基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统低碳经济运行

燃气轮机等发电技术为低碳电力提供了一条有效途径,"能源互联网"的提出也使得天然气网络与电力网络的联系更加紧密。文中提出了一种电—气互联综合能源系统的联合经济运行模型,并引入碳交易机制,以综合能源系统发电能源成本与碳交易成本之和最小为目标函数,综合考虑了天然气网络和电力网络的安全约束。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络进行算例分析,通过燃气轮机建立两个网络之间的耦合,分析比较了基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统和单纯火电机组电力系统低碳经济模型下的运行状态,验证了所提出模型的有效性。最后,分析了碳交易价格、天然气价格及天然气网络约束对系统运行的影响。     

计及相关性的电-气互联区域综合能源系统概率多能流计算

可再生能源的规模化接入增加了电-气互联区域综合能源系统中的不确定性,同时随着电力系统和天然气系统耦合程度的加深,耦合环节负荷的波动对整个电-气互联区域综合能源系统能流产生的影响日趋显著。首先,建立基于能源集线器模型的电-气互联区域综合能源系统稳态多能流计算模型;在此基础上,考虑可再生能源出力、电力系统负荷、天然气系统负荷和耦合环节负荷的波动性,并计及电力系统负荷和天然气系统负荷间的相关性,提出电-气互联区域综合能源系统中输出状态变量半不变量的计算方法;最后使用Cornish-Fisher级数展开法来拟合输出状态变量,得到输出状态变量的概率分布。在修改后的IEEE 33节点配电网络与天然气11节点网络耦合而成的电-气互联区域综合能源系统上进行算例分析,验证了所提方法的有效性、快速性和实用性,同时分析了耦合环节负荷不同波动水平和电力系统负荷与天然气系统负荷间相关性水平对概率多能流计算结果的影响。     

考虑电转气设备和风电场协同扩建的气电互联综合能源系统规划

随着电转气技术的发展和燃气机组占比的日益提高,电力、天然气系统间的耦合程度逐渐加深。在此背景下,对气电互联综合能源系统扩建规划时,考虑投建发电机组、输电线路、天然气气井、输气管道、风电场、电转气设备,并探究电转气设备和风电场协同扩建对系统扩建方案、风电消纳和经济性的影响。在计及电力、天然气系统相关运行约束的前提下,建立以系统投资运行总成本之和最小为目标的气电互联综合能源系统长期协调规划扩建模型;通过分段线性法将该模型转化为混合整数规划模型进行求解;通过IEEE 24节点的电力系统和12节点的天然气系统组成的算例系统验证所提模型的有效性,结果表明合理的电转气设备和风电场协同投建可以减少输电线路阻塞和输电线路的过度投建,提高系统经济性和运行安全性。     

基于交替方向乘子法的电-气互联系统分布式协同规划

逐渐增多的燃气机组和日益发展的电转气技术使得电力、天然气系统的耦合愈加紧密,因而对电力、天然气系统的规划也需要考虑两个系统的耦合作用。目前中国的电力系统、天然气系统分属不同的投资决策主体,两个系统通常只进行部分信息交互。针对这一特点,基于交替方向乘子法构建了电-气互联系统的分布式协同规划算法。首先考虑电力系统和天然气系统的相关运行约束,建立了以燃气机组、电转气为耦合元素的电-气互联系统的集中协同规划模型;其次,采用交替方向乘子法在电力系统源、网协同规划子问题和天然气网络规划子问题的基础上,通过耦合变量的信息传递,构建了两个子问题交替迭代求解的机制。最后以修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气互联系统为例,说明了所提方法的可行性和有效性。     

考虑供气约束与净负荷预测误差的电-气综合能源系统调度策略

当前电-气综合能源系统调度存在天然气供气流量波动性较大、调整次数过多等问题,导致配气系统调峰压力较大。为此建立天然气供气模型,包含供气流量调整幅度、方向、总次数等约束;对天然气系统标幺制进行推导,通过合理选择基准值可对天然气系统的相关参数进行合理放缩变换,以便观察分析;用高斯混合模型对净负荷预测误差概率分布进行精确拟合,基于此提出考虑天然气供气约束和净负荷预测误差的电-气综合能源系统调度策略,并采用数据驱动的机会约束规划来处理净负荷预测随机性。最后,通过算例验证所提策略的有效性,仿真结果表明所提策略可明显降低天然气供气流量波动,保障系统的可靠经济运行。     

基于灵敏度分析的综合能源系统运行安全性的研究

基于电-气互联综合能源系统子系统间的灵敏度矩阵,探究了电-气能源子系统间的交互耦合机理,提出一种提升综合能源系统运行安全性的改善措施。首先构建电-气耦合的综合能源系统模型,采用基于扩展牛顿-拉夫逊法的交替求解法求解该综合能源系统的多能流方程;在此基础上,借助综合能源系统灵敏度分析方法计算电压幅值-燃气负荷灵敏度矩阵和天然气系统节点压力-电力系统节点有功灵敏度矩阵,定量描述电、气系统间交互耦合作用机理;然后,通过灵敏度矩阵辨识与薄弱节点密切相关的关键环节,研究提升综合能源系统运行安全性的相关措施。最后,通过IEEE 24节点和比利时20节点天然气系统耦合的IEGES-24系统算例对所提方法进行分析、验证,结果表明所提方法可应用于综合能源系统交互耦合机理揭示和运行安全性分析。     

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。     

考虑精细模型的电-气综合能源系统优化运行方法

随着电力系统与天然气系统耦合程度的不断加深,电-气综合能源系统的优化运行成为当下研究热点。然而,电力与天然气系统的非凸非线性为模型的优化求解带来了巨大挑战,诸多研究工作对模型做了简化处理可能导致调度策略不可行。为此,文中构建了电-气综合能源系统优化模型,采用较为精细的电网交流潮流模型和气网稳态模型构成电-气综合能源系统模型,并采用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解。为考虑复杂的耦合系统约束,文中将基于分别循环迭代的电-气综合能源系统能量流计算方法嵌入粒子群算法中,根据粒子位置得到非平衡机组出力、非平衡气井产气量,通过能量流计算得到系统的运行状态,进而将上下限约束作为罚项添加到粒子的评价函数中,并赋以较高的权重。在仿真验证中,文中将13节点电力网络与7节点天然气网络耦合作为测试系统,验证了优化方法的有效性。     

考虑源、荷不确定性的工业园区电-气互联综合能源系统模糊优化调度

针对源、荷不确定性引起的电-气互联综合能源系统非经济运行的问题,构建了考虑源、荷不确定性的工业园区电-气互联综合能源系统模糊优化调度模型.建立了考虑电转气技术的园区电-气互联综合能源系统模型;从源、荷两侧出发,用模糊隶属度参数来表征新能源及负荷的不确定性,建立了计及风电及电、气负荷不确定性的可信性模糊机会约束模型,并通...     

计及电转气的电–气互联综合能源系统削峰填谷研究

作为未来能源利用的重要形式,电–气互联综合能源系统同样受到高渗透率新能源的威胁。电转气技术的能量转换和时空平移特性为新能源消纳和负荷削峰填谷提供了有效途径。提出一种削峰填谷模型,通过电转气和燃气轮机协调作用平滑电–气互联综合能源系统净负荷曲线,并兼顾系统运行的经济性。算例采用修改的IEEE39节点电力网络与比利时20节点天然气网络耦合系统,分析比较4种场景下的风电消纳能力、净负荷波动情况和系统运行成本,验证了电转气和该文所提削峰填谷模型能够有效平抑净负荷波动并提高系统风电消纳能力。最后分析削峰填谷目标的经济折算系数对削峰填谷效果的影响。     

计及能源转换负荷影响的气电耦合系统连锁故障评估

气电耦合系统中电转气负荷与气转电负荷为故障在电网与气网间的传播提供了通道,将电转气负荷与气转电负荷统称为能源转换负荷,其在电、气负荷中的占比与在阻断控制过程中的切除优先度可能对耦合系统连锁故障的传播特性带来无法忽视的影响。为此,提出了一种计及能源转换负荷影响的气电耦合系统连锁故障评估方法。首先,提出能源转换负荷占比与切除优先度模型,分析不同占比与切除优先度下故障在电、气网间连锁传播的机理与特性。然后,分别建立基于能源转换负荷占比与切除优先度的电力系统优化调度模型与天然气系统优化调度模型,两者交替迭代模拟连锁故障演化过程。基于此,提出表征拓扑完整性与物理运行特性的指标以定量评估连锁故障风险,从而构建气电耦合系统连锁故障评估模型。最后,利用IEEE RTS 24节点系统与29节点天然气系统构造气电耦合测试系统,通过对比不同场景,验证了所提方法可有效揭示能源转换负荷对连锁故障的影响。     

考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标运行优化

摘 要：以电力-天然气集成系统为代表的综合能源系统可以充分利用各类能源载体的运行特性,提升电力系统接纳间歇性可再生能源发电的能力。另一方面,电-气集成系统的整体运行费用、消纳间歇性可再生能源发电能力和网络损耗与风电等间歇性可再生能源发电的渗透水平率密切相关,因此有必要对考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标优化运行策略展开研究。首先,以最小化电-气集成系统运行费用、弃风成本和网络损耗为目标函数,建立考虑风电消纳能力的电-气集成系统运行优化的多目标混合整数非线性优化模型。接着,对优化模型中的非线性约束条件进行线性化处理,将原模型转化为混合整数线性规划问题。然后,利用基于增强ε约束的多目标优化方法求解所建立的优化模型,获得帕累托最优解集,并采用模糊综合评估方法寻找最优折中解。最后,利用修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气集成系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。     

计及需求侧管理的电—气集成能源系统协同规划

随着电转气技术的发展,电力系统与天然气系统间的耦合程度不断增强,传统电力系统与天然气系统独立规划的模式已不能满足电—气集成能源系统(IEGES)的需要。另一方面,实施需求侧管理可以优化电力负荷轮廓、实现削峰填谷、提升消纳间歇性可再生能源发电的能力,有利于整个IEGES的安全与经济运行。在此背景下,对计及需求侧管理的IEGES的协同规划问题进行了探讨。首先,基于用户满意度对需求侧管理建模,并以包括投资成本、运行成本和需求侧管理补偿费用的总成本最小为优化目标,建立IEGES中燃气机组、电转气设备、输电线路和天然气管道选址规划的混合整数非线性规划模型。然后,为加快求解速度,对模型中的非线性部分进行线性化处理,将原混合整数非线性规划问题转化为混合整数线性规划问题,并采用AMPL/CPLEX商业求解器求解。最后,以由修改的IEEE 39节点电力系统与比利时20节点天然气系统耦合形成的IEGES为例,对所构造的模型和采用的方法进行说明,并考察了其在节约成本和消纳风电方面的影响。     

考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性评估

气电联合系统是能源互联网的重要组成部分,其可靠性评估对系统安全运行具有重要意义.因此,提出一种考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性评估方法.首先建立气电联合系统负荷削减优化模型,利用泰勒级数展开法对考虑气网潮流方向和天然气管道运行状态的天然气潮流约束方程进行线性化处理;其次引入电、气负荷综合需求响应以提升系统可靠性,并对可中断和可转移电、气需求响应负荷进行建模;然后提出考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性评估指标,并基于序贯蒙特卡洛模拟法获取系统设备元件的运行状态,评估考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性;最后对IEEE 24-NGS 12气电联合系统进行算例分析,评估了7种不同场景下气电联合系统的可靠性,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

考虑激励型需求侧响应的电-气互联系统两阶段随机优化调度

电力和天然气网的耦合和互联,为风电等新能源的消纳提供了新方式。文章在考虑电转气(power to gas,P2G)设备和激励型需求响应(incentive demand response,IDR)的备用服务后,构建了电-气互联系统(integrated pow er and gas system,IPGS)带补偿两阶段随机优化调度模型。模型的决策目标包含基于风电预测出力的日前确定性调度经济成本,以及考虑实时风电场景的功率平衡补偿成本。同时计及激励型需求响应不确定性后,建立了需求响应经济补偿分段线性化模型。以IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的系统进行仿真,分析系统运行成本和天然气网的备用容量裕度,验证了所提模型的有效性。此外,进一步分析了激励型需求响应的响应概率对电-气互联系统经济调度的影响。     

考虑灵活性与经济性的可再生能源电力系统源网联合规划

传统经济性规划方法无法反映电力系统灵活性,难以满足高比例可再生能源电力系统的规划需求,为此,提出一种考虑灵活性与经济性的多目标源网联合规划方法。分析源荷两侧的灵活性需求,并从功率平衡与功率传输两方面实现电源灵活性与电网灵活性的定量评估。在此基础上,综合考虑电源、线路2种灵活性资源,建立兼顾灵活性和经济性的电力系统双层联合规划模型：上层是规划方案的多目标优化决策,实现源网灵活性和经济性的协同优化;下层是多场景运行模拟,对规划方案的灵活性与经济性进行定量评价。IEEE RTS-24节点系统与IEEE 118节点系统的算例结果表明,所提规划方法能够有效响应并平复可再生能源电源与负荷的不确定性功率波动,提高系统的灵活性以及对可再生能源的消纳能力。     

考虑电转气消纳水电的水-电-气系统低碳鲁棒优化调度

针对电力系统调节能力不足引起的汛期弃水问题以及负荷侧存在的不确定性问题,本文构建了水-电-气多能源系统协同低碳鲁棒优化调度模型,并给出模型的求解方法。所提模型将电力系统中的水电机组、燃气机组、火电机组同水电系统、天然气系统进行协同建模,考虑电转气技术将电力系统无法消纳的水电转化为天然气,存储至天然气系统中,对水-电-气多能源系统联合运行时消纳水电的能力进行分析。针对模型中的非线性约束,基于分段线性化法和泰勒级数展开方法将模型转化为混合整数线性模型;针对模型中的不确定性参数,运用列与约束生成方法将其转化为主-子问题框架,采用Gurobi求解器进行快速求解。采用改进的6节点电网-7节点气网系统进行算例分析,结果验证了所提模型能够充分利用不同能源系统间的互补特性提高电力系统的调节能力,促进水电的消纳,降低电力系统的运行成本并实现电力系统的低碳运行。     

考虑不确定性的综合能源博弈规划

随着电力系统与天然气系统的耦合性不断增强,以电网为核心的综合能源系统应运而生。然而在不确定条件下,当前规划方法仍无法保证各厂商的利益最优,因此本文提出了基于非合作博弈论的电-气系统的协同规划方法。首先,以各能量单元和电、气网公司作为独立的利益团体,以其年净收益最大为优化目标,建立电-气综合系统中风电机组,燃气机组、电转气机组、输电线路和天然气管道的综合非线性规划模型。针对风电、负荷的不确定性,以及经典两阶段鲁棒优化的保守性问题,提出了一种改进的两阶段鲁棒优化方法——期望场景最优,任意场景可行。最后,以修改的IEEE39节点电力系统与比利时20节点天然气系统构造电-气网络,验证了模型及算法的有效性。     

考虑多市场主体参与的气电区域综合能源系统市场定价策略

随着多市场主体接入,如何管理系统中的分布式资源成为气电区域综合能源系统的核心问题。从激励价格角度出发,建立含商业楼宇和分布式电源2类市场主体的区域综合能源系统日前市场出清模型,综合考虑节点净有功负荷、净无功负荷和天然气负荷对系统运行的影响,通过引入多类灵敏度因子线性化潮流约束和稳态气流约束;进一步地,将出清的节点边际价格分为有功基础电价、无功基础电价、阻塞管理电价、电压支撑电价、网损边际电价、基础气价和气压支撑价格7类,通过不同价格信号引导促使市场主体调节自身运行方式支撑系统运行。基于改进的IEEE 33节点配电网和24节点气网构成的区域综合能源系统的仿真结果验证了所提出的基于节点边际价格分解的定价策略的有效性和合理性。     

考虑运行策略和投资主体利益的电转气容量双层优化配置

电转气(P2G)技术的日益成熟,促进了电网和天然气网间的耦合,使两者间实现大规模互联成为可能。文中利用条件风险价值(CVaR)理论,对风电不确定性给电—气互联系统带来的运行风险及其成本进行了分析。在计及风力发电企业和电—气互联系统两个利益主体后,构建了P2G设备容量配置双层规划模型,以风力发电企业净利润作为上层目标,电—气互联系统运行成本为下层目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。利用IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的仿真系统,验证了配置P2G设备来提高风电消纳率和降低系统弃风风险的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。