考虑不确定性的综合能源系统博弈规划

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,当前综合能源系统的规划方法仍无法保证各厂商的利益最优,因此论文提出了基于非合作博弈论的电-气系统的协同规划方法。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IEEE 39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应用价值。     

考虑风电不确定性的电气能源系统两阶段分布鲁棒协同调度

燃气轮机、电转气装置的应用加深了电气能源系统间的耦合关系,为消纳风电提供了新途径。同时,传统的随机规划和鲁棒优化算法在处理风电出力不确定性时均存在一定的局限和不足。基于此,将分布鲁棒优化方法应用到电气能源系统的经济调度问题中,建立了以燃气轮机、电转气装置为耦合元件的两阶段调度模型。模型的第一阶段以综合系统总成本为目标函数,同时融合了风电预测场景信息,制定出包含机组启停计划、机组计划出力值、天然气计划供气量的日前鲁棒调度方案。基于日前调度计划,模型的第二阶段(实时运行层面)通过机组出力调整、天然气供气量调整以应对风电的不确定性,并综合1-范数和∞-范数同时约束不确定性概率分布置信集合。整体两阶段分布鲁棒协同调度模型采用列与约束生成(CCG)算法进行求解。最后,通过算例验证了分布式鲁棒优化算法的有效性。     

考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型

目前,弃风现象仍是制约风电发展的主要因素,且风电具有较强的不确定性,而传统随机规划和鲁棒优化方法均不同程度上存在片面、保守和经济性问题,基于此,该文提出了考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型。首先,搭建以热电联产机组和电锅炉为耦合单元,以常规机组发电成本、热电联产机组发电成本和弃风成本为综合优化目标,电功率平衡、热功率平衡、最小开停机等为约束条件的确定性热电协调优化调度模型;其次,以调度系统可用的风电出力历史数据为基础,构建数据驱动下的分布鲁棒两阶段优化调度模型,模型第一阶段目标中不仅考虑了机组开停机成本,还融合风电预测场景信息,制定出更具经济性的日前调度计划,第二阶段综合考虑1-范数和∞-范数约束不确定性概率分布置信集合,寻找到最恶劣概率分布下的模型最优解,并采用列与约束生成(column-and-constraint generation,CCG)算法进行求解。最后,采用IEEE39节点算例验证了模型对风电消纳的提升效果和分布鲁棒模型的有效性。     

含风电电力系统的多场景鲁棒调度方法

提出风电多场景的鲁棒备用调度模式和鲁棒经济调度模式,并建立一种综合体现两种调度模式的鲁棒调度方法,旨在降低风电出力不确定性对电力系统安全经济运行的影响。该方法描述了常规机组的鲁棒运行轨迹以适应所有的风电场景,并保证系统在不同场景下运行的安全性,同时引入最小最大化的鲁棒优化思想,建立常规水、火机组出力与备用协调的两阶段优化模型。针对多场景模型的复杂性,采用极端场景法对模型的约束条件进行合理削减,并基于Benders分解思想构建算法的整体框架和流程。最后基于改进的IEEE 24节点系统分析了所建模型的鲁棒性、经济性和安全性,验证了所提出方法的正确性与有效性。     

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

该文采用鲁棒区间法挖掘电-热综合能源系统协调运行的潜力,以缓解风电功率的不确定性对电力系统的运行稳定性的影响,并构建风力发电与氢储能系统相结合的风-氢混合系统,考虑氢储能系统的热平衡需求,以充分发挥氢储能系统的储能效率,平抑风电的波动性。首先,介绍了考虑氢储能系统接入的电-热综合能源系统结构,并构建其数学模型;然后,以区间形式考虑风电的不确定性,构建含风电的鲁棒区间优化调度模型,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足允许约束条件;再次,建立一种含风-氢混合系统的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型转化为单层模型进行求解,最坏情况下的风电不平衡功率由可调机组根据时变参与因子进行调整;最后,以PJM-5节点电力系统与6节点热力系统和辽宁省北部太和综合能源系统为例对所提模型进行分析,验证了模型的有效性。     

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。     

计及风电出力随机特性的电-气综合能源系统随机优化

不断成熟的电转气 （power to gas, P2G） 技术和燃气机组为电力系统和天然气系统的双向耦合和闭环运行, 进而形成电-气综合能源系统 （integrated electricity-gas energy system, IEGES） 奠定了基础。IEGES的发展有助于提升电力系统和天然气系统运行的灵活性, 并为消纳风电等间歇性可再生能源发电提供新途径。在此背景下, 研究了含P2G装置和燃气机组的IEGES的随机优化策略。首先, 构建了计及风电出力随机特性的IEGES随机优化模型, 以运行成本最小化为优化目标, 并考虑了电力系统和计及管存影响的天然气系统的相关运行约束。其中, 利用快速搜索密度聚类算法对历史风速数据进行场景聚类, 以处理风电出力的随机特性。然后, 采用AMPL/IPOPT商业求解器求解所建立的随机优化模型。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IEGES为例, 对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明。     

考虑多重不确定性的电–气–交通网络耦合系统数据驱动鲁棒优化调度

电力、天然气、交通等不同能量流网络的深度耦合和良性互动,对多元化综合能源系统的协同优化运行提出了极大挑战。针对电–气–交通网络耦合系统中的多重不确定性因素,提出综合考虑交通流量、风电出力及燃气机组耗气不确定性的数据驱动鲁棒协同优化调度模型。首先,依据Wardrop用户均衡准则获取交通网络的最优流量分配,并根据网络耦合约束将交通、气网络的不确定性转化到配电网统一考虑;其次,结合风电出力和交通流量的历史数据构造高维源、荷不确定量的模糊集表征其概率分布特性;然后,以基准预测场景下日前运行成本和不确定量最劣场景分布下实时调整成本最小为目标,建立基于数据驱动的两阶段鲁棒经济调度模型,在主、子问题协同求解框架下采用列约束生成方法进行求解。最后,通过算例验证了所提模型及求解方法的有效性。     

计及电转气耦合的电-气互联系统机组组合线性模型研究

针对电-气互联系统,考虑电转气技术和燃气轮机的双向耦合,研究其机组组合问题。以全系统综合运行成本最低为目标,考虑电力系统和天然气系统多种安全约束,建立电-气互联系统机组组合模型,并对其进行线性化得到线性模型。选取某6节点电力系统与10节点天然气系统耦合的电-气互联系统为例,分别计算非线性模型与线性化模型并比较其求解效率。同时分析了计及电转气和不计及电转气两种场景下系统运行成本和运行状态。仿真结果表明线性模型提高了电-气互联系统机组组合求解效率,电转气的应用也有助于提高电-气混联系统的经济性。     

基于风电出力模糊集的电-气耦合系统分布鲁棒优化调度

随着可再生能源装机容量不断扩展及综合能源系统研究的持续推进,燃气轮机作为耦合元件加深了电力系统和天然气系统的相互融合,为可再生能源消纳提供了新的途径。针对随机规划方法、区间优化及鲁棒优化算法处理风电出力不确定性的不足,文中提出一种基于风电预测误差模糊集的分布鲁棒优化方法求解电力-天然气耦合系统的协同调度决策。首先,利用主成分分析法提取高维预测误差向量蕴含的时空尺度关联特性,并引入一系列矩函数描述预测误差的分布信息以构建相应的模糊集。然后,建立两阶段分布鲁棒优化经济调度模型,第1阶段制定日前机组开停机计划、调度出力及备用方案;第2阶段辨识最劣风电场景分布以保证第1阶段调度决策的有效性。结合线性决策规则和对偶理论将该半无限优化问题转化为有限维优化问题进行求解。最后,通过算例验证了所提模型及求解方法的有效性。     

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。     

基于场景分析的含P2G装置电气能源系统协同优化

目前,弃风现象严重抑制了风电的应用和发展,而电转气(power to gas,P2G)技术有望通过将电能转化为天然气,从而促进风电的消纳利用.此外,由于风电出力具有不确定性,会影响电气能源系统的优化调度结果,因此,文章提出了基于场景分析的含P2 G装置电气能源系统的协同优化模型.首先,构建了含P2 G装置的电气互联能源...     

基于热网-电网综合潮流的用户侧微型能源站及接入网络优化规划

提出一种考虑热网-电网综合潮流的用户侧综合能源系统的规划方法。考虑经济、节能、环保等因素,建立含风机、光伏、储能、微型燃气轮机及燃气锅炉的微型能源站二层规划模型。上层规划目标函数为年费用最小,优化变量为微型能源站安装位置、容量及接入网络;下层规划考虑储能与微型燃气轮机的优化调度,规划目标包含一次能源节约率、可控分布式能源运行费及网损费用。基于热电耦合,提出热网-电网综合潮流计算方法与流程。采用改进遗传算法和粒子群优化算法对模型进行求解。某用户侧综合能源系统算例验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑风电极限场景的输电网鲁棒扩展规划

随着风电并网渗透率的快速增长,系统的随机性和波动性显著增强。针对大规模风电并网给输电网规划带来的影响,文中以线路投资成本与运行成本之和最小为优化目标,构建了考虑风电接入的输电网扩展规划模型,并引入辅助松弛变量将模型转化为线性混合整数规划问题。在此基础上,提出了风电极限场景的物理概念,并构建了基于风电极限场景的两阶段输电网鲁棒规划方法,第一阶段为在线路投资扩展约束下决策输电线路的投建状态,以保证第二阶段的运行调节变量可以适应风电的随机波动。针对鲁棒规划模型的特点,采用基于Benders分解的两阶段算法进行求解以获得最优鲁棒规划方案。最后,通过Garver 6系统与IEEE RTS 79系统进行算例分析,验证了所提模型的有效性与可行性。     

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     

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。     

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。     

电力及天然气系统中的产消者能量-备用协同优化

为解决产消者在配电网实际优化中存在的灵活性不确定的问题。提出鲁棒虚拟电池模型描述产消者灵活性,并将管理完善的产消者应用于电力天然气系统,提出多种备用资源在分布式多能源系统中的能量-备用协同优化模型。考虑到发电机组提供的备用容量很难满足大规模风电接入和事故导致的调度需求,设计了包含发电机组、储能设备、可中断负荷、产消者的备用计划,并考虑了预测误差和事故情况下备用容量传输能力的限制条件。为保护不同能源系统隐私性,采用改进的分布式交替方向乘子法求解。最后设计24节点电力系统和6节点天然气系统验证所提模型的可行性,尤其验证了高渗透率的产消者能有效提升系统经济性。     

计及中长期合同电量分解和风电不确定性的电-气综合能源系统日前优化调度

将中长期合同电量分解模型引入电-气综合能源系统日前调度决策过程中,实现了合同电量分解和调度计划制定的嵌套优化。针对合同电量分解结果可能在实际调度计划中不可执行的情况,提出了一种基于拉格朗日乘子的机组日分解电量越限因素定位方法,并通过中长期合同电量分解模型与日前调度模型的协调迭代消除越限电量,保证了中长期交易的有效性。此外,在模型中考虑了天然气网络约束和风电随机性对中长期交易计划的影响,并利用机会约束规划理论构建含风电不确定性的优化调度随机模型。基于风电等效随机输出样本矩阵和随机模拟技术实现机会约束向确定性表达式转化。通过仿真算例验证了所提方法的有效性。