基于需求侧响应的数据中心联络线功率控制方法

新能源接入为解决数据中心高耗能和运行费用问题提供了有效方案。但与传统供电模式相比,新能源具有间歇性、随机性,当此类能源出力接入数据中心园区后,不仅影响数据中心各类设备的正常运行、园区供电可靠性,同时也对主网运行的稳定性造成不利的冲击。通过分析数据中心组成结构特征,及各类用户请求任务特性发现,数据中心服务器集群负荷具有可调控性,并配合园区冗余不间断电源(uninterruptible power system,UPS)储能系统,提出一种新的数据中心联络线功率控制方法,建立基于任务延时机制的服务器集群负荷模型,建立服务器集群可控负荷需求侧响应模型和UPS需求侧响应模型,基于模型提出数据中心园区联络线功率控制方法,在保证用户服务质量和供电可靠性的前提下,通过动态调整服务器集群负荷和UPS蓄电池组的荷电状态有效平抑数据中心园区联络线功率波动。最后通过实验验证了所提方法的有效性,并分析各参数对功率波动平抑效果的影响。     

联网型高耗能电解铝工业电网源荷协调平抑风电功率波动控制策略

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必产生联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。通过对工业电网内部火电机组与电解铝负荷联合控制进行建模,提出源荷协调平抑风电功率控制策略。基于模型预测控制方法,将电解铝负荷和火电机组调节范围以及响应速率作为约束条件,以平抑风电功率波动为控制目标,优化电解铝负荷和火电机组的有功功率调节量,减少由风电功率波动引起的联络线备用容量。以云南文山地区某个工业电网为例进行仿真,结果表明所提的源荷协调控制策略可以有效实现对工业电网内部风电功率波动的平抑,限制与大电网联络线上的有功功率交换。     

基于蓄热热泵群灵活控制的电热微网联络线功率平滑策略

为有效平抑电热微网的联络线功率波动,提出一种基于蓄热热泵群灵活控制的联络线功率平滑策略。通过变参数指数平滑确定功率控制目标,分析平滑参数对波动功率的影响;考虑热泵蓄热水箱的储能潜力,将波动功率平抑任务分配至蓄电池与蓄热热泵群;通过控制热泵群负荷动态调整,吸收联络线波动功率。该策略在保证用户差异化用能需求的前提下,通过模拟退火算法优化各热泵启停频率趋于一致,且不增加平均启停次数。利用热泵群的功率调节能力优化蓄电池出力曲线,减少蓄电池充放电次数转换以降低运行成本。算例结果表明该策略能有效平抑微网联络线波动功率。最后分析了策略中优化算法的有效性和在不同新能源波动条件下策略的可靠性。     

考虑空调负荷的微网联络线功率波动平抑方法

微网与电网并网后,其内部的可再生能源出力波动会对电网造成损害,需要配置储能装置平抑可再生能源出力的波动。作为温控负荷的一种,空调负荷具备一定的热存储能力,可将其视为储能装置。考虑利用空调负荷的储能特性,建立考虑空调负荷的微网联络线功率波动平抑模型。该模型引入不平衡电价对波动进行处罚,在满足用户热舒适度的前提下,通过合理安排空调的启停,平抑微网联络线上的功率波动。以联络线功率购买成本、联络线功率不平衡结算成本、空调用户激励成本等微网综合运行成本最小为目标。对联络线功率波动平抑效果进行了算例仿真,结果验证了所提模型的有效性。     

考虑风电波动与电动汽车集群储能平抑控制策略

为促进风电在电网中的消纳,减轻配电网负荷压力,提出考虑风电出力波动和电动汽车集群储能系统平抑控制策略.首先,对单体电动汽车入网后行为特性进行储能建模,依据不同荷电状态(SOC)电动汽车有功响应能力,构建电动汽车集群储能模型,基于集群储能能力的差异性,利用多个电动汽车集群协调平抑联络线功率波动.其次,由集群储能系统依据联络线功率平抑波动值进行逐层自适应功率分配,确定各电动汽车蓄电池—超级电容的任务功率,充分利用车网连续调节能力.所提平抑策略可减轻大规模电动汽车连网后配电网中负荷的波动,实现储能系统内部功率相互流动,有效减少常规储能容量配置.     

基于连续状态变量约束的微网虚拟储能系统最优平抑控制策略

针对城市园区微网中存在的"储-荷"互动特性,对可控空调负荷群进行集群需求响应控制,调节空调负荷曲线形成"虚拟储能"效应。提出基于连续状态变量约束的最优控制(continuous state constraints-based optimal control,CSCOC)模型,考虑"虚拟储能"和储能电池协同运行特性,构建了平抑微网联络线功率波动的策略。最优控制模型包括:1)描述"虚拟储能"系统物理机理的状态空间方程;2)构建了以功率为基础定义的"虚拟储能"虚拟荷电状态(virtual state of charge,VSOC),并给出"虚拟储能"系统、电池储能运行等式与不等式约束集;3)表示最优控制性能的目标函数。通过最优控制模型,实现微网联络线功率与设定目标参考值匹配。最后,通过算例进行灵敏度计算,分析了风电渗透率、电池容量等因素变化对最优控制算法的影响。结果表明,基于最优控制的"虚拟储能"和电池储能的优化协调,实现了精确追踪设定目标参考值的最优储能响应额度分配,能够保证电池储能荷电状态在合理范围之内,保证空调负荷运行的舒适性,维持用户进一步参与需求响应的积极性。     

计及云边协同的园区综合能源系统双层能量优化

深入挖掘园区综合能源系统内部多能耦合利用以及综合需求响应潜力,对系统内灵活性资源进行储能化建模,并将虚拟储能资源按照参与优化调度的时间尺度进行划分,提出了日前、日内2个阶段的园区综合能源系统优化调度方法,在日前阶段建立了热电协同优化模型,在日内阶段基于日前调度结果建立了电功率快速调整模型。进一步地,为充分发挥综合能源系统中各园区资源的时空互补优势,从多时间尺度、多主体角度提出适用于实时阶段的计及云边协同的综合能源系统双层能量优化方法。基于各园区可再生能源发电和电负荷的最新预测结果,在能量管理云平台建立了满足系统整体运行经济性目标的实时能量优化模型,在边缘控制器利用模型预测控制方法建立了以日内优化结果为参考值的精细化调控模型,并采用交替方向乘子法求解,以实现园区自身利益与综合能源系统总体效益的均衡。仿真结果表明,通过园区间联络线的传输功率协调以及电储能、动态可控负荷的辅助调用,可有效平抑可再生能源出力和电负荷需求的实时波动,提高系统整体运行调控的鲁棒性与有效性。     

考虑双重需求响应及阶梯型碳交易的综合能源系统双时间尺度优化调度EI北大核心CSCD

安全稳定、低碳清洁是全球能源发展的主流方向,如何充分发挥需求侧资源响应潜力以及降低系统源、荷不确定因素对实现能源可持续发展具有重要意义。为此,提出了一种考虑双重需求响应和阶梯型碳交易机制的综合能源系统(IES)双时间尺度优化调度策略。针对电、热、气负荷的可调度特性和不同时间尺度下的响应差异性,提出了双重激励的综合需求响应(IDR)模型。为实现IES低碳经济运行,建立了基于日前价格型IDR策略和阶梯型碳交易机制的IES日前低碳优化调度模型。考虑日前源、荷预测误差对IES调度的影响,基于模型预测控制和日内激励型IDR策略,建立了以购能成本、各设备出力调整成本和阶梯型激励补贴成本之和最小为目标的日内滚动优化调度模型,并采用CPLEX对所提模型进行求解。仿真结果验证了所提模型能有效兼顾系统经济性和环保性,同时提高了系统平抑源、荷功率波动的能力。     

计及负荷储能特性的微网荷储协调联络线功率波动平抑策略

以微网整体参与市场交易为背景,计及直接控制负荷的储能特性,提出采用电池储能和直接负荷控制(DLC)协调的微网联络线功率波动平抑策略。将DLC视为储能资源的调控行为,建立基于负荷储能特性的DLC模型。在此基础上,以经济效益最大为目标,考虑DLC作用,基于两阶段随机规划优化微网短期交易行为。以经济性和不影响用户用能体验为原则,提出考虑负荷运行状态的微网联络线功率波动完全平抑方案。最后,通过仿真算例验证了所提策略的有效性。     

基于主从博弈和混合需求响应的能量枢纽多时间尺度优化调度策略

针对综合能源系统中多市场主体利益诉求不同以及源、荷不确定性造成的系统波动问题,提出了基于主从博弈和混合需求响应的能源枢纽（EH）多时间尺度优化调度策略。为有效评估多能负荷柔性特性,将建筑热传递模型与生活热水储存模型集成到EH模型中,建立了完善的综合需求响应模型。针对EH内利益诉求多元化的问题,基于Stackelberg博弈理论,构建了EH日前主从博弈优化调度模型。考虑到日前源、荷预测误差对EH优化运行的影响,提出了考虑激励型综合需求响应的EH日内短时间尺度优化策略,形成了日前与日内的闭环反馈优化。仿真结果表明考虑多种综合需求响应策略和主从博弈的EH多时间尺度优化调度策略,不仅可以降低系统运行成本,维护供需双方利益诉求,而且可以提升系统平抑源、荷波动的能力,实现EH经济、稳定运行。     

考虑抑制联络线峰谷差和光伏消纳的综合能源站日前优化调度

综合能源站中大量光伏接入导致公共电网联络线出现较大峰谷差,对公共电网安全运行带来不利影响。基于公共电网和能源站调度需求,提出了能够同时抑制联络线峰谷差和充分消纳光伏的综合能源站日前优化调度方法。基于负荷基值的优化调度结果提出了电网联络线功率期望值的确定方法,并在此基础上提出了考虑抑制联络线峰谷差和光伏消纳的综合能源站日前优化调度模型。该模型以综合能源站系统总费用最低为目标,根据电网联络线功率期望值设置联络线传输功率约束。算例仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性,在保障公共电网安全运行的同时能更好地消纳光伏。     

考虑上级电网与工业园区互动的综合需求响应

目前综合需求响应（integrated demand response,IDR）缺少完善的互动机制,上级电网无法基于用户的实际响应潜力,对响应资源进行精准地调控和管理。为此,文章提出了一种考虑上级电网与工业园区互动的综合需求响应策略。首先,提出针对工业园区的综合需求响应互动机制,明确各个能源系统之间信息交互方式。其次,提出兼顾调峰需求、用能经济性和用户满意度的综合需求响应模型,采用分支定界法进行求解,得到用户可调控能力和对应的综合需求响应策略。同时,园区能量管理中心基于用户上报的响应方案,通过用户优选模型得到使整体补偿费用最低的用户响应组合方案。算例结果表明,所提IDR策略能够进一步挖掘用户的可调控潜力。另外,园区能量管理中心可根据各个用户的实际可调控能力合理选择参与需求响应的用户,在较低的需求响应成本下,获得相同的调峰潜力,有利于实现电网公司与工业用户的双赢。     

考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化运行

区域综合能源系统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。基于电力负荷与热力负荷在综合能源管理中具有相似的可调度价值,提出了一种考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化模型。首先,在电力负荷价格型需求响应的基础上,分析了热力负荷具有传输延迟、供热舒适度模糊性等固有特点,可作为柔性负荷参与到优化调度中,即热力需求响应;其次建立了包含风电、光伏、燃气轮机、余热锅炉、储能设备、燃气锅炉、以及电热负荷构成的热电联供型园区微网模型,以系统综合运行成本最小为目标函数。算例仿真结果表明,综合需求响应的应用提高了园区微网热电生产的灵活性,考虑电热力多负荷综合需求响应比单一考虑需求响应可有效地减少弃风、弃光,降低需求侧用户的总能源消耗成本以及系统的运行成本,提高能源利用效率,实现系统环保经济运行。     

A demand side controller of electrolytic aluminum industrial microgrids considering wind power fluctuations

Direct wind power purchase for large industrial users is a meaningful way to improve wind power consumption and decrease industrial production costs. Short-term wind power fluctuations may lead to large-scale wind power curtailment problems. To promote use of wind energy, a demand side control method is proposed based on output regulator theory for a grid-connected industrial microgrid with electrolytic aluminum loads to continuously track and respond to wind power fluctuations. The control model of the EALs and the dominant frequencies of the wind power fluctuation signals are analyzed and incorporated into the demand side control plant. The feedback control signals with active power deviations on the tie-line are used to design the demand side controller. Simulations are conducted for an actual industrial microgrid to validate the feasibility and effectiveness of the proposed method. The results demonstrate that the proposed controller based on output regulator theory is able to effectively track wind power fluctuations.     

基于主从博弈的工业园区综合能源系统互动优化运行方法

提出一种将经济运行和辅助服务(削峰响应)有机结合的Stackelberg主从博弈模型,来实现对含多参与主体的工业园区综合能源系统的互动优化。首先,针对工业园区综合能源系统建立了用户负荷模型、用户效益模型、运营商收益和成本模型。其次,建立了互动优化运行的Stackelberg主从博弈模型,模型中作为跟从者的用户通过调整可平移负荷、可削减负荷以及变化的热负荷来响应运营商发起的削峰需求,而作为主导者的运营商对于用户响应做出反馈,调整削峰补偿价格,二者均以自身利益最大化作为目标,直至达到博弈均衡。证明了均衡解的存在性并设计双层分布式求解算法求解模型。最后,以中国南方某实际工业园区作为算例进行分析,论证了所述方法的有效性。     

基于综合储能设备的工业园区联络线功率实时MPC控制方法

工业园区微电网基础设施完善、储能设备众多，具有参与日前调峰、日内实时跟踪控制的潜力。工业园区内可能存在多个企业厂房，生产设备的种类有所差异，通过调整燃机出力实时控制联络线功率的传统控制方式，在不同的考核方案下难以兼顾各利益主体间的关系。因此从园区角度，利用园区内可支配的储能设备实行日内实时控制，能够有效协调各方经济利益，获得良好的控制效果。文章建立了储气、储冷、储电等多种储能设备的数学模型和房间热模型，为应对由于光伏、风电等清洁能源日前预测误差所产生的联络线功率波动，同时确保多种储能设备满足运行约束和冷、热、电、气负荷能量平衡约束，提出了一种基于模型预测控制（model predictive control，MPC）的日内滚动优化校正策略，在日前经济调度结果的基础上，通过调整储能设备的运行功率消除微电网中不确定因素的影响，以确保实现对日前调度结果的跟踪。以南方某蓄电池生产工业园区为例，通过算例分析验证了所提优化模型及算法的有效性。     

基于需求侧博弈的区域综合能源服务商最优运营策略

为了提高综合能源服务商运营服务的高效性、清洁性和经济性,提出了一种基于需求侧博弈的综合能源服务商最优运营策略。通过对综合能源服务商模型的分析,以用户能源消耗量确定系统碳排放量,建立了区域综合能源服务商碳排放模型,确定了园区的碳排放量。在此基础上,考虑了用户对用能成本波动的可承受能力和服务商应对用户用能变化的风险成本,分别以综合能源服务商全天利润最大、用户用能成本最小为目标函数,建立了综合能源服务商-多用户博弈优化模型。采用迭代搜索法得到纳什均衡解,从而确定服务商最优运营策略。最后以典型工业园区为例对所提策略进行仿真验证。结果表明,所研究的服务商运营策略有效降低了系统碳排放量,提高了综合能源服务商的经济效益和用户满意度。     

风-铝联合系统协同频率控制策略研究

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必造成联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。为深入挖掘源荷两侧调频资源,基于IEEE标准两区域模型,提出一种考虑风 铝联合的源荷协同频率控制策略。首先,基于自饱和电抗器建立电解铝负荷有功功率消耗与直流电压的耦合关系模型。其次,基于电解铝负荷特性提出一种电解铝参与的电网辅助调频策略。同时考虑风机惯性控制的快速频率响应能力,将电解铝负荷与风电机组调频手段结合,联合参与系统频率调节。最后,仿真验证了所提控制策略能有效抑制孤立电网的频率波动,使电力系统具有更强的抗干扰性和更快的动态响应。     

考虑综合需求响应的楼宇综合能源系统能量管理优化

针对楼宇综合能源系统（RIES）能量管理时未充分考虑影响室温因素及其对负荷建模的影响和刚性捆绑RIES、用户从而未全面考虑用户舒适度和用能支出的问题,文中提出了冷、热负荷参与阶梯型补贴和电负荷参与电价型综合需求响应的RIES能量管理优化模型及其求解方法。首先,综合考虑影响室温因素,得到离散化的楼宇热平衡方程,建立楼宇的柔性而非固定的冷、热、电负荷数学模型。其次,建立冷、热负荷参与的阶梯型补贴和电负荷参与的电价型综合需求响应机制。然后,考虑RIES向用户售能的收益、从外部购能的成本和支付用户的补贴费用,构建了以最大化RIES运行利润为目标、计及设备和系统运行约束的能量管理优化数学模型,并采用CPLEX对线性化后的模型进行求解。最后,通过算例仿真表明：计及综合需求响应的楼宇综合能源系统能量管理优化能统筹协调供需两侧资源,提升系统与用户的经济效益。