基于冷热电多能互补的工业园区互动机制研究

随着智能配用电和能源互联网技术的发展,涉及多能源需求互补特性的多方互动成为解决综合能源系统效率低、电能紧缺等问题的有效方案。以工业园区综合能源系统为研究对象,在传统需求响应调度的基础上,将用户对冷、热、电等多种能源的需求纳入广义需求侧资源的范畴中,考虑多能源在价格、用能、需求特性上的差异性和冷热电联产(CCHP)机组的出力特性等,建立了基于多能互补的广义需求响应互动优化模型,实现电网、用户与CCHP机组的多方互动。算例结果表明,所提互动机制和优化调度方法能够有效地激励用户和CCHP机组参与多能需求响应互动,且与传统的需求响应调度机制相比经济性有显著提高。     

考虑多类型需求响应负荷的热电联供系统协调优化运行

综合需求响应（integrated demand response, IDR）是综合能源系统灵活调度的重要途径,对需求响应负荷、能源生产转换设备进行协同优化有利于提升能源利用率并降低用电用能成本。文章首先分析需求响应负荷特性,将需求响应负荷细分为可中断电负荷、可转移电负荷和可调节热负荷;其次采用能源枢纽建模方法对热电联供（combined heat and power,CHP）系统进行建模,并将多类型需求响应负荷纳入其中;在此基础上,构建考虑多类型需求响应负荷的CHP系统运行策略,以日运行费用与能源消耗量最小为目标对调度模型进行求解;最后,在2种不同场景下对算例进行对比,结果显示：需求响应负荷参与调度,可以实现削峰填谷,使得供需更趋于平衡;通过协调各能源设备及需求侧负荷运行策略,系统的日运行费用节约5.4%,能源转化率提高2.6%,实现了CHP系统的经济优化运行。     

多主体综合能源系统分布式优化运行方法

随着环境污染的不断加剧和能源消耗的日益增加,构建清洁、高效的能源体系成为迫切问题。为了提高新能源消纳率并降低运行成本,提出了含热电联产(combined heat and power,CHP)运营商及光伏用户群的多主体综合能源系统分布式优化运行方法。首先,建立了计及电能及热能的需求响应模型,包含用户间的电能共享、CHP运营商与用户间的能量共享及热电互动,用户模型综合考虑经济性与舒适度;其次,为了最小化系统运行成本,建立了CHP运营商和光伏用户群构成的基本优化模型;另外,建立了基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADM M)的含多主体的综合能源系统分布式优化调度模型,实现CHP系统与光伏用户的能量共享。最后通过实际算例验证了所提模型及方法的有效性。     

考虑需求侧协同响应的热电联供微网多目标规划

热电联供(Combined Heat and Power, CHP)型微网集成了多种分布式能源,能源利用率较高,具有光明的应用前景。科学合理的系统规划是CHP型微网经济、高效运行的基础。基于此提出考虑需求侧热、电协同响应的CHP型微网多目标规划方法,规划目标兼顾经济指标和碳排放指标。需求侧热电协同响应模型基于建筑物和热水箱的热力学特性,同时考虑可转移电负荷的调度,从而建立基于需求侧协同响应的CHP型微网多目标混合整数线性规划模型。以居民区CHP型微网规划为例进行算例仿真,验证了方法的有效性。结果表明,应用需求侧热电协同响应可降低CHP型微网所需配置的燃气锅炉和储热罐容量,使系统综合成本明显降低。     

基于热电比可调模式的区域综合能源系统双层优化运行

目前基于能量枢纽(energy hub,EH)的区域综合能源系统的优化运行缺乏对EH内热电联产(combined heat and power,CHP)机组热电比可调的考虑,且在此类场景中参与需求侧响应的负荷种类单一。针对此状况,构建双层优化模型,建立EH机组内部能效特性与外部能源分配的联系,实现内部机组高效运行和外部能源经济分配。模型通过卡罗需-库恩-塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker Conditions,KKT)将双层优化转换为单层优化,并用确定性优化软件求解。算例结果表明,EH双层优化运行模型可减少用能成本,提高用能效率。通过调节CHP热电比,同时利用广义弹性负荷参与响应,可以减小CHP热电比与区域内热电负荷比之间差距,从而提高CHP供能比例,实现区域综合能源系统高效经济运行。     

基于随机机会约束规划的冷热电联供微电网能量优化调度

热电联供(Combined Heat and Power,CHP)型微网集成了多种分布式能源,能源利用率较高,具有光明的应用前景。科学合理的系统规划是CHP微网经济、高效运行的基础,基于此提出考虑需求侧热、电协同响应的CHP微网多目标规划方法,规划目标兼顾经济指标和碳排放指标。需求侧热电协同响应模型基于建筑物和热水箱的热力学特性,同时考虑可转移电负荷的调度。从而建立基于需求侧协同响应的CHP微网多目标混合整数线性规划模型。以居民区CHP微网规划为例进行算例仿真,验证了方法的有效性。结果表明,应用需求侧热电协同响应可降低CHP微网所需配置的燃气锅炉和储热罐容量,使系统具有更好的经济效益与环保效益。     

计及电热耦合需求响应的综合能源协同调度优化策略

需求响应对优化负荷分布、降低系统经济成本等方面的作用逐渐得到重视,为了满足用户的冷热电等综合能源需求,较多工业园区高峰时需从主网大量购电,不仅增加了园区自身运行成本,也加深了主网高峰时的调度压力。针对上述问题,以工业园区微能网系统为场景,考虑了热电耦合下的联合响应,以系统总运行成本最低为目标,最终形成工业园区综合能源协同调度策略。模型选取某智能园区一个典型日的用电情景进行优化,通过热电联合响应调整用户对不同形式能源的负荷曲线,实现能源优化配置。算例表明所提方法能够在峰时减少主网购电,增加园区内本地机组调用,并满足用户的冷热电需求,具备良好的经济性。     

基于灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度

针对热电联供(Combined Heat and Power,CHP)“以热定电”导致的弃风及运行成本较高问题,提出基于CHP灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度方法。首先,采用补燃装置对CHP补燃,灵活调整各时段补燃率以使CHP热电比跟随风电出力态势,提高系统风电接纳水平与运行效益。然后,考虑补燃燃油的使用增加了系统排污,综合经济性与环保性建立区域综合能源系统多目标优化模型,通过层次分析法对各目标权重进行决策。最后,依托商业优化软件GAMS对建立的混合整数非线性规划问题进行求解。算例研究表明:对CHP热电比进行灵活调节,能够有效促进风电并网消纳、降低系统运行成本。多目标优化使CHP热电比兼顾系统经济性与环保性,较单目标而言更具优势。     

用户侧热电联产机组基于优化热点域的综合需求响应模型

随着综合能源系统的不断发展,用户侧热电联产机组（combined heat and power units,CHP）不断普及,对于降低用户用能成本、提高用户用能灵活性具有重要意义。用户侧燃气CHP能够在影响用户用能的前提下使用户具有综合需求响应能力,对于未来电力系统运行具有重要意义。文章结合抽凝式CHP在多能源系统中实际工作特点,提出了“CHP成本优势”的概念,即CHP与同等电热出力的“常规机组+电/热锅炉”构成的“等效CHP”之间运行成本差值。根据CHP不同运行状态“成本优势”的相对大小,从CHP电热运行域中进一步得到电热负荷的“优化热点域”。采用“优化热点域”顶点的线性组合,建立CHP在综合需求响应中的高效优化模型。算例表明,相比传统CHP电热运行域模型,所提出的模型能够减少综合需求响应优化决策的计算复杂度,从而提高计算效率。     

考虑热惯性的热电联产系统两阶段优化调度方法

热电联产(CHP)系统具有环保、经济、运行方式灵活的突出优势,有较好的发展前景。文中基于电、热在传输和存储方式上的不同特性,提出一种考虑热惯性的CHP系统两阶段优化调度方法。第一阶段考虑供热网络结构和运行特性,建立基于模型预测控制(MPC)的CHP系统优化调度模型,优化日内可控设备出力及电网交互功率策略;第二阶段以CHP系统内各单元出力调整量最小为目标,综合考虑可再生能源及负荷的实时预测误差,动态调整第一阶段日内调度策略。算例表明,该两阶段优化调度模型可提高系统运行的经济性,弥补供需不平衡;结合系统热惯性,建筑物根据负荷需求和分时电价进行蓄热或放热可降低可再生能源及负荷不确定性对调度的影响,平抑功率波动,促进热电互补。     

考虑需求响应和多能互补的虚拟电厂协调优化策略

随着能源互联网技术的发展,源-网-荷互动和热、电等多能源互动成为解决分布式能源(distributed energy resource,DER)系统高可靠性和效率利用的有效方案。采用虚拟电厂(virtual pow er plant,VPP)协调各机组运行,引入源-网-荷互动模型,用来描述不同类型电源和负荷之间的互相支持和电量交易,引入热电联产(combined heat and pow er,CHP)系统,建立考虑多能互补的需求响应(demand response,DR)互动优化模型,实现虚拟电厂内部的协调互动。考虑虚拟电厂收益最大化与电力公司热电负荷补偿成本最小化这2个目标,建立多目标互动优化模型,采用遗传算法对模型进行求解。算例的仿真结果验证了该策略和模型的有效性。     

计及多能耦合的区域综合能源系统最优能流计算

摘要：为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,区域综合能源系统已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握区域综合能源多能耦合机理,对未来实现系统的有序规划、运行具有重要研究意义。文中提出了一种区域综合能源系统中具有分布式能源的最优能流模型和方法。提出了基于能源集线器模型并充分考虑能耗（太阳能,燃料油,生物质能）的电力系统、天然气系统、热力系统的优化策略。采用基于内点法对区域综合能源系统模型进行求解。通过利用辅助燃烧设备（Supplemental firing equipment,SFE）调节热电联产（Combined heat and power,CHP）单元的热电比,建立了带有SFE的生物质能CHP模型,从而增加了CHP供能比例,最终实现了系统的经济运行。     

基于综合需求响应的工业园区联络线功率控制

为平抑可再生能源系统所引起的联络线功率波动,工业园区通常采取整合园区内部所有源荷设备进行统一集中管理或基于电力需求响应的简单源荷互动运行模式,未能充分挖掘园区多能负荷综合需求响应的潜力。在分析工业园区用能特点的基础上,文中提出了一种基于综合需求响应的联络线功率控制方法,建立了园区与生产任务相关的储能、空调负荷以及电动汽车的综合需求响应特性模型,并通过激励多元用户进行需求响应以平抑功率的波动,有效实现了兼顾综合运行成本及跟踪控制误差的联络线功率控制。结合南方某蓄电池生产工业园区进行算例分析,结果表明该方法能降低园区经济损失,使内部负荷用户受益,并确保对联络线功率计划的有效跟踪。     

考虑热电联合调度的虚拟电厂交易策略研究

为优化能源配置和用能效率,采用虚拟电厂模式聚合热电联产(Combined Heat and Power,CHP)机组等分布式能源作为整体参与市场交易,考虑CHP机组热电比可调运行模式突破传统以热定电的限制,实现CHP机组的热电解耦,提升机组调度的灵活性。此外针对虚拟电厂面临的风电不确定性,采用鲁棒优化进行处理,构建min-maxmin两阶段鲁棒优化模型,寻找不确定变量在不确定集合内朝着最恶劣场景变化时经济性最优的交易方案,并通过列约束生成算法对主子问题进行交替迭代求解。算例结果表明,采用CHP热电比可调运行模式并合理考虑风电出力不确定性能够提升系统调峰能力、降低出力偏差,对促进清洁能源消纳具有积极作用;也验证了通过虚拟电厂实现热电联合优化调度,作为整体参与市场运行具有较强的经济性优势。     

考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度

在能源互联网迅速发展的背景下,综合能源系统多能耦合互补特性为需求侧参与系统调度提供了更大的优化空间,如何建立切实有效的多能源、多类型需求响应模型对提升系统运行性能具有重要意义。为此,建立了考虑激励型、替代型和基于实时定价机制的价格型多能源、多类型需求响应精细化模型,在此基础上,以电、气、热、冷多能耦合园区系统为研究对象,考虑系统运行、需求响应、用户用能满意度等约束条件,提出了考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度策略。算例分析结果表明所提优化策略能够充分挖掘需求侧资源的调节潜力,在促进能源供需平衡的同时实现了系统多能协同互补与经济运行。     

基于非支配排序遗传算法-Ⅲ的工业园区综合能源系统多目标优化调度

为发挥综合能源系统多能高效协同优势,提出工业园区综合能源系统优化调度模型。首先建立工业园区综合能源系统机理模型。其次,构建了包含经济、环保和可再生能源占比的工业园区综合能源系统多目标优化评价体系,并以此为基础建立多目标优化调度的混合整数线性规划模型。最后,本文采用更具收敛性的非支配排序遗传算法-Ⅲ(NSGA-Ⅲ)对该模型进行求解,得到各能源设备最优运行策略的帕累托前沿。采用本文方法对某工业园区实际案例进行试验分析表明,多能互补优化可以在提高经济性和环保性的前提下满足生产用能需求,且其实时优化调度的鲁棒性较好。     

基于非支配排序遗传算法-III的工业园区综合能源系统多目标优化调度

为发挥综合能源系统多能高效协同优势,提出工业园区综合能源系统优化调度模型。首先建立工业园区综合能源系统机理模型。其次,构建了包含经济、环保和可再生能源占比的工业园区综合能源系统多目标优化评价体系,并以此为基础建立多目标优化调度的混合整数线性规划模型。最后,本文采用更具收敛性的非支配排序遗传算法-III（NSGA-III）对该模型进行求解,得到各能源设备最优运行策略的帕累托前沿。采用本文方法对某工业园区实际案例进行试验分析表明,多能互补优化可以在提高经济性和环保性的前提下满足生产用能需求,且其实时优化调度的鲁棒性较好。     

考虑风电消纳的含P2G-CCS虚拟电厂优化调度

针对热电联供（CHP）运行过程中产生大量CO2以及“以热定电”运行方式导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳的含电转气和碳捕集系统（P2G-CCS）虚拟电厂优化调度方案。首先,在虚拟电厂（VPP）中引入P2G-CCS耦合模型,并使其与CHP能源流动形成循环,将CO2作为CHP的燃料来源;其次,在VPP中加入地源热泵（GSHP）,与P2G-CCS协同运行,实现CHP的热电解耦,促进风电消纳;最后,将电、气综合需求响应引入负荷侧,进一步促进风电消纳。以华北某地区VPP为例进行算例分析,结果表明所提调度方案可以有效促进风电消纳,同时碳排放和运行成本也更低。     

基于舒适度的需求响应与碳交易的园区综合能源经济调度

在碳中和背景下,高比例新能源消纳和减排目标的实现要求打破不同能源间的壁垒,进行多能源联合优化调度。电转气技术在消纳新能源的同时也捕捉固定碳。本文基于含电转气、电制热、热电联产、燃气轮机等设备的电、气深度耦合的园区多能源系统,提出考虑用户舒适度的联合热、电需求响应和碳交易成本,并以园区运行成本最低为目标,建立园区多能源系统联合经济调度模型。在满足用户舒适度前提下充分发挥联合热、电需求响应潜力,利用多能互补,源、荷互动,提高新能源消纳的同时降低园区运行成本。最后,通过仿真验证了该模型能有效降低园区运行成本、提高新能源消纳能力。     

考虑工业园区CHP机组动态约束的低碳经济调度

具备快速电出力调节能力的热电联产(combined heat and power,CHP)机组能够提升工业园区电热耦合系统运行灵活性,促进新能源消纳,降低碳排放压力。采用微分方程形式建立CHP动态约束能够详细描述变量的变化情况,在调度中考虑动态约束能够掌握机组运行状态,降低事故风险。为此,以考虑碳交易过程的工业园区最小成本为目标,建立考虑CHP动态约束的工业园区低碳经济调度模型。然后基于序贯法框架,采用有限元正交配置法对模拟层的微分代数方程进行离散,并采用改进自适应差分进化算法求解优化层非线性规划问题。算例结果表明,有限元正交配置法能够以较少的离散点数获得较为精确的结果,提升了求解效率,验证了具备快速电出力调节能力的CHP机组能有效提升工业园区低碳经济水平。