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。     

多区域含冷热电联供和储能的综合能源系统运行优化

综合能源系统(Integrated Energy System,IES)是增加可再生能源消纳能力、提高能源利用效率、实现可持续发展的关键技术,多区域IES运行优化将各个区域根据负荷特性进行协同优化是重要研究方向。本文建立了含冷热电联共及储能的多区域IES优化混合整数线性优化模型,区域间通过热网交互,并采用场景分析法模拟可再生能源波动性,使用Yalmip和Cplex在MATLAB中进行优化分析。结果表明：考虑风电不确定性的多区域IES优化运行能实现热能的协调分配,提高系统能源利用率,储能设备可解耦热电联系改善系统运行经济性。     

考虑电气混合储能的区域能源系统调度方法研究

储能有助于可再生能源消纳,但单一的储电、储气都有局限性。本文研究了储电与储气的协调运行策略,建立了电气混合储能系统的数学模型,分析了其消纳弃风原理,并在协调运行策略基础上,建立了考虑电气混合储能的区域能源系统优化调度模型。结合算例对比分析了不考虑储能装置、考虑电转气（P2G）与储气装置、储气-储电常规运行和储气-储电协调运行4种场景下的风电消纳效果和经济性。结果表明,本文提出的储气-储电协调运行策略可以有效提高系统经济性和可再生能源消纳能力。     

考虑风电消纳的区域多微网-配电网能源交易模式

随着微网数量不断增加及风电渗透率逐渐提高，微网与配电网频繁的能量交互对配电网的运行产生不利影响。为减少微网与配电网之间非必要的能量交互，促进风电就近消纳，构建了计及风电不确定性，以系统运营主体收益最大化、多微网用电总成本最小化为优化目标的区域多微网-配电网能源交易模式。首先，该模式通过运营主体整合区域内负荷及风电出力情况，划分系统内部峰谷时段，提高风电利用率。其次，为增强应对风电不确定性的能力，交易模式采用负荷转移率刻画峰谷分时（time-of-use，TOU）电价用户响应度，并建立考虑风电不确定性的区域多微网系统峰谷分时电价制定模型。最后，采用与蒙特卡洛方法相结合的带精英策略的非支配排序的遗传算法（elitist nondominated sorting genetic algorithm，NSGA-Ⅱ）对交易模式中的多目标优化问题进行求解。算例验证了所提交易模式有利于降低微网用电成本，提升多微网整体效益，实现区域多微网系统与配电网友好互动。     

考虑风电消纳的综合能源系统源荷协调运行优化方法

针对风电出力反峰特性导致综合能源系统消纳风电能力过低问题,在深入分析可转移负荷和风电消纳关系机理的基础上,提出考虑风电消纳的综合能源系统源荷协调运行优化方法。负荷侧将可转移负荷作为消纳可再生能源的主要手段,与微燃机和燃料电池等电源共同参与系统经济调度,形成源荷协调的运行优化模式。在该模式下,综合考虑系统运行约束条件以及设备约束条件,以风电消纳量最大和系统运行成本最小为优化目标,构建源荷协调的多目标优化模型,并利用NSGA-2算法对该模型求解。算例结果证明了所提方法的有效性。     

电动汽车与热泵促进风电消纳的区域综合能源系统经济调度方法

针对冷热电联供"以热定电"导致的弃风问题,提出电动汽车与地源热泵协同作用促进风电消纳的区域综合能源系统经济调度方法.首先,在源侧引入地源热泵,通过协调电源、热源出力实现联供机组热电解耦,提高风电上网空间;然后,在荷侧考虑电动汽车可调度价值,采用激励型需求响应引导充电负荷有序转移,协助风电并网消纳;最后,以调度周期内运行成本最小为目标建立源荷协同区域综合能源系统优化调度模型,并采用优化软件CPLEX进行求解.仿真结果表明:采用地源热泵能够有效减少弃风,需求响应削峰填谷效果显著,源荷协同作用下系统风电消纳能力与运行效益更具优势,供电可靠性更高.     

基于多能源站协调的区域电力-热力系统站网联合规划

分布式能源系统具有高效、可靠、经济、环保等优势,可同时满足用户的冷、热、电需求。因其系统内部能量流耦合复杂,导致设计时能源站选址和管网规划困难。为解决这一问题,采用维诺图和综合能源负荷矩交替迭代的方法,确定能源站选址及所辖供能区域;考虑站内各类能源设备运行特点,基于“以电定热”（FEL）和“以热定电”（FTL）2种基本运行策略,开展站内能源系统设备容量优化研究,得到系统最佳运行模式;从多能源站协调的角度,建立区域电力-热力互联管线传输模型以解决站间能量调度管理的难题。对北京市某近零能耗社区的8种典型场景进行分析,年总成本降低334万元,经济效益提高3.9%,验证了本方案的有效性。     

基于需求侧响应的区域综合能源系统的低碳经济调度

利用区域综合能源系统具有多能源互补及耦合的优势,能综合提升多种能源消纳的优化配置。提出一种区域综合能源系统的多目标低碳经济调度模型,充分挖掘区域能源系统内的储热装置、电锅炉和电储能促进风电并网消纳的优势。此外,综合考虑电价弹性变化、温度变化的影响,建立了负荷弹性需求响应机制,降低了系统负荷的峰谷差水平,进一步提升风电的上网空间。最后,利用改进精英策略下的NSGA-Ⅱ算法对所提调度模型进行优化求解。通过仿真结果说明了考虑峰–谷分时电价及储热、储能和电锅炉装置均能提升风电进一步并网消纳的空间,有利于优化区域综合能源系统内的低碳调度指标。最后结合IEEE-39标准节点电力系统和一个7节点的热力系统验证了所提模型的合理性。     

基于谈判博弈的含储能站利益主体的多能源站协同优化运行方法

针对多能源站系统经济运行问题,提出一种基于谈判博弈的含储能站利益主体的多能源站协同优化运行方法。首先,将储能站引入多能源站系统的优化调度,研究能源站内设备的能流和能量转化关系,以多能源站和储能站为不同利益主体,建立各自经济性最优的多目标优化模型;其次,充分计及不同利益主体间的能量交互,基于谈判博弈理论协调多能源站和储能站之间的功率交互值和双方利益诉求,建立储能站参与调度决策的多能源站协调优化运行模型。最后以典型日场景为例,对多能源站系统在3种运行模式下的调度结果以及现有建模方法调度结果进行分析。结果表明,所提方法相比多能源站单独运行和互联运行,成本分别降低了17.70%和4.41%,在实现多能源站系统经济性最优的同时兼顾储能站的利益,并保证了可再生能源的全额消纳,验证了所提方法的有效性和可行性。     

考虑电热混合储能与重构联合优化的配电网风电消纳策略

可再生能源消纳是促进节能减排、建设低碳智能电网的重要内容之一。该文着眼于配电网运行环节,引入主动网络重构措施,协同电热混合储能管控,提出适用于配电网风电消纳的多能源优化消纳模型与求解策略。首先,对配电网各单元(如分布式风电系统、电热混合储能系统等)功率模型进行分析,在此基础上建立综合电热混合储能管控和网络重构的非线性混合整数数学优化模型,并采用二阶锥手段松弛线性化非线性约束,实现模型的快速求解。算例仿真验证并展示了电热混合储能管控和网络重构的联合优化策略对配电网促进风电消纳的影响。     

考虑综合需求侧响应的区域综合能源系统多目标优化调度

为兼顾区域综合能源系统（regional integrated energy system,RIES）中能耗成本、污染排放、风电消纳等多个调度目标,建立了考虑综合需求响应的RIES多目标优化模型。首先,对含电转气、储能系统、热电联产机组等设备的RIES建模,并在区域内引入了具体考虑削减负荷、转移负荷和替代负荷的综合需求响应,旨在削减系统负荷峰谷差。然后,分别建立了以系统用能成本、弃风功率和污染物治理成本最小的目标函数,采用多目标优化方法--以模糊加权规划遍历权值求解帕累托前沿,再根据证据推理决策方法寻找最优调度策略。最后基于典型算例研究,结果表明了所提多目标优化算法能有效在多个调度目标间做出权衡,考虑综合需求响应的RIES在总能耗、环境友好和风电消纳等方面更具优势。     

考虑风电预测误差的电-热系统混合时间尺度调度

为了利用热网特性补偿风电预测误差,提出了一种电-热系统混合时间尺度调度策略。考虑到电能和热能传输在时间尺度上的差异性,建立了热网短时间尺度调节模型。在日内调度阶段,将指令周期分为长时间尺度和短时间尺度,由长时间尺度调度确定日内阶段30 min 级CHP机组的基本出力,短时间尺度调度则根据长时间尺度CHP机组的基本出力来确定日内15 min 级常规机组的基本出力。在实时调度阶段,CHP机组在日内长时间尺度出力的基础上进行15 min 级短时间尺度的调整,并协同储能设备补偿风电预测误差。通过算例验证表明,考虑风电预测误差的电-热系统混合时间尺度调度模型,降低了储能设备的使用率,提升了电-热系统的经济性,同时具有良好的风电预测误差补偿效果。     

考虑风电协议外送的调峰型电采暖虚拟电厂优化配置方法

针对风电外送型区域电网调峰需求,提出考虑风电协议外送的调峰型虚拟电厂电采暖优化配置方法。首先,分析风电协议外送型电网系统结构及互动消纳机理。针对蓄热式电采暖用能特性,量化推导蓄热式电采暖可调节特性,建立蓄热式电采暖需求响应模型。然后,联合火电机组与VPP协同调峰策略,建立以区域电网协议风电外送经济性最优为目标的虚拟电厂电采暖容量优化配置模型。选取黑龙江某区域电网进行了算例分析,结果表明所提方法正确有效。     

考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度

在电—热综合能源系统中,利用电力、热力系统的互补特性可提高系统运行的灵活性,从而提升系统消纳可再生能源的能力。电力系统和热力系统通过热电联产、电制热等发生耦合,文中考虑了热力系统中供热管道传输时间延迟和热损失等热动态特性,以及用户供热需求的柔性,建立了考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度模型。算例1以IEEE 39节点电网和26节点热网耦合系统为例进行分析,结果显示所提模型可以通过能量时间平移,优化匹配电—热综合能源系统的源、网、荷,促进可再生能源高比例消纳;算例2则以海宁市尖山新区为例,分析了含高渗透率可再生能源系统中以集中供热拓展能源终端消费的效果。     

含可再生能源与CAES电站的电热综合能源系统调度策略

考虑电动汽车（electric vehicle)及可再生能源不断并入综合能源系统,导致整个综合能源系统不确定性加大,进而产生能源利用不充分问题,提出含可再生能源与压缩空气储能（compressed air energy storage,CAES）电站的电热综合能源系统调度策略。根据电力负荷需求大小划分为2种调度模式,在能源端与储能端利用CAES与光热电站联合运行方式(solar and compressed air energy storage,S-CAES)增强电网与热网之间的耦合,实现不同能源之间的高效转换与利用;在负荷端将EV负荷按照其可控性分为有序、无序EV负荷,针对不同的模式给出S-CAES不同的运行功能并给出不同的优化调度模型。最后利用Matlab分别在不同负荷模式下进行仿真分析,与传统调度策略进行对比,仿真结果验证了所提策略在增加可再生能源消纳和减小综合成本等方面的有效性和优越性。     

含分布式能源直流配电网的优化调度

直流配电网对促进分布式可再生能源消纳、解决传统交流配电网发展瓶颈等方面具有巨大优势。基于直流配电网现有讨论和研究,针对含多种分布式能源（distributed energy resource,DER）的直流配电网,讨论其组网方式与系统结构,重点研究适用于接有多种分布式能源的直流配电网的优化调度方法,设计各并网单元运行策略及直流配电网多时段优化调度策略,并建立了综合考虑运行成本、环境效益以及系统损耗的多目标优化调度模型。通过算例的计算和分析,表明所提优化调度方法在促进接入多种分布式能源后直流配电网的优化运行以及接入分布式能源前后配电网优化目标的改善方面具有良好作用,验证了该方法的有效性。     

宁波地区基于统计升尺度的新能源区域功率预测算法

为实现电网调度对大规模风电场和光伏站的监控和调度,需要进行新能源区域功率预测。提出了一种基于子区域划分和统计升尺度的区域功率预测算法,通过浙江区域9个风电场和16个光伏站2016年4-9月的历史数据,对比了6种不同的组合方案,发现利用互信息理论,基于最大相关–最小冗余原则累加选取4个代表站点或者直接选取9个代表站点,采用布谷鸟搜索算法训练得到各个代表站点的权重,升尺度得到区域功率预测误差较低,月均方根误差(RMSE)分别为8.51%和7.64%。说明在夏季风盛行时,在浙江区域采用互信息为指标,基于最大相关–最小冗余的原则选取代表站点后,再采用布谷鸟搜索算法得到子区域功率预测值,累加各子区域功率预测结果为最终的区域功率预测结果最优。     

计及热惯性及光热电站的综合能源系统优化

传统热电联供联合调度中,燃气轮机(gas turbine, GT)机组“以热定电”的运行模式极大地限制了系统的调峰能力。提出一种光热电站(concentrating solar power, CSP)参与供热的综合能源系统优化调度方法,并在调度过程中考虑供热网络和供热区域的热惯性。首先,构建光热电站参与电热联合系统调节模型,发挥其供能潜力。其次,构建热网管道和建筑物集群的热惯性模型,挖掘其虚拟储能的特性,在满足各项约束的条件下实现两类热惯性与CSP的协同优化运行。在仿真分析中构建5种对比场景,验证了热网和供热区域的热惯性与CSP储热系统(thermal energy storage, TES)相互协调在提升系统运行经济性、风电上网率和降低系统碳排放方面的有效性。     

高比例可再生能源电力系统的输配协同优化调度方法

随着可再生能源的高比例接入和主动配电网技术的发展,传统的输配割裂的调度模式容易导致输电网与主动配电网间发、用电计划制定协调性不足,难以充分消纳集中式与分布式的可再生能源。为解决上述问题,提出一种针对高比例可再生能源电力系统的输配电网分层分布式多源协调优化调度体系,充分尊重并利用各利益主体的自主运行特性,实现分散自治、协同优化。输电网层面,利用改进区间法处理可再生能源不确定性,构造能量和备用协调优化模型。配电网层面,设置局部调度层,利用场景法对含储能系统的分布式可再生能源进行联合出力优化,将配电网层子问题构建为动态经济调度模型。在此基础上,利用目标级联法进行输配调度迭代求解,各层间仅需交换部分边界功率信息进行协调,最终获得输配协调的最优调度策略。算例结果表明调度计划的制定兼顾了输、配电网发电资源,有助于提高电网运行经济性和可再生能源消纳能力。     

主动配电网的日前-日内两阶段优化调度

针对主动配电网的日前-日内两阶段优化调度问题,首先构建了配电管理系统总揽全局、区域调控终端负责分区的调控框架。采用经济性与安全性协调统一的两阶段调度策略:日前执行经济调度,降低主动配电网(active distribution network,ADN)运行成本;日内阶段正常时各子区域跟踪日前计划进行分区局部修正,存在电压越限时DMS执行系统全局调整以消除越限。建立了日前经济调度、日内分区局部功率修正与系统全局电压调整的数学优化模型,并采用和声搜索算法来求解调度模型。最后通过算例分析,验证了所提调度方法能够适用于日前-日内两个阶段,保障ADN经济安全运行。