考虑设备全生命周期成本的工厂多能微网经济调度策略

工厂是供能结构复杂的典型能源系统,生产过程中存在多能流耦合,优化空间大,是多能源系统的重点发展区域。同时,工厂中含大量的能源设备,各种能源设备的全生命周期成本会对工厂的用能策略产生较大影响。为此,文章针对同时考虑光伏、风机、储能、冰蓄冷空调、中央空调等多种能源设备的工厂多能微网模型,提出了一种考虑设备全生命周期成本的工厂多能微网经济调度策略。在考虑设备全生命周期成本的基础上,以工厂整体的运行费用最低为目标,建立工厂日前经济优化调度模型,并采用混合整数线性规划方法进行求解。算例结果表明,所提的优化策略使得多种能源进行协同互补,减小了能源转换和存储时的能量损耗,提升了能源利用效率。同时,在价格信号的激励下,充分发挥了需求侧设备的调节潜力,促进了可再生能源的消纳和电网的削峰填谷,并优化了能源消费结构。由于将设备的全生命周期成本考虑在内,在工程实际中具有更好的推广价值。     

考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化

工业园区是典型的复杂能源系统,通过利用多能源之间的耦合机制,实现多能互补,可显著提升其经济效益与能源利用率。为此,文中针对工业园区提出了一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化模型。首先,介绍工厂综合能源系统架构,再对综合能源系统中的能量生产设备、能量转换设备以及能量存储设备进行独立建模。基于此,以日运行费用最低为优化目标,在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下,采用混合整数线性规划法对模型进行求解。所提模型遵循"品位对口,梯级利用"的科学用能思想,按热品位高低进行能量梯级利用,实现工业生产流程与设备运行参数的综合优化。算例分析表明,所提的优化调度策略更契合工程的实际需求,可降低工业用户的运行费用。     

计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度

为了充分挖掘综合能源系统(IES)用能侧的用能潜力以进一步提高能源利用效率,提出一种IES多目标优化调度模型及求解方法.兼顾供能侧与用能侧的协同优化,建立了考虑综合需求响应的综合能效模型并引入优化目标,以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气-热IES多目标优化调度模型.采用Charnes-Cooper变换对综合能效目标进行线性化,从而实现分式规划问题的准确快速求解,并使用改进ε-约束法得到Pareto前沿集.算例采用修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统与14节点热力系统的耦合系统,对4种场景下的系统经济成本与综合能效进行分析.结果表明,所提模型能够引导电力用户与多能用户合理选择综合需求响应行为,通过供需双侧的协同优化进一步提升IES整体能效,并验证了优化调度结果对于平衡IES经济、高效运行目标的可行性.     

考虑系统耦合性的综合能源协同优化

综合能源系统(IES)具有多能耦合的特点,可实现电、热、天然气等能源的综合利用,可以最大化地发挥各能源间的协同作用和互补效益。在此背景下,文中构建了一种耦合电能、热能以及天然气能的IES结构,并给出能源耦合度等定义用于IES耦合性的定量分析;建立了以成本为目标的IES优化运行模型,优化模型同时考虑了电、热、天然气网络约束;针对系统运行时的电、热、天然气耦合问题,提出一种基于拉格朗日松弛的协同优化方法,实现了IES多能源优化时的解耦处理;最后,基于71节点的IES测试系统进行仿真分析,验证了所提模型及方法的有效性,并对IES优化结果与系统耦合性的映射关系做了定量分析。     

孤岛型多能互补系统的规划与运行优化模型研究

在能源互联网高速发展的背景下,如何提高孤岛型多能互补系统(Integrated Energy System, IES)的经济性与稳定性,已成为该领域的重点研究内容。文章构建了计及容量配置与运行调度的孤岛型IES两阶段优化模型。在规划阶段,根据孤岛型IES的能源供给特性,负荷结构特性及设备运行特性,构建了孤岛模式下IES的精细化容量配置约束模型;在运行阶段,基于规划阶段的配置优化结果,进一步引入激励型需求响应,以运行成本最小化为目标构建运行调度模型;通过案例仿真来验证所提模型的有效性,仿真结果表明：P2G设备不适用于孤岛型IES,储能设备的引入可以实现科学性容量配置,并将系统的年经济成本降低了19.7万元,在运行阶段引入需求响应后,进一步提高了IES的经济效益。     

基于CVaR理论的综合能源系统经济优化调度

为解决综合能源系统(IES)中供需双侧不确定因素对运行调度带来的风险问题,将CVaR理论引入IES运行调度问题,提出一种计及风、光出力和电、热负荷不确定性的IES经济调度模型。该模型以IES运行风险费用最小为目标函数,综合考虑电力网络、天然气管网、热力管网以及机组出力等多种约束条件。运用双层优化的思想将上述模型进行转化,采用快速粒子群优化算法和内点法进行求解。通过算例分析置信水平、多能流约束和单位功率调整费用对运行费用的影响,验证了CVaR理论在IES经济调度中的有效性。     

计及N-1安全准则的能量枢纽优化配置

多种能源系统通过集成和优化而形成的综合能源系统(IES)为解决能源与环境问题提供了新途径。能量枢纽(EH)作为多种能源系统的耦合环节,其设备组成与容量配置对IES的安全经济运行至关重要。在此背景下,提出了一种计及N-1安全准则的含电力系统、天然气系统和热能负荷的EH优化配置方法。首先,在EH架构下,对IES的能源耦合部分进行建模;然后,以年综合运行费用最小为目标函数,考虑能源耦合部分约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束和电力系统的N-1安全约束,建立了EH优化配置的混合整数二阶锥规划模型,并利用商业求解器YALMIP/GUROBI求解;最后,采用一个IES算例对所构建的优化模型与求解方法进行了说明。     

考虑供能设备故障风险的电-气-热综合能源系统优化运行

为了应对综合能源系统(Integrated Energy System, IES)中供能设备存在的潜在故障风险,建立了基于运行状态的设备故障概率模型以及基于负载率的设备故障严重度模型,表征设备不同运行状态与系统安全风险关联关系。在此基础上,以运行成本和风险值为优化目标,综合考虑电力、天然气和热力管网以及机组出力等多种约束,建立了IES多目标优化运行模型。运用二阶锥松弛、分段线性化和宽容分层序列法将该模型处理为混合整数二阶锥规划模型,并用宽容度表征系统对风险的接受程度。算例分析结果表明该模型求取的运行策略可以较好地兼顾系统运行安全性与经济性,验证了所提模型和方法的合理性和有效性。     

基于多时间尺度和多源储能的综合能源系统能量协调优化调度

考虑源荷不确定性及储能设备配置对综合能源系统IES(integrated energy system)优化调度的影响,提出基于多时间尺度和多源储能的IES能量协调优化调度策略。该策略以系统运行经济最优、滚动控制时域内购能成本与储能惩罚成本之和最低以及设备输出功率调整量最小为目标,分别建立了日前、日内滚动和实时反馈3个时间尺度的优化调度模型。在日前考虑多种储能模式对IES经济性的影响;日内利用场景分析法描述滚动预测的不确定性来提高系统经济运行稳定性;再基于模型预测控制方法,构建日内与实时的反馈闭环优化,平抑由预测误差导致的系统功率波动。仿真结果表明:多源储能模式有助于提高IES的经济性;多时间尺度调度既可以保证IES运行的经济性,又能有效降低不确定性对系统实际运行的影响,减轻电网平抑功率波动负担。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

基于改进时间约束Petri网的综合能源系统运行优化及可靠性评估

综合能源系统包含的设备和负荷类型众多,设备之间的耦合方式多样,在实际综合园区建设过程中,对不同供能方式的经济性和可靠性评估显得尤为重要。首先,通过构建冷热供能系统的时序模型、耦合设备和储能装置的通用模型,并结合时间约束Petri网基本建模原理,建立了系统的运行优化模型;然后,对系统中元件两状态模型进行分析,建立系统的状态空间模型;并通过系统状态进行随机抽样并计算相应的供能可靠性指标。最后,通过对含有储热、储电、储气等多能存储的实际综合园区进行算例分析,评估不同运行方式下多能源系统的可靠性和经济性,从而为实际园区建设提供理论分析依据。     

基于改进时间约束Petri网的综合能源系统运行优化及可靠性评估

综合能源系统包含的设备和负荷类型众多,设备之间的耦合方式多样,在实际综合园区建设过程中,对不同供能方式的经济性和可靠性评估显得尤为重要。首先,通过构建冷热供能系统的时序模型、耦合设备和储能装置的通用模型,并结合时间约束Petri网基本建模原理,建立了系统的运行优化模型;然后,对系统中元件两状态模型进行分析,建立系统的状态空间模型;并通过系统状态进行随机抽样并计算相应的供能可靠性指标。最后,通过对含有储热、储电、储气等多能存储的实际综合园区进行算例分析,评估不同运行方式下多能源系统的可靠性和经济性,从而为实际园区建设提供理论分析依据。     

考虑复合储能的综合能源系统能量模拟与优化调度

基于多能互补的综合能源系统是提升区域能源利用效率、优化资源配置的重要途径。以综合能源系统周期内运行费用最小化为目标函数,建立综合能源设备能量流矩阵模型,提出了一种结合动态规划与改进粒子群算法的方法。在同一负荷与能源价格设定下,采用横向对比方法分析了工况1无储能、工况2仅储热、工况3复合储热储冷设置下综合能源系统的优化情况,结果表明：工况3、工况2的运行费用相对工况1分别减少14.65%、5.92%,储能装置的存在对优化系统整体运行调度具有显著影响,同时减少了供能设备,在降低系统运行成本的同时还加强了系统的稳定运行。     

考虑复合储能的综合能源系统能量模拟与优化调度

基于多能互补的综合能源系统是提升区域能源利用效率、优化资源配置的重要途径。以综合能源系统周期内运行费用最小化为目标函数,建立综合能源设备能量流矩阵模型,提出了一种结合动态规划与改进粒子群算法的方法。在同一负荷与能源价格设定下,采用横向对比方法分析了工况1无储能、工况2仅储热、工况3复合储热储冷设置下综合能源系统的优化情况,结果表明：工况3、工况2的运行费用相对工况1分别减少14.65%、5.92%,储能装置的存在对优化系统整体运行调度具有显著影响,同时减少了供能设备,在降低系统运行成本的同时还加强了系统的稳定运行。     

考虑跨季节储气的微网多能存储系统优化配置研究

针对能源互联型微网储能设备的优化配置问题,本文构建一种考虑跨季节储气的多能存储系统的配置模型,提出了包含储电设备、储热设备、储气设备和P2G的容量配置方法。利用模糊均值聚类(FCM)对风光出力进行预处理,划分为多个概率场景以降低运算复杂度。综合考虑电-气-热-冷平衡、机组爬坡约束、储能约束和天然气供气限制,以全年经济性为优化目标,对比分析了跨季节储气模式和无储气模式的储能配置与经济性。并讨论了天然气成本对系统储能优化配置的影响。结果表明,考虑跨季节储气的多能存储系统经济性更优,能有效缓解冬季的供气压力,并促进非冬季的新能源消纳。     

综合能源系统日前-日内多目标优化控制策略

多能互补综合能源系统(Integrated Energy System,IES)的发展为实现能源高效利用和生态环境改善提供了新的可能,文中充分考虑IES多目标运行约束,以及不同能源响应特性在时间尺度上的差异,提出一种基于多目标的IES日前-日内分层优化控制策略。在日前阶段,考虑环保、能耗、可靠性、经济等多目标,将前三类通过量化评价指标加入到模型约束条件中,构建IES日前多目标优化模型,合理安排供能储能机组的出力计划;在日内阶段,依据冷热能和电能的调控时间差异实现分层控制,上层控制和下层控制分别通过机组调控惩罚成本,引导滚动修正机组出力平抑冷热能功率波动和电能功率波动。最后,基于一种典型IES结构设计算例,分析IES日前控制和日内控制各设备出力,验证所提方法的有效性。     

基于电-热-气混合潮流的园区综合能源系统站-网协同规划

随着综合能源系统（integrated energy system,IES）的发展,能源站、供能网络和负荷之间的互动性更为密切。因此,在对IES进行规划时,考虑不同类型的负荷需求和能源设备的耦合性,对能源站容量、位置和网架结构进行协同规划更为合理。文章基于电-热-气混合潮流,建立了考虑运行的能源站-网协同规划双层模型。上层模型为使能源站与三网管道的建设运行成本最小的改进p-中位模型,在能距中加入了基于电-热-气混合潮流的损耗成本,决策变量为能源站位置、容量及网架结构;下层模型为考虑经济性、环保性及供能可靠性的多目标优化模型,决策出各能源站的出力调度值,为混合潮流提供初值。采用贪婪-变邻域蛛网（greedy-variable neighborhood cobweb,GVNC）算法和改进多目标粒子群算法对模型求解,在提高计算效率的同时可以求得全局最优解。通过算例验证了所提模型和算法的有效性。     

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。     

考虑非计划脱网重要负荷独立供能的综合能源系统优化调度

在考虑非计划脱网后重要负荷供能需求的基础上，文章对并网时的综合能源系统（integrated energy system，IES）进行优化调度。首先以经济调度为目标，考虑不同能源转换效率及能量约束，建立含有冷、热、电多种能源形式的日前经济优化调度模型；在此基础上，根据非计划脱网后重要负荷供能需求提出储能系统荷电状态（state of charge，SOC）动态约束方法，在保障重要负荷的基础上充分利用储能系统容量；通过粒子群算法进行求解，最终确定多能流协同优化调度方案。算例分析表明：按照所提方案对储能系统SOC进行动态约束，能够在约束范围内充分发挥储能系统的“低谷电高峰用”作用，与传统分供式相比，具有显著的经济优势；建立的并网经济优化调度模型能够保证任意时刻脱网都满足重要负荷短时供能需求。     

基于虚拟电厂的多能源协同系统调度优化策略

目前,传统能源系统运行过程缺乏多样化能源供需优化手段及灵活调峰策略,且易产生污染。虚拟电厂精准化供给为能源体系结构转型提供了发展方向。文章提出基于虚拟电厂的多能源协同系统调度优化模型。首先,通过引入环境治理子系统与电-热-气综合能源系统协同运行,并配合电热储能装置、电转气(power to gas,P2G)设备及能源交易市场,赋予虚拟电厂更灵活的信息调控手段;其次,建立两种不同的系统运行方式加以对比;最后,利用MATLAB+CPLEX对所建数学模型进行仿真验证。结果表明,最佳容量配置下的虚拟电厂多能源协同调控系统相较于电-热-气能源系统运行模式,具备更好的经济性、环保性,且对提高可再生资源转化率,缓解弃风弃光现象及碳排放超标问题具有显著效果。