基于混合整数二阶锥的配电-气网联合规划

提出了一种考虑配电网重构及小时级潮流变化的配电-气网(EGDN)联合规划模型。一方面,融入配电网重构来优化系统的运行状态,两网协同规划能发挥不同能源间的互补共济作用,提升系统的可靠性和运行效率;另一方面,所提模型考虑小时级配电网和配气网的潮流方程,以精细化描述系统的运行状态。为了求解该非线性非凸模型,适当松弛原问题,将其转换为可直接求解的混合整数二阶锥规划(MISOCP)问题。仿真结果表明所提规划模型显著提升了系统的可靠性,降低了相关设备的配置容量,减少了能量传输损耗,降低了总体规划与运行费用,证明了MISOCP模型与简单的混合整数线性规划模型相比,更能获得满足实际工程需求的规划方案。     

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。     

考虑综合需求响应的配电网重构运行优化研究

重构运行优化决策灵活性是智能配电网的重要特征之一,随着配网侧多能源形式相互耦合的不断增强,以能量枢纽为代表的综合能源转换装置受到广泛关注.如何在配电网重构优化运行中考虑能量枢纽运行特性,为配电网与用户用能带来更多的灵活性与经济性等相关研究亟待开展.提出了一种考虑综合能源需求响应的配电网重构优化决策模型,将传统的电力用户侧需求响应扩展到多种能源网络用户的综合能源需求响应,将综合能源需求响应与配电网重构优化运行进行协同决策,实现配电网与整体用户整体最优的目标.算例验证了模型算法的有效性.     

考虑气电联合需求响应的气电综合能源配网系统协调优化运行

在未来多能互补、综合能源系统的背景下,传统配电网和配气网独立调度运行的模式已经不能满足多种能源互补的运行要求。为此,该文提出气电综合能源配网系统最优潮流的凸优化方法,即利用二阶锥规划方法对配电网潮流方程约束进行处理,并提出运用增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理,进而将非线性的气电综合能源配网系统优化调度问题转化为混合整数二阶锥规划模型,为气电综合能源配网的气/电协调优化运行和规划设计提供支撑。同时在配网系统中引入气电联合需求响应来提高系统调度的可控性和灵活性,从而更好的消纳新能源,以达到配网系统的优化运行。仿真结果表明,运用增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法能更好提高配气网的二阶锥松弛精度,且考虑气电联合需求响应能够提高综合能源配网系统运行的经济性和新能源的消纳能力。     

结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划

综合能源系统可实现各类能源的优化利用,有效解决环境污染与能源浪费等问题,具有良好的发展前景。文中重点研究基于冷热电联供(CCHP)系统和热网构建的多区域综合能源系统的规划问题。首先针对各区域CCHP系统之间的环状热网,建立了考虑节点流量平衡、热能—流量约束及热损平衡约束的热网模型。结合CCHP系统能量平衡约束和热网模型,建立了多区域CCHP系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。最后以天津市某综合区域为例进行仿真分析,结果表明多区域协同规划和运行能大幅提高燃气轮机利用率,降低燃气锅炉配置容量,最小化热能传输损耗,从而显著降低运行费用。     

基于目标级联分析的配电-气网分布式协同扩展规划方法

针对高比例可再生能源接入背景下输电网、配电网、配气网间耦合程度日益密切的现状,构建了一种考虑输电网影响的多个配电-气网分布式协同扩展规划方法。首先基于分解建模原理构建输电网子问题、配电网子问题与配气网子问题的混合整数二次规划模型;其次基于目标级联分析算法,在满足共享变量一致性约束的前提下分布式迭代求解各子问题;最后构建含3个待规划配电网和3个待规划配气网的算例进行验证。算例分析结果表明了所提方法的有效性。     

考虑供能可靠性的电-气综合能源系统规划方法

在当前可再生能源大量接入的背景下,燃气轮机与电转气等技术的发展使得电-气综合能源系统的耦合度逐渐加深,对系统的可靠性要求也日益提升.针对风电和光伏等分布式电源接入的场景,提出了一种考虑供能可靠性的电-气综合能源系统规划方法.首先对燃气轮机技术进行分析和建模;其次,考虑系统柔性负荷产生的能量短缺成本,计及辐射状网络供能可靠性,建立以投资成本、维护成本和可靠性成本为目标的优化规划模型,对配电网线路、配气网管道和CCHP厂站等进行选址定容,引入辅助变量,对模型进行线性化处理,得到混合整数线性规划模型;最后对改进的12节点配电网和10节点配气网进行二阶段规划仿真,验证了本文所提方法的可行性和有效性.     

多能源网络与能量枢纽联合规划方法

多能源系统集成与协同优化对于促进可再生能源消纳、提升能源利用效率、降低能源系统碳排放具有重要意义。该文研究多能源系统的规划问题,将电、气、热、冷组成的多能源系统划分为两层,下层为园区以及城市层面的区域多能源系统,采用能量枢纽模型进行建模;上层为省级以及跨省层面的能源传输网络,连接各个区域多能源系统。提出多能源网络与能量枢纽联合规划模型,同时考虑下层若干能量枢纽的结构优化和上层能源网络的拓展规划。下层基于图论中有向无环图的拓扑分层性质建立能量枢纽分层化线性模型,上层采用电网直流潮流模型和气网分段线性化模型,整个规划问题构成一个混合整数线性规划问题。为了验证规划模型的有效性,以一个若干能量枢纽通过电网和气网相连接、集中式可再生能源装机占比较高的多能源系统为算例进行分析,同时给出敏感性分析说明可再生能源占比以及负荷情况对于规划结果的影响。     

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。     

计及需求侧响应的电-气耦合配网协同规划

随着燃气轮机和电转气技术的发展,电-气配网耦合日益加深。另一方面,需求侧响应能削峰填谷,提升系统性能。因此,针对计及需求侧响应的电-气配网协同规划展开研究。首先,在对需求侧响应进行数学分析与建模基础上,以投资成本、维护成本、交易成本和补偿成本之和最小为优化目标,建立配电线路、配气管道、耦合设备规划的混合整数非线性模型。然后,通过分段增量线性化和辅助变量法,将模型化为混合整数线性问题并利用CPLEX求解。最后,将所提方法应用于12节点配电网与10节点配气网的两阶段协同规划,结果表明需求侧响应可降低设备容量需求,减少购能费用,提升规划方案的经济性。     

兼顾抗毁度的含风电配电网多目标重构

为了通过配电网重构提高供电可靠性,从网络保持连通性及抵御破坏能力的角度,引入网络抗毁度指标作为配电网重构的一个新目标函数。通过有权网络的边权值和节点位置重要度求解网络抗毁度,同时考虑风电出力的随机性和间歇性,对该指标进行修正。建立了兼顾抗毁度的含风电配电网多目标重构模型,并采用改进和声搜索算法来求解此模型。给出了多目标重构的帕累托最优解集,供决策者根据实际情况选择。通过对33节点系统的算例分析,验证了所提模型求解方法的有效性与合理性。     

考虑环境因素的多能源系统交直流混合供能优化策略

有效提高能源利用率、促进新能源消纳以及减少环境污染成本是当下发电用电企业十分关注的问题。提出并建立了一种多能源系统交直流混合并网供能优化模型,实现了电能的交直流柔性变换与多能源的综合利用。综合分析了能源局域网内交直流系统供电特性,结合供热系统供热特性、储能装置的充放特性以及煤炭的全生命周期,考虑功率平衡约束、各装置运行约束以及环境成本约束。利用GAMS优化软件求得调度周期内,传统交流并网模型和所搭建模型各系统的最佳出力及总运行成本,将两者的运行结果从供电供热等方面比较,验证了所述模型在减少运行成本、降低有害气体排放量以及削减煤耗量方面的优势。     

基于PAM时段划分的配电网动态重构

为保证配电网的安全稳定运行,提出一种基于PAM(Partitioning Around Medoid)时段划分的配电网动态重构方法。以配电网网络损耗、电压偏移和负荷均衡为目标函数,建立配电网动态重构模型。针对配电网动态重构过程中的时段划分问题,给出一种以相异度为分段指标的PAM时段划分方法。为提升协同粒子群算法(Cooperative particle swarm optimization,Co-pso)的寻优能力,对其速度更新公式进行修正,并引入正态分布随机调整因子对协同粒子群算法进行改进。选择IEEE33节点系统进行算例分析计算,算例结果验证了上述方法的有效性。     

高比例清洁能源接入下计及需求响应的配电网重构

提出了高比例清洁能源接入下计及需求响应的配电网重构方法.首先,以考虑网损成本、弃风弃光成本和开关操作惩罚成本的综合成本最小为目标,建立高比例清洁能源接入下计及需求响应的配电网重构模型.然后,针对配电网重构模型的非凸性,引入中间变量并对其进行二阶锥松弛,构建混合整数凸规划模型,使其能够在获得全局最优解的同时提高求解效率.最后,采用改进的IEEE 33节点配电网进行算例仿真,分析了需求响应措施和清洁能源渗透率对配电网重构结果的影响.算例结果表明,计及需求响应的配电网重构方法,可以有效提升清洁能源消纳能力,平移负荷峰谷差,提升运行经济性.     

基于改进双层聚类多目标优化的配电网动态重构

随着配电网的高速发展,电力用户对供电可靠性的要求越来越高。针对现有配电网动态重构中开关次数难以约束,系统节点功率变化对配电网潮流分布的影响以及单一聚类算法负荷识别不足的问题,提出基于形态与幅值的双层聚类。外层以皮尔逊为相似度量进行形态相似聚类,内层以欧氏距离为相似度量进行幅值相近聚类。建立减小网损、提高电压稳定性、均衡馈线负荷、减少开关操作次数的多目标优化数学模型,采用改进粒子群算法完成配电网多目标动态重构。仿真结果表明,较静态重构开关操作次数降低了54.76%,减小电能15 575.4 kW·h,降低了39.28%,较重构前电压偏移指数降低49.1%,负荷均衡度改善41.9%。该研究所提改进的双层负荷聚类相比FCM聚类,准确度提高了11%,聚类效果更加接近原始数据。该动态重构方案可提高配电网运行的可靠性。     

考虑事故–经济重构共同影响的配电网智能终端规划

随着智能电网建设的不断推进,信息系统与配电物理系统不断深入耦合,配电自动化程度势必越来越高,智能终端的规划设计在配电自动化建设发展中显得尤为重要。基于此,建立考虑事故–经济重构共同影响下的配电网智能终端双层规划模型。上层模型为系统综合投资成本和运行成本综合最优进行“二遥”(集遥信和遥测功能于一体的智能终端)、“三遥”(集遥信、遥测和遥控功能于一体的智能终端)终端选址、选型以及光缆铺设规划建模。基于上层规划结果,下层事故重构部分基于多场景事故停运时间分解法,结合各类可转移负荷的负荷–电源转移路径上智能终端配置状态,计及断路器是否支持遥控对系统可靠性造成的影响等,建立配电系统可靠性评估量化模型;下层经济重构部分则计及潮流约束、安全约束、拓扑约束和开关动作约束从而建立基于二阶锥松弛(second order cone programming,SOCP)的动态混合整数线性模型以分析规划结果在系统正常运行时的经济性。最终,整个双层模型采用离散二进制粒子群算法(discrete binary particle swarm optimization algorithm,BPSO)进行优化求解,并先后...     

高比例新能源下考虑需求侧响应和智能软开关的配电网重构

提出了高比例新能源接入下考虑需求侧响应(DR)和智能软开关(SOP)的配电网重构策略.首先,构建了配电网重构下的DR和SOP模型;然后,综合考虑网损费用、弃风费用、弃光费用和开关费用,以社会利益最大化为优化目标,构建高比例新能源接入下多时段配电网重构模型;接着,通过大M法和二阶锥松弛将配电网重构模型转化为混合整数二阶锥规划问题,并采用YALMIP和CPLEX对转化后的模型进行求解;最后,采用改进的IEEE 33节点配电系统进行了算例仿真,并进行了灵敏度分析和不同配电网重构策略的对比分析,验证了模型的有效性.算例分析结果表明,采用所提考虑DR和SOP的配电网重构策略,可以有效提高配电系统的新能源消纳能力,平抑负荷峰谷差,提升配电网运行的经济性.     

分布式电源接入配电网的效益及重构优化策略

分布式发电技术是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式。配电网重构是提高电网运行的经济性、供电质量和安全性的重要手段,也是充分发挥分布式发电效益的重要方法,因此,找到一种适应分布式发电特点的配电网重构模型是很有必要的。文章分析了分布式发电的优势与效益,论述了常见的配电网重构模型的构建方式,结合随机潮流与多目标优化理论提出了改进的配电网重构模型,并通过算例进行验证,获得了满足多目标需求的若干优化方案。