含电转气及储能的综合能源系统多目标优化调度

为满足综合能源系统的多种能量管理及优化调度,构建了含电转气及储能的综合能源系统混合潮流优化调度算法.基于能源集线器理论,建立了含能量转换设备和能量储存设备在内的能量中心数学模型.在计及电力系统、天然气系统和耦合环节的相关约束后,以运行经济成本和污染气体排放量最小为目标,通过混合潮流优化调度方法得出多种方案;再利用模糊决策确定出最终调度方案.确定的调度方案可兼顾安全性、经济性、环保性等多种约束,保证综合能源系统的稳定运行.仿真结果表明,所提算法可以为综合能源系统和能量中心提供多维度的调度方案,引入电转气和储能装置后能有效减少综合能源系统运行的经济成本和污染气体排放量及在含电转气设备时应计及电转气运行成本对调度的影响.     

考虑随机性的区域综合能源系统多目标日前优化调度方法

为了满足终端用户对电力、天然气以及热能等多类型用能需求,实现对区域范围内的配电系统、配气系统以及能量中心（energy center, EC）系统的多维度优化调度和能量管理,同时考虑新能源发电设备以及负荷等不确定性因素带来的影响,该文提出了一种考虑随机性的区域综合能源系统（integrated community energy system, ICES）多目标日前优化调度方法。首先,构建了ICES中配电系统、配气系统以及EC系统的数学模型;随后,基于机会约束法构建了多目标随机优化数学模型,以最小化运行成本和温室气体及污染气体排放量为目标函数,采用NSGA-II优化算法对多目标随机优化问题进行求解;最后,针对一个典型的ICES进行考虑随机性的多目标日前优化调度分析。结果表明所提方法能够为系统调度员提供一系列可选方案,优化结果合理反映了随机性条件下ICES的运行特性,能够满足多种能源系统的潮流约束,实现了ICES在随机性条件下的经济环保运行。     

考虑配电网重构的区域综合能源系统最优混合潮流计算

随着热电联产系统、中央空调及燃气锅炉等单元的广泛使用,区域综合能源系统(ICES)中电力、天然气和热力系统的耦合和联系日益紧密。从“源—网—荷”全环节出发,提出了融合配电网重构的ICES最优混合潮流算法来对ICES进行优化调度。首先,基于能源集线器理论,构建了ICES中能量中心(EC)的数学模型。然后,考虑ICES中三相不平衡配电系统、燃气管网及EC的相关约束,以运行成本最小为目标,提出了融合配电网重构能力的ICES最优混合潮流模型及求解方法。最后,利用典型ICES算例系统测试结果表明,所述方法通过将配电网可重构网络拓扑这一灵活可控元素作为控制变量有效集成到ICES“源—网—荷”最优混合潮流算法中,进一步降低了ICES的运行成本。     

区域综合能源系统的多目标最优潮流算法研究

为了解决多能耦合潮流计算复杂度高、工程应用可操作性差的不足,提出了一种计算速度快、可操作性强、可有效应用于工程实践的多目标最优潮流计算方法。该方法分2步完成最优潮流计算:第一步,基于经济、环保、安全可靠、清洁等指标构建了全面的多目标优化函数,并结合序列二次规划法(SQP)与粒子群算法(PSO)构建PSO-SQP双层优化方法,计算得到多能互补系统的优化调度方案;第二步,依据第一步调度方案中各能源设备的运行工况,结合网络结构,自适应选择潮流计算方法,计算各设备出力及各网络能量流分布。最后,将所提方法应用于某园区综合能源系统的潮流计算中,证明了该算法的有效性和实用性。     

面向区域综合能源系统的分布式优化调度方法

为保障区域综合能源系统(integrated community energy system, ICES)中多元能源主体的信息安全与涉密隐私,满足终端用户电/热等多维度用能需求,提出了一种面向ICES的分布式优化调度方法。首先,分别对ICES中配电系统、配气系统及耦合系统进行建模,并采用合适的数学方法对模型进行线性化处理;其次,以系统运行成本最小化为目标,通过引入共识变量实现对ICES优化调度问题解耦,并给出适用于ICES多元能源主体接入的分布式优化调度算法;最后,采用一个典型的ICES算例对所提方法进行验证。结果表明,基于文章所提方法得到的优化调度方案与采用集中式优化调度方法所得方案一致,能够在满足不同能源系统的运行约束,实现ICES经济最优运行的同时,保障ICES中多元能源主体的信息安全与涉密隐私。     

孤立综合能源系统的净零碳日前优化调度方法

在当前“碳达峰,碳中和”战略目标下,针对孤立能源系统的能源自给及低碳化需求,本文提出一种孤立综合能源系统的净零碳日前优化调度方法。该方法首先基于物质的量守恒和能量平衡原理,分析异质能量的转换和碳元素流转过程,并以氢能和碳为中心,提出面向孤立综合能源系统的净零碳运行机制;然后以孤立能源系统的日成本最优为目标,考虑净零碳运行机制、电力系统运行约束和天然气系统运行约束,建立了孤立综合能源系统的日前优化调度模型,并将该模型转化为混合整数线性规划问题;最后以IEEE 39-NGS20电-气互联系统作为测试系统进行仿真分析,仿真结果表明,本文所提方法可以实现综合能源系统的100%自给和净零碳运行,并明显提升孤立综合能源系统日前调度的经济性。     

综合能源微网系统的滚动优化经济调度

提出了不确定实时运行环境下综合能源微网系统的最优经济调度模型。考虑模型中涉及可再生能源机组出力、需求侧负荷及实时电价等随机因素,采用滚动优化方式平抑其影响,以最大限度地提高能源利用率。进一步针对微网热电联供的特点,以微燃机作为热电耦合单元,建立同时满足网络潮流约束与热平衡约束的综合能源微网最优潮流模型。针对模型的混合整数与非线性特征,采用含自适应变化惯性权重的改进粒子群优化算法进行求解,并以启发式规则约束热电耦合单元进化方向。以改造后的IEEE 37节点配电系统为例,验证了微网滚动优化调度模型与相应求解方法的有效性。     

计及管网选型与潮流约束的区域综合能源系统分期协同规划

区域综合能源系统作为能源互联网的重要物理载体,对提高区域综合能效、保障用能安全以及实现可再生能源大幅消纳具有重要意义。该文建立一种考虑管网选型与分期规划的区域综合能源系统最优配置模型。首先,以项目周期为优化时间尺度,计及各类设备的寿命差异,对连续和离散设备以及热电管网的选型与替换约束分别进行建模;然后,基于线性化技术与凸优化理论,推导建立含节点电压、支路潮流以及有/无功损耗的线性潮流模型,并引入热网运行约束,形成以节点为单元的冷热电能量平衡方程;最后,考虑通货膨胀、名义利率等因素的影响,构建以经济性最优为目标计及投资成本、运行成本以及残值收入的目标函数。采用混合整数线性规划技术对该文模型进行求解。4种场景的结果对比表明,考虑设备替换的分期规划相比单阶段规划能够更合理地配置设备的投运与退出计划,确保方案的整体最优性。同时,将多个能源系统协同规划、联合运行,不仅可以减少冗余设备的安装容量,提高设备利用率,而且能够为区域用能安全以及综合能效提升提供重要支撑。     

基于二层规划的能源互联微电网能量优化调度方法

针对能源互联微电网能量优化调度问题,采用二层规划理论进行建模。以能量枢纽转化矩阵为上层决策变量,以系统综合运行成本最小为目标函数,构建上层模型;以电能子网、热能子网、气能子网以及交通子网的优化运行计划为下层决策者,以能源子网运行经济性指标为目标,计及各能源子网运行的必要约束,构建下层模型。分析得到模型的广义Nash均衡和Stackelberg-Nash均衡,采用反向学习机制改进帝国竞争算法,并采用改进的帝国竞争算法对所建立的模型设计求解流程。最后,算例分析表明,所建立的模型适用于多能互补协调的能源互联微电网能量优化调度问题,能充分发挥系统运行的经济性。     

综合能源系统混合时间尺度多目标强化学习低碳经济调度EI北大核心CSCD

为解决综合能源系统中多时间尺度异质能源难以协调优化调度问题和响应“双碳”目标号召,该文提出了一种综合能源系统混合时间尺度多目标强化学习低碳经济调度方法。首先,将异质能源子系统的差异化调度时间尺度同步协调为混合时间尺度,建立综合考虑经济性、碳排放和[火用]效率的多目标优化调度模型;然后针对该调度模型,通过融合混合时间尺度设计动作空间、基于状态特性划分状态空间和采用TOPSIS法构造多目标奖励函数,构建一种新型混合时间尺度多目标强化学习方法;并结合近端策略优化算法实现了基于混合时间尺度实时反馈的在线优化调度决策。算例仿真表明,所提方法具有可行性和优越性。     

考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化

工业园区是典型的复杂能源系统,通过利用多能源之间的耦合机制,实现多能互补,可显著提升其经济效益与能源利用率。为此,文中针对工业园区提出了一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化模型。首先,介绍工厂综合能源系统架构,再对综合能源系统中的能量生产设备、能量转换设备以及能量存储设备进行独立建模。基于此,以日运行费用最低为优化目标,在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下,采用混合整数线性规划法对模型进行求解。所提模型遵循"品位对口,梯级利用"的科学用能思想,按热品位高低进行能量梯级利用,实现工业生产流程与设备运行参数的综合优化。算例分析表明,所提的优化调度策略更契合工程的实际需求,可降低工业用户的运行费用。     

基于模型预测控制的微电网多时间尺度协调优化调度

微电网多时间尺度优化调度是消纳间歇性分布式能源的有效技术手段,针对传统基于潮流断面信息的多时间尺度优化方案易出现机组调节响应不及时、计划跟踪误差较大等问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的多时间尺度协调调度方法。在日前调度阶段,综合考虑电价峰谷差、储能寿命及可再生能源随机性,建立了以系统运行成本最低为优化目标的最优经济调度模型。在日内调度阶段,为应对可再生能源日前预测误差带来的联络线功率波动,同时为确保储能满足日运行能量平衡约束,提出了一种基于MPC的日内滚动优化校正策略。采用有限时间窗内的滚动优化调度代替传统单断面优化调度,提前感知未来一段时间内的可再生能源出力及联络线计划的变化从而对机组出力进行调整,同时结合时域滚动和系统实时状态的反馈校正,更大限度地消除了微电网中不确定性因素的影响,确保了日前计划的合理性及系统运行的稳定性。以某示范微电网为例,通过算例分析验证了所提模型及算法的有效性。     

基于IFWA-SFLA算法的区域综合能源系统两级优化调度

为发挥区域综合能源系统的优势,制定合理有效的优化调度策略至关重要.构建针对区域综合能源系统的日前-日内两级优化调度模型,日前调度为一个运行周期内的经济调度.基于日前调度方案,提出考虑可再生能源和负荷波动的调整模型.为适应上述模型高维非线性的特点,提出一种基于Levy变异的改进烟花-混合蛙跳算法,对模型进行求解.仿真结果表明,两级优化调度模型可以提高经济效益和能源利用率,平抑负荷波动.仿真结果验证了所提算法的可行性.     

基于改进两阶段鲁棒优化的区域综合能源系统经济调度

针对光伏出力及负荷的不确定性对系统日前经济调度和实时运行的影响,提出了一种以期望场景下最优,任意场景下可行的改进两阶段鲁棒优化方法,解决经典两阶段鲁棒优化存在的保守性问题。建立一种考虑可再生能源和负荷波动的区域综合能源系统改进两阶段鲁棒优化经济调度模型,通过列约束生成算法将目标函数分解为主问题和子问题进行反复迭代求解。模型第一阶段(主问题)以日前经济调度成本为目标函数,制定出包含系统设备出力、天然气供气计划的日前调度方案。在此基础上,第二阶段(子问题)以实时运行下调整成本为目标函数,通过调整设备出力应对系统中不确定波动。最后,以冬季某区域综合能源系统进行算例仿真,验证模型的有效性。#$NL关键词：区域综合能源系统;不确定性;改进鲁棒优化;经济调度     

基于柔性直流互联的多微网集成聚合运行优化及分析

为解决多微网集成聚合控制与运行管理问题,提出一种多微网柔性直流互联方案及多目标优化调度方法。首先介绍了多微网柔性直流互联结构和电压源型变流器(VSC)模型。然后,以微网中电压波动最小和系统网损最小为优化目标,综合考虑交流系统、直流系统和VSC的运行约束,提出了基于柔性直流互联多微网的多目标优化模型。最后,采用改进非劣排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)和交直流混合潮流算法对多目标优化模型进行求解,得到帕累托(Pareto)最优解集,针对Pareto最优解集中解的数量大的问题,提出采用模糊聚类法对Pareto最优解集进行筛选,得到最终优化调度方案。对算例进行了仿真分析,结果表明所提模型和算法能够有效抑制微网电压的波动,进而提高可再生能源的渗透率,同时保证系统的经济运行。     

交互能源机制下多区域综合能源系统能源共享协同调度

能源共享需求下多区域综合能源系统存在集中调度决策变量多、约束复杂、区域主体信息隐私难以保护,以及传统分布式算法收敛不光滑、收敛速度慢等问题。为此,设计了交互能源机制下地区系统运营商进行多区域能源管理的框架,建立了考虑新能源不确定性的能源共享日前调度随机优化模型,并构建了基于绝对值函数线性化的代理增广拉格朗日松弛算法进行求解。基于所提模型和算法,地区系统运营商根据各区域提交的初始供求信息制定区域间的交易价格,各区域以运行成本、碳排放成本、弃光成本最小为目标优化设备出力和能源交互量,并进行迭代出清。算例结果表明所提模型能够有效提升区域运行效益,提高新能源消纳,且所提算法较常用分布式算法在求解速度和求解质量方面更具优越性。     

考虑柔性交流输电系统设备控制的校正型安全约束最优潮流

为提升安全约束最优潮流调度的经济性与安全性,提出一种基于直流潮流的考虑柔性交流输电系统(FACTS)设备控制的校正型安全约束最优潮流模型。在线路故障发生后,通过FACTS设备校正措施,将线路潮流控制在其容许范围内。由于所提模型为大规模的非凸、非线性优化问题,难以直接求解,因此先采用大M法,将原非线性优化模型转换为混合整数线性规化模型,并采用Benders分解算法将转换后的模型分解为基态最优潮流主问题与N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性规划子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点系统与IEEE RTS-79节点系统算例验证了所提模型与算法的有效性。结果表明,考虑FACTS设备校正控制的安全约束最优潮流能有效提升调度运行的经济性。     

考虑供热系统精细化建模的区域综合能源系统多目标优化调度

双碳目标背景下,新能源并网需求的大量增加对区域综合能源系统灵活运行能力提出了新的要求。为了有效挖掘系统灵活性资源开发潜力,该文基于热网及热负荷精细化模型,提出一种计及多能灵活性的区域综合能源系统日前多目标优化运行策略。首先,建立供热管网传输模型以及建筑储能特性模型,精细化刻画热能传输动态过程;其次,建立多能灵活性资源模型,定量分析制定调度计划时的热电机组可调节容量;随后,建立考虑多能潮流的区域综合能源系统模型,并提出一种以系统灵活性不足率及综合运行成本为目标函数的日前调度策略。算例结果表明,该文所提的多能灵活性资源模型以及多目标优化调度策略可有效降低系统综合运行成本、提升系统可再生能源消纳率,缓解了系统用能高峰期供能压力。     

基于能源集线器的区域综合能源系统分层优化调度

针对时变电价且运行方法灵活的中小型区域综合能源系统,提出一种基于能源集线器的分层优化模型。研究区域综合能源系统耦合关系和热电比可调机理,建立能源集线器扩展模型。计及包括用能替代的综合需求侧响应,以综合用能成本较低和用能能效较高为目标建立双层优化模型,采用Lagrange乘子法将下层目标KKT条件作为上层优化的可行性度量进行求解。对于具体ICES网络拓扑,考虑能量连接器的动态过程并计算混合潮流,选取电/热/气网运行状态评价指标,对多目标问题进行Pareto决策面搜索,应用模糊综合决策方法在机组分配方案中择优。算例验证了所提方法的有效性。     

基于改进粒子群算法的分布式能源系统协同优化运行研究

分布式能源系统是能源利用的未来趋势,其中协同经济优化运行是实现能量供需平衡、降低能源站成本的关键。首先从冷热电协同优化运行入手,建立了包括三联供系统、离心式冷机、空气源热泵以及风光储在内的分布式能源协同运行优化模型,然后考虑设备约束和系统约束,目标函数综合考虑运行成本和环境成本,采用改进粒子群优化算法求解。结果表明,与粒子群算法和自适应粒子群算法相比,该算法有效避免了局部最优以及后期收敛慢的问题,同时具有更好的优化效果。最后针对国内某示范园区分布式能源系统进行优化验证,所提方法能够有效降低总成本,提高分布式能源系统经济效益,促进可再生能源充分消纳。