气网动态潮流下多能源网与能量枢纽的联合调度

天然气系统与电力系统的时间响应特性之间存在显著差异,若在综合能源系统优化调度模型中进一步融入天然气系统动态潮流模型,则能够更精确地描述其实际运行状态。为此,建立了考虑气网动态过程的电力-天然气耦合系统,该系统基于能量枢纽相耦合,并在能量枢纽中引入考虑负荷特性的需求响应模型,提出了考虑需求响应的多能源网与能量枢纽的联合优化调度方法。通过对网络模型与能量枢纽模型进行线性化处理来降低模型复杂度,并采用分解求解法进行多能流潮流计算。以含有2个能量枢纽的综合能源系统为算例进行仿真分析,结果表明考虑气网动态潮流的模型能更准确地描述实际运行状态,且考虑需求响应对于降低峰谷差、提高经济效益效果显著。     

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。     

考虑天然气动态特性的电-气综合能源系统经济优化调度

针对综合能源系统经济优化调度中,天然气模型大多采用理想假设条件,建模分析结果不够精确的问题,提出了一种考虑天然气流动特性的天然气动态模型。首先,采用特征线法对天然气数学模型进行线性化处理,得到天然气动态模型,依据该模型可计算得出天然气流量和压强。其次在电-气综合能源系统模型的基础上,建立以运行成本最低为目标函数的电-气综合能源系统经济优化调度模型,根据已计算得出的天然气流量和压强进行经济优化调度分析。通过仿真算例分析验证得出,所提出的天然气动态模型比天然气稳态模型更能真实反映天然气流动过程,依据该模型可得到更准确的电-气综合能源系统经济优化调度方案,有效提高了可再生能源的消纳率和能源利用效率。     

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。     

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。     

考虑电-气-交通耦合的城市综合能源系统规划EI北大核心CSCD

交通是重要的能源消费部门。随着电动汽车、天然气汽车等清洁能源车辆的快速发展,交通系统与电力系统、天然气系统等能源供给网络的耦合逐步增强。面向日渐融合的能源网和交通网,该文考虑电动汽车、天然气汽车与城市综合能源系统的耦合,提出并建立城市综合能源系统优化规划模型,协调充电站、加气站等能源设施与城市电网、天然气管网的扩建。首先基于交通流量和路网结构,对电动汽车、天然气汽车的能量补给需求进行了分析与建模,并建立了能量补给设施的建设约束。其次,以全系统投资和运行费用最低为目标,考虑电网、天然气网运行约束,构建了优化规划模型,设计了相应的求解算法。最后,以西安市交通网为基础构造算例验证了模型和方法的有效性。结果表明,统筹考虑交通系统和能源系统特性,进行协调规划是必要的,并且能够在显著降低城市综合能源系统规划成本的同时提高运行效率;忽略协同作用会导致电力和天然气网络的线路拥堵。     

计及需求响应与动态气潮流的电-气综合能源系统优化调度

文中提出了一种考虑需求侧负荷响应及动态天然气潮流的电—气综合能源系统优化调度新模型。一方面,该模型融入能源需求响应以优化次日的电、气负荷曲线,发挥不同能源间的互补共济作用,提升系统运行效率。引入价格型和替代型两类响应对需求侧响应进行精细化描述,前者表现价格引导的同类能源需求在不同时间点间的转移作用,后者表现不同能源需求在同时间点上的互补替代效应。另一方面,该模型考虑复杂动态天然气潮流方程以描述系统运行状态。为求解此强非凸非线性模型,将原问题松弛为可直接求解的二阶锥凸优化问题,并采用连续锥优化方法保证松弛的严格性。仿真结果表明,需求响应的引入可提升综合能源系统运行的经济性。与稳态天然气潮流相比,动态天然气潮流可更准确地反映天然气系统的动态发展过程。     

气电热联供网络规划与运行联合优化

多能源耦合系统是将电力、天然气、热能等通过能源集线器作为能量变换枢纽建立起来的混合能源网络,也是未来能源互联构架的一种发展趋势。该文对多能源耦合系统的结构和运行机制进行了阐述,提出了以能源集线器为调度枢纽的气电热联供网络规划与运行联合优化模型。该模型以规划建设、调度运行、可靠性等方面的总成本最小化为目标函数,同时兼顾了系统满足各能源系统网络约束、能源集线器（energy hub,EH）能量平衡等约束条件,是一个目标函数和约束条件都含有非线性项的混合整数优化问题,采用线性化和大规模优化方法求解,使耦合系统规划和运行共同达到最优。算例仿真将耦合与非耦合规划、耦合系统考虑元件种类不同的情况进行求解和对比,验证了该模型和处理方法的优越性和有效性。     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

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。     

一种考虑燃气蒸汽联合循环机组运行模式的综合能源系统备用配置与校核模型

含燃气蒸汽联合循环机组(combined-cycle gas turbine,CCGT)的电–气耦合系统,是综合能源系统一种主要的配置形式。CCGT运行灵活,可以追踪负荷和新能源出力的波动,为综合能源系统提供备用,因此非常有必要对CCGT的备用配置开展研究。建立考虑CCGT运行模式的综合能源系统备用配置模型,实现备用市场条件下备用的精确有效配置,解决传统模型无法考虑CCGT运行模式导致备用配置过于乐观的问题。提出基于天然气最小切负荷的综合能源系统备用校核模型,通过校核保证CCGT备用在实际运行需要变为出力时,天然气系统留有足够裕度满足容量备用的出力要求。算例结果表明,提出的模型考虑CCGT的运行模式,克服了传统线性模型高估CCGT的爬坡能力导致系统实际备用不足的问题,保证系统的运行安全;含CCGT的综合能源系统备用校核确保实际运行时CCGT容量备用的充足供气,保证CCGT备用的可用性。     

考虑天然气N-1的多能流系统静态安全耦合分析

以综合能源系统为代表的多能流系统是推动低碳高能效能源转型的主要措施,但多种能流系统联合运行所带来的安全问题也不容忽视。该文针对多能流系统的静态安全问题,提出以天然气N?1事故作为预想事故集,研究适用于多能流系统的静态安全耦合分析理论和方法。提出考虑天然气管道N?1开断的预想事故集,并结合牛顿拉夫逊算法对开断事故进行模拟;利用标准矩阵模型分析能量枢纽在故障跨能流传播中起到的耦合机理;在静态安全耦合分析中以状态转移过程描述天然气管网的动态特性,评价故障的严重性,实现对关键事故和脆弱部位的识别。算例结果验证了所提理论和方法是正确有效的。     

计及电-气双向耦合的综合能源配电网优化重构

摘要：综合能源系统是实现电网、气网以及热网等多种能源系统深度融合,利用能量耦合互补等优势提升整个系统能源利用效率的有效形式。为提升综合能源系统优化运行能力,本文首先基于电转气技术与天然气发电技术,构建了的电-气双向耦合综合能源系统总体模型。进而考虑配电网重构技术（Distribution Network Reconfiguration Technology,DNR）中拓扑结构灵活可控这一特性,在配电子系统中引入开关变量、系统运行总费用最低这一目标函数及网络辐射状拓扑结构等约束,建立了配电子系统重构模型。从降低模型求解复杂性的角度,应用二阶锥松弛、乘积变量线性化及分段线性化等方法,将原始综合能源配电网重构非凸非线性模型转化为混合整数二阶锥规划（Mixed integer second-order cone programming,MISOCP）问题求解。仿真结果表明,在电-气双向耦合的综合能源系统中应用配电网重构技术,能够降低综合能源系统运行费用,同时有效支撑了配电子系统电压与配气子系统气压。     

区域综合能源系统中考虑季节负荷特性的多能流耦合运行研究

为了深入研究区域综合能源系统中电、热以及天然气三种能量流的耦合情况,本文基于能源集线器理论,提出一种适用于冬夏两季不同负荷类型的通用能源集线器模型,建立了该模型下的耦合矩阵及运行模式,结合与之相连的天然气管网与配电网稳态计算,得到能源集线器的能量分配计划。以MATLAB及其simulink为平台实现对该系统的仿真计算,计算结果表明,所提出的模型及计算方法可用于分析能源集线器中不同能流的耦合程度,算法能够合理的反映区域综合能源系统的稳态特性。通过运行模式的对比与检验,进一步证明了考虑负荷特性的冬夏运行方式的合理性。     

考虑天然气-电力耦合的多能源系统风电消纳分析

燃气-蒸汽联合循环机组将电热冷气等多种能源系统耦合成多能源系统,电转气(P2G)技术应用于消纳弃风,进一步加强了电力与天然气2个系统间的耦合。文中探讨了P2G的消纳弃风原理,研究了P2G设备的启停控制策略,并建立了基于P2G的气电耦合模型和天然气管网储气模型,构建了考虑天然气-电力耦合运行的多能源系统协同优化调度模型。最后通过算例仿真,分析了计及天然气-电力耦合的多能源系统的消纳弃风效果,以及天然气管网储气能力与P2G配置容量的关系。研究表明,充分利用天然气管网的储气能力可进一步消纳弃风,且管网储气能力越强,系统配置的P2G容量可越小。     

计及相关性的电-气-热综合能源系统概率最优能量流

由电力系统、天然气系统和热力系统耦合构成的综合能源系统(IES)是"能源互联网"的重要组成部分,是构建更加经济、环保、高效能源系统的必经之路。该文提出了一种计及相关性的电-气-热IES概率最优能量流计算方法。首先,以IES运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统、热力系统的运行约束及能量耦合约束,建立了IES最优能量流模型;针对IES中风电接入背景下的不确定性因素,并考虑其相关性,建立IES概率最优能量流模型,并采用基于Nataf变换的三点估计法对该模型进行求解。对由修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统和巴里岛32节点热力系统构成的IES进行仿真分析,仿真结果验证了该文所建立模型的可行性与有效性。     

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.     

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。     

考虑空间耦合的农业园区能源互联网静态安全分析

空间耦合是农业园区能源互联网的重要特征之一,会导致光伏发电和农业生产之间形成一种争光现象,这对设施农业环境和园区能源系统的协同安全提出了挑战.针对上述挑战,该文首先构建一种考虑空间耦合与能源耦合交互影响的农业能源互联网模型,以此来刻画设施农业环境与能源系统运行状态之间的相互影响.其次考虑能源系统运行和农业生产的双重约束...     

基于机会约束的多能源枢纽电气互联综合能源系统日前经济调度

集生产、转化、储存和消费于一身的能源枢纽使电网和天然气系统的协同规划与运行成为可能,同时多种不确定性是电气互联系统调度面临的最大问题。为此构建了一种含多个能源枢纽的电气互联综合能源系统机会约束规划。首先,充分挖掘气管网的储能特性,在分别对能源枢纽、电力系统和天然气系统精细建模的基础上,考虑风电和负荷不确定性,建立了含机会约束的日前调度模型。然后,将气网潮流线性化,采用Bernstein近似将此模型转化为确定性整数混合线性凸优化问题,可利用商业软件有效求解。最后,在一个含3个能源枢纽的IEEE RST24电力系统和比利时20节点天然气系统的耦合系统中进行仿真,结果表明,气网动态特性能为综合能源系统调度提供缓冲,同时此种确定性转化方法能有效体现机会约束规划的鲁棒性。