具体算例验证了所提模型和方法的有效性。     

能源互联微网型多能互补系统的构建与储能模式分析

多能互补能源集成系统的提出,有利于实现能源间的优势互补,可以满足居民生活的多种负荷需求。其中,储能作为多能互补系统的关键设备也起到重要的作用,能进一步提高集成系统的运行效率。该文在多能互补工程思想指导下,首先建立面向气电热集成负荷终端的能源互联微网型多能互补系统,将储能模式分为单储能设备、双设备联合储能和混合储能三种,然后以多能互补系统的日前调度总成本为优化目标建立优化模型,进一步分析不同模式下储能设备之间的互相影响,并讨论三种储能模式下多能互补系统的经济性。结果证明,气–电–热混合储能模式下的经济性最优,且储能出力与各类能源负荷需求有较大关系,有利于缓解三负荷调峰的压力。     

计及电价型需求侧响应含碳捕集设备的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

目前,通过各类低碳技术辅之合理的市场机制是实现综合能源系统低碳运行的重要手段。将碳捕集技术引入综合能源系统低碳调度中,并考虑到碳捕集设备高能耗导致难以在峰荷额定运行的问题,将电价型需求侧响应引入系统,综合系统经济性和低碳性。首先,以负荷波动性为目标构建电价型需求侧响应模型,对原始负荷曲线"削峰填谷"。其次,建立以综合成本最低为目标含碳捕集电厂的电–气–热综合能源系统低碳经济调度模型,并将需求侧响应结果引入模型,构建双阶段模型。最后,利用CPLEX优化软件,基于改进的IEEE-30节点电网模型、7节点气网模型和6节点热网模型对文中方法的有效性进行仿真验证,结果表明所提方法能兼顾低碳性和经济性,可为综合能源系统低碳经济调度提供参考。     

计及柔性负荷的能源枢纽多目标综合优化调度

能源枢纽是多能源综合利用的主体单元,具有多能互补的优势。本文首先对基本的能源枢纽进行拓展,建立了包含风电、多种储能以及电转气(power-to-gas, P2G)设备的能源枢纽模型,并将用户侧的电、气、热等多种柔性负荷纳入需求侧响应资源。在此基础之上,考虑分时电价与分时气价,构建能源枢纽的多目标日前综合优化调度模型,并采用法线边界交叉(normal boundary intersection, NBI)法进行求解。最后,算例在四种不同的能源枢纽运行场景下进行测试,结果表明：P2G、储能以及柔性负荷参与调度,不仅能提高能源枢纽消纳风电的能力,还能降低经济成本和减小碳排放。     

基于多能互补的热电联供型微网优化运行

热电联供型微网(CHP-MG)对实现能源可持续发展和构建绿色低碳社会具有重要的应用价值,而内部复杂的能源结构与设备耦合关系,也对其运行优化带来了挑战。利用供需双侧电、热能的互动互补关系,在供给侧采用储能装置实现联供设备的热电解耦,通过各能源转换设备提升系统多能源的供应能力。在需求侧对负荷类型进行分类,利用电负荷的弹性和系统供热方式的多样性,构建含电负荷时移、削减响应及热负荷供能方式响应的综合能源需求响应模型,并提出响应补偿机制。在此基础上,以系统运行成本与响应补偿成本之和最小为目标,综合考虑供需双侧设备运行和可调度负荷资源约束,建立基于多能互补的CHP-MG优化运行数学模型。基于算例的仿真结果和对比分析表明:考虑多能互补的供需双侧协同优化能有效提高系统供能的灵活性以及运行经济性。     

考虑用户互补聚合响应与热能传输延时的综合能源园区运营商两阶段短期优化调度

发展冷/热/电/气协同的综合能源系统是提高能源利用效率和新能源就地消纳率的有效手段,综合能源园区是综合能源系统的典型代表,研究其调度策略具有重要意义。建立了综合能源园区系统供给侧、需求侧和传输侧的模型:在需求侧,通过分析用户内部能量耦合关系提出了一种不影响用户舒适度的用户互补聚合响应策略;在传输侧,建立了环形热网的传输延时模型,以提高园区运营商收益和风电就地消纳率为目标,利用用户互补聚合响应与热能传输延时优势互补,提出了一种两阶段短期优化调度策略。对所提策略在6节点电网和5节点热网耦合系统算例中进行了多场景仿真分析,结果表明:考虑热能传输延时能够实现供需两侧高效配合并在日内调度中更充分地发挥用户互补聚合响应作用;日前优化调度和日内优化调度策略相配合的两阶段优化调度策略可同时提高运营商收益和风电消纳能力。     

计及电气热综合需求响应的区域综合能源系统优化调度

区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System,RIES)是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源难以消纳问题的有效途径之一。首先建立了包含风电、多种储能以及电转气(Power-to-Gas,P2G)设备的RIES模型。针对电、气、热负荷柔性特征和可调度价值,结合三种负荷在RIES中形成的耦合关系,提出计及电-气-热多种负荷的综合需求响应模型。同时采用典型场景集考虑风电出力的不确定性,建立区域综合能源系统优化调度模型。该模型以综合运行成本最少、碳排放量最小、能效利用率最高为优化目标,利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行求解并输出Pareto最优前沿解集。仿真算例设置了4种场景,分析电、气、热需求响应及P2G、储能设备接入对区域综合能源系统运行优化的影响。结果验证所建立多目标优化调度模型既能够提高能源利用效率,也能保证系统的环保经济运行。     

基于服务商引导的综合能源系统源-荷协同优化方法

随着能源市场的逐步开放,大量市场因素涌入传统集中式优化调度策略。在此背景下,以园区综合能源系统(community integrated energy system,CIES)优化运行为应用场景,提出了基于综合能源服务商(integrated energy services provider,IESP)引导的源-荷协同优化运行模型。在需求侧,考虑园区可转移电、气负荷以及建筑物维护结构虚拟储热特性建立综合需求响应(integrated demand response,IDR)策略。在供给侧引入综合能源服务商以代替能源网络引导多能协同灵活交易,综合考虑园区用能需求、响应反馈以及主网与园区联络线电交互功率变化情况优化电-气联合价格信号。通过粒子群结合混合整数线性规划的双层优化算法对上层服务商的价格信号及下层园区需求响应、经济调度等行为进行分层优化,考虑供需双侧互动过程中的相互影响,循环迭代求解出各方追求利益目标时的交互策略。算例仿真表明所提模型可在保障园区的参与满意度、用能经济性的基础上挖掘其响应潜力,对园区与主网间电交互功率进行“削峰填谷”,优化配置系统能源资源,提高系统整体经济性。