基于合作博弈的综合能源系统电-热-气协同优化运行策略

在"双碳"背景下,为有效提高综合能源系统(IES)的能源利用率,减少碳排放量,同时提升系统运行的灵活性,提出一种基于合作博弈的IES优化运行模型.首先构建IES框架,针对电转气(P2G)、碳捕集、燃气轮机、热储能等设备进行建模;其次考虑系统内各主体之间存在协同合作的可能,将系统内各运营主体分为三方构建合作联盟,阐述能源...     

基于条件风险价值的综合能源系统低碳运行

为了减少综合能源系统（integrated energy system，IES）运行过程中的碳排放，提出一种基于条件风险价值（conditional value at risk，CVaR）的IES低碳调度模型。首先，利用CVaR理论评估IES中不确定性带来的风险，并引入碳交易机制，将碳交易成本纳入目标函数，综合考虑各种设备的约束，建立了低碳经济调度模型；其次，采用yalmip + cplex优化软件对模型进行求解，算例验证了此模型的经济性和低碳性；最后，分析了耦合设备和储能设备容量变化对调度结果的影响，可为IES低碳运行提供参考。     

考虑冷热电多能流的混合储能系统三阶段能量优化调度策略

针对综合能源系统(Integrated energy system, IES)中可再生能源(Renewable energy, RE)能量耦合的复杂性和能量波动问题,提出了一种改进的混合储能系统(Hybrid energy storage system, HESS)三阶段能量优化调度。分析了IES中各种器件在不同时间尺度下的功率响应特性,表明三阶段能量优化调度方法可以与包括HESS在内的IES很好地耦合。比较分析了HESS在稳定功率波动和延长储能寿命方面优于单一储能系统的优点,提出了三阶段能量优化调度下超级电容的控制方法。根据日前预测数据,一次能源消耗、运营成本、二氧化碳排放被视为日前滚动优化阶段的优化目标。在日内滚动调整阶段,该方法可以减少RE日前预测误差的影响,实现日内能源调度平衡,确保IES设备的安全运行。考虑到IES中可再生能源比例较高的背景,创新性地利用HESS的优势来改善系统的功率响应特性。仿真结果表明,所提方法在提升系统功率响应速度、延长储能电池(Lithium-ion battery,LiB)寿命和减少碳排量上具有显著提升。     

考虑需求响应的社区综合能源系统两阶段优化调度

从社区能源运营商的角度出发,通过整合社区综合能源系统(IES)中可控负荷、风电机组出力等信息,提出考虑可控负荷的社区IES两阶段优化调度模型。日前调度通过分析各类可控负荷是否参与优化,研究其响应前后对社区IES运行经济性的影响;日内调度基于日前调度方案,考虑到短时期内风电机组出力与负荷的波动并根据冷热电响应速率的不同,提出两级滚动优化平抑模型,求解各可控设备的调整出力。仿真结果表明,对可控负荷的优化调度可有效降低社区IES的综合运行成本;两阶段优化调度模型在满足用户用能需求的同时也能及时有效平抑日内阶段源荷两侧的随机波动,实现IES经济及平稳运行。     

考虑时间差异性的综合能源系统多层协调优化调度北大核心CSCD

综合能源系统能协调各种设备并使其优化运行,已成为研究的重点。文章在日前调度阶段,综合考虑各类设备的燃料成本、运营维护成本以及IES与外网的交互成本,建立了以IES运行成本最低为目标的经济调度模型,分析了需求响应对IES经济性的影响;在日内调度阶段,考虑了各类用能负荷调度时间的差异性,提出考虑多时间尺度的分层滚动优化调度模型,确保了日前计划的合理性及系统运行的稳定性。在制定日前调度计划的基础上,建立日内滚动调度,并采用MPC算法进行求解分析,保证调度计划的合理性和系统运行的稳定性。算例分析结果表明,文章调度方法可发挥各设备运行的优越性,IES经济性有明显提升。算法对比显示,文章所提算法具有更好的收敛性,验证了所提模型与算法的有效性。     

计及多类型电储能的综合能源系统优化运行对比分析研究

综合能源系统是泛在电力物联网的重要组成部分,多种类型的储能设备在其中发挥了重要作用。目前的多数研究只考虑了单一类型电储能对综合能源系统优化运行的影响,或是通过对多种能量形式的储能进行联合优化调度展开研究。至于多种类型电储能在综合能源系统中的优化运行结果以及定量对比分析工作还开展的较少。鉴于此,文中提出了计及飞轮储能、电化学储能和超导储能等多类型电储能的综合能源系统优化运行模型,以系统日运行成本最低为目标,并采用人工智能算法来保障预测数据的准确性,利用混合整数线性规划方法进行求解,同时设置了3种运行场景,对不同场景下的优化结果进行了定量分析对比。算例分析表明,采用电化学储能可获得最低的系统运行成本以及最为显著的售电交易量;而超导储能具备充放调度灵活性高,充放潜力大的特点。     

考虑多功能区差异性以及冷热电负荷平衡的综合能源系统规划

以冷热电联供系统(CCHP, combined cooling, heating and power)为核心设备,通过组合多种能源生产设备形成提供多种能量流的综合能源系统(IES, integrated energy system),能提高能源效率和经济效益;同时,在IES规划时考虑不同功能区的冷热电负荷特性的差异性,有利于进一步发挥其作用。在此背景下,提出了一种考虑多功能区差异性以及冷热电负荷平衡的综合能源系统规划模型。首先分析了功能区的冷热电负荷特性并建立了负荷典型场景,进而结合IES结构,提出了一种考虑多功能区冷热电负荷差异性的IES规划模型。算例采用某IES示范区验证了模型的有效性和实用性,算例分析结果表明,通过联络线可充分利用多功能区的差异互补特性以满足IES冷热电负荷平衡,同时也产生了明显的经济效益。     

考虑碳配额及综合需求响应双重激励的综合能源系统多主体博弈协同优化

文章提出了考虑碳配额和综合需求响应双重激励的综合能源系统（Integrated Energy System, IES）多主体博弈协同优化调度策略。首先,基于Stackelberg博弈理论,同时考虑需求侧和储能侧的主动性,建立了源-荷-储多主体博弈交互框架;其次,以IES运营商为领导者,储能运营商和用户为跟随者,建立了各利益主体的决策模型。其中,为了引导用户科学用能和降低系统碳排放量,在IES运营商模型中引入了基于碳配额和实时价格引导的双重激励政策,并以净利润最大为目标,制定售能价格和内部机组出力计划;最后,采用遗传算法结合CPLEX的两阶段算法对所提多主体博弈模型进行求解。算例仿真表明,所提的双重激励策略和博弈模型能够有效兼顾各方主体利益,在不损害各方利益的情况下,降低了系统的碳排放量,实现IES多主体低碳协同运行。     

与需求响应联合优化的联网型微电网储能容量随机规划

针对含分布式电源、需求响应资源的联网型微电网,提出一种与微电网内多类型需求响应资源联合优化运行的储能系统容量配置优化规划模型。模型以微电网用能成本与储能设备年投资成本之和最小为目标函数,考虑需求响应资源可柔性调节区间、储能设备的荷电状态、微电网与主网间变电容量等约束条件,并计及分布式电源出力的不确定性影响,建立储能容量随机优化规划模型,利用混合整数线性规划算法求解。对某实例微电网仿真分析优化配置储能容量对提高微电网运行和规划的经济性的影响,结果表明模型可实现微电网储能系统最佳容量配置决策,同时优化需求响应资源和储能系统的运行策略。     

考虑柔性负荷的综合能源系统低碳经济优化调度

随着低碳发展进程的不断推进,综合能源系统(IES)逐渐成为实现减排目标的重要支撑技术。基于能源集线器概念,结合需求侧柔性负荷的可平移、可转移、可削减特性,构建了含风光储、燃气轮机、柔性负荷等在内的IES模型。综合考虑了系统运行成本和碳交易成本,建立了以总成本最低为优化目标的IES低碳经济调度模型,采用鲸鱼优化算法对算例进行求解。通过场景对比,分析了碳交易因素对能源调度的影响,以及在碳交易体系之下,柔性负荷的合理调度对IES进一步减少碳排放、降低系统成本可发挥的作用。研究结果表明,在碳交易体系下,柔性负荷参与调度能有效地提高系统的经济环境综合效益。     

多区域间热网交互的综合能源系统配置优化

考虑多区域间热网交互的综合能源系统规划和运行优化能有效提高能源综合利用率,有助于节能减排、促进分布式能源就地消纳。在独立分区综合能源系统的基础上,在不同负荷特性区域间引入热网交互,以热网建设费用、CCHP设备投资、运行成本和碳排放税最低为综合优化目标,对多区域综合能源系统的配置和运行进行整体优化。对上海市某典型城区进行仿真优化结果表明,多区域间热网的引入有利于提高系统清洁能源利用率,合理配置设备容量,区域间用能互补特性增强,系统综合效益更佳。     

Energy management strategy and capacity optimization for CCHP system integrated with electric-thermal hybrid energy storage system

In order to improve the comprehensive energy utilization rate of combined cooling, heating, and power (CCHP) system, a hybrid energy storage system (HESS) is proposed in this paper consisting of electric and thermal energy storage systems. And the overall optimization design and operation of CCHP system with HESS are the main problems to be solved in application. Therefore, the topology and the energy flow model of CCHP system with HESS are established and analyzed according to the energy conversion characteristics of the component equipment. Moreover, combined with five evaluative restrictions for HESS system, a rule-based energy management strategy is designed to realize the decoupling regulation of electric energy and thermal energy in CCHP system. On this basis, a multi-objective optimization model is studied by taking the indicators of annual cost ratio, the primary energy consumption ratio, and loss energy ratio, and then the capacity parameters are optimized by particle swarm optimization algorithm (PSOA). Finally, a case is carried out to compare the energy allocation situations and capacity optimization results between CCHP system with HESS and CCHP system with single thermal energy storage system (ST). Results show that the capacity of ICE is reduced by 34%, and the annual cost and the primary energy consumption are saved about 7.69% and 18.47%, respectively, demonstrating that HESS has better optimization effect and applicable for small-scale CCHP system.     

Cross-regional integrated energy system scheduling optimization model considering conditional value at risk

Integrated energy system is a very important way to improve energy efficiency. Based on the combined heating cooling and power system, combined with energy storage equipment, a cross-regional integrated energy system scheduling optimization problem is studied. An integrated energy system scheduling optimization model is established that meets the requirements of electrical, heating, and cooling load under a variety of energy sources while both considering the interaction of electrical, heating, and cooling load between regions, and complementation of them within one region. Meanwhile, the value at risk (VaR) theory is introduced and the operating constraints of equipment in the integrated energy system fully considered, the integrated energy system scheduling model with VaR is established. The example shows that the model can realize multi-type electrical, heating, and cooling load optimized by schedule across regions under the premise of satisfying the balance of energy supply and demand, which can reduce the system operation cost. The sensitivity analysis of the minimum expected cost and the influencing factors of conditional VaR is carried out to verify the validity and feasibility of the proposed model.

• An integrated energy system scheduling optimization model is established that meets the requirements of electrical, heating, and cooling load under a variety of energy sources while both considering the interaction of electrical, heating, and cooling load between regions, and complementation of them within one region.
• By using the conditional value at risk theory to consider various types of the integrated energy system complements and evaluates the operational risk of the system under optimal operating conditions of the system.
• The total cost of system scheduling operation is proportional to the storage capacity, which is inversely proportional to the heat storage capacity and inversely proportional to the pipeline capacity within a certain interval.

     

基于PEMFC-P2G与风光不确定的综合能源系统优化调度

以氢气为主要燃料的质子交换膜燃料电池是一种良好的清洁能源利用介质,为应对“双碳目标”的挑战,提出基于质子交换膜燃料电池与电转气（P2G）混合储能并考虑系统中风电、光伏出力不确定性因素的综合能源系统模型。首先,对膜燃料电池进行精细化建模分析;其次,对风电、光伏等新能源采取基于小波变换-神经网络的短期预测;最后,建立包含设备运行维护成本、实时电价政策的外购能源等经济成本以及碳惩罚成本的最小优化目标的混合整数线性规划模型,且以系统安全稳定运行为约束。某园区的算例分析结果表明,所提出的考虑新能源出力与PEMFC-P2G混合储能优化模型能有效降低运行成本、减少碳排放,具有良好的经济性与环保性。     

Decoupling optimization of integrated energy system based on energy quality character

Connections among multi-energy systems become increasingly closer with the extensive application of various energy equipment such as gas-fired power plants and electricity-driven gas compressor. Therefore, the integrated energy system has attracted much attention. This paper establishes a gas-electricity joint operation model, proposes a system evaluation index based on the energy quality character after considering the grade difference of the energy loss of the subsystem, and finds an optimal scheduling method for integrated energy systems. Besides, according to the typical load characteristics of commercial and residential users, the optimal scheduling analysis is applied to the integrated energy system composed of an IEEE 39 nodes power system and a 10 nodes natural gas system. The results prove the feasibility and effectiveness of the proposed method.     

储能对可再生能源并网发电的支撑作用

可再生能源发电并网对于电力系统的节能减排具有关键作用,选择合理的储能容量,并分析储能对可再生能源并网发电的支撑作用具有重要意义。从节能减排和供电可靠性角度建立具有储能装置的单母线电力系统和剩余电力系统的随机规划模型,并通过蒙特卡罗模拟算法对国外某地区的风力发电和储能联合运行系统进行模拟分析。结果表明,适度规模的储能容量不仅能有效解决可再生能源发电的功率波动问题、减小系统停电损失概率,而且能够降低系统的环境成本,但其减少程度与储能的全过程效率有关。     

综合能源系统运行优化设计与运行策略研究

综合能源系统能整合协调各异质能源，是提高能源利用率和降低运行费用的有效途径。提出了两种运行策略及一种基于穷举法的优化策略方法，建立了包括小型燃气轮机系统、地源热泵、电制冷机、吸收式制冷机、换热器的综合能源系统能量转换模型。在案例研究中，提出了以典型日费用最小为目标的综合能源系统优化方案，对以电定热、以热定电两种运行策略下的场景进行了优化分析，确定设备的最佳容量和运行参数，给出了运行策略对比分析结果。结果表明：以电定热策略的整体经济性优于以热定电策略约10%;与传统供能系统在经济性上的适用性进行对比发现，综合能源系统成本节省比例在5%～30%之间。     

应用于分布式能源系统的设备选择和容量配置模型

提出了一种通用的分布式能源系统设备选择方法,建立了分布式能源系统中常用设备的数学模型,以年总费用最优为目标,利用GAMS软件对模型中的设备容量进行求解,对有无蓄能设备的分布式能源系统进行经济性分析。以天津市某办公楼为实例验证了模型及求解方法的有效性,结果表明:系统规划时考虑蓄能设备可以优化供能设备的容量配置,使系统的初投资降低9. 13%;在分时电价体系下,增加蓄能设备的系统可使年总运行费用降低4%。     

新能源系统中双储能耦合燃煤机组的应用策略研究

  目的  随着新能源电力消费比例不断提高,燃煤机组耦合双储能技术的能源系统发展受到广泛关注。  方法  文章基于能源系统组成、储能技术特性、项目示范情况以及技术瓶颈等方面的分析,针对风电、光伏嵌入下双储能技术耦合燃煤机组参与电力系统调峰应用开展了运行控制策略研究。  结果  双储能技术耦合燃煤机组可通过不同的结构组成、运行策略优化有效解决新能源系统运行稳定性、能源高效利用以及技术经济性等问题,但目前尚未到实现大规模商业化应用阶段。  结论  双储能耦合燃煤机组在新能源系统中的推广应用,需要对双储能技术的策略优化及储能技术本身的发展突破方面不断开展工作。