综合能源系统潮流及最优潮流计算模型与方法综述

综合能源系统（IES）对促进能源互补利用、提高综合能源利用率具有重要意义,多能流潮流分析关乎IES的规划、运行和控制。本文探究了IES潮流及最优潮流的研究现状,从计算模型和方法2个方面展开综述。介绍IES的发展、结构、多能流计算模型,分别概括和总结IES潮流及最优潮流的问题和求解方法,综合全文,指出当前IES多能流计算的不足及今后的研究趋势和展望。结果表明:目前缺乏对于电-热-气IES的多能流建模与算法的深入探究,较少涉及准稳态及暂态模型,未充分考虑多种能源的互动;能源集线器虽然能够统一描述耦合环节,但应根据实际情况深化耦合环节的建模方法;IES配置多元储能装置能够进一步提高能效率,便于灵活调用能源,但目前的模型很少计及储能装置;现有潮流及最优潮流的算法不够丰富,较少涉及多目标最优潮流,其安全可靠评估体系有待进一步完善。     

电-热综合能源系统概率潮流计算

电-热综合能源系统中风电及负荷的随机性给系统的安全运行带来了巨大的挑战。为准确获得输出变量的概率特性,提出了一种基于半不变量法的电-热综合能源系统概率潮流计算方法。首先,采用截断通用分布模型和有界正态分布分别拟合风电出力和负荷的随机波动曲线。其次,针对电-热综合能源系统中的随机性问题,提出广义半不变量法用以求解输出变量的概率特性。最后,在巴厘岛电-热综合能源系统中验证了所提方法的有效性和快速性。     

基于解析法的电-热互联综合能源系统概率潮流计算

综合能源系统包含了大量的不确定因素,因此需要考虑综合能源系统在不确定环境下的运行状态。文中基于解析法和近似法,提出一种辐射状供热网络概率潮流快速计算方法。首先通过正态分布函数的数字特征得到管道流量的均值与方差,然后利用连续型随机变量的性质得到了节点温度的均值与方差,当求得热电联产机组热出力概率分布后可得机组电出力概率分布,最后求得电网各状态变量的概率分布。文中方法不需要迭代即可计算出稳态潮流与概率潮流,且不存在收敛性问题。该方法能在保证计算精度的同时,极大地提高计算速度,可为综合能源系统的不确定性分析和风险评估提供参考。     

计及天然气管道泄漏的电-气综合能源系统潮流计算方法

针对天然气管道泄漏运行的实际情况,提出了一种计及天然气管道泄漏的电-气综合能源潮流计算方法。首先,建立了计及管道泄漏和改进微型燃气轮机模型的天然气网络模型;然后,采取牛顿拉夫逊法求解天然气网络潮流,并利用燃气轮机的耦合关系交替迭代求解电网潮流;最后以IEEE30节点和比利时20节点为例,计算耦合系统正常运行、管道泄漏及管道完全故障3种状态下的潮流计算结果并进行比较分析。     

电力-天然气区域综合能源系统多能流计算及静态稳定性分析

冷、热、电负荷的急剧增长为区域综合能源系统的稳定运行带来挑战,为此提出构建含有能源集线器的电-气联合系统模型。首先根据电网的静态电压稳定指标的思想,提出气网的静态气压稳定指标概念,分析负荷变化对区域综合能源系统中子系统的影响;继而利用分解求解法进行多能流计算,并根据子系统的指标曲线确定薄弱子系统。结果表明,系统负荷与所提出的指标呈正相关,且所提指标可用于确定区域综合能源系统的薄弱子系统,为系统的静态稳定分析提供帮助。     

计及相关性的电-气互联区域综合能源系统概率多能流计算

可再生能源的规模化接入增加了电-气互联区域综合能源系统中的不确定性,同时随着电力系统和天然气系统耦合程度的加深,耦合环节负荷的波动对整个电-气互联区域综合能源系统能流产生的影响日趋显著。首先,建立基于能源集线器模型的电-气互联区域综合能源系统稳态多能流计算模型;在此基础上,考虑可再生能源出力、电力系统负荷、天然气系统负荷和耦合环节负荷的波动性,并计及电力系统负荷和天然气系统负荷间的相关性,提出电-气互联区域综合能源系统中输出状态变量半不变量的计算方法;最后使用Cornish-Fisher级数展开法来拟合输出状态变量,得到输出状态变量的概率分布。在修改后的IEEE 33节点配电网络与天然气11节点网络耦合而成的电-气互联区域综合能源系统上进行算例分析,验证了所提方法的有效性、快速性和实用性,同时分析了耦合环节负荷不同波动水平和电力系统负荷与天然气系统负荷间相关性水平对概率多能流计算结果的影响。     

综合能源系统电-气-冷-热互济协调规划模型研究

传统能源系统往往单独进行运行分析而忽略掉各能源系统之间的耦合关系,导致不同能源之间无法充分互补。综合能源系统能够整合一定区域内的多种能源以保证满足多元化需求,同时提高能源利用效率,已成为支撑能源转型的重要技术。首先介绍综合能源系统中电-气-冷-热各个耦合设备的建模,并在此基础上进行综合能源系统潮流分析,进一步构建各能源协同互济的综合能源系统协调规划模型,最后结合实例验证综合能源系统的可行性与实用性。     

基于综合能源系统的最优潮流解耦算法

依据能源枢纽作为多能源系统的联系载体,建立了一个通用的优化建模框架,用于不同能源耦合系统的最优潮流研究。根据建立的优化建模框架,将综合能源系统的最优潮流问题解耦,得到一系列独立的传统最优潮流问题,从而使得问题易于求解。综合能源系统的最优潮流问题是一个大规模的非线性问题,将多主体进化算法应用于求解中,从而保证能够得到的全局最优解,适用于大型的复杂的多能源系统。通过包含有多个能源枢纽的综合能源系统的仿真分析,验证了该模型的有效性。     

考虑天然气系统初值优化的综合能源系统改进多能流计算方法

多能流计算是综合能源系统规划和运行等工作的重要基础,目前基于牛顿-拉夫逊法的多能流求解算法对初值依赖性较强,且天然气系统的初值给定缺少有效方法。首先,在天然气系统稳态能流模型基础上,基于分段线性化方法构建了天然气管道流量方程的线性化模型;在此基础上,建立了天然气系统初值优化模型以获得优良的初值,模型中采用线性化后的管道流量方程以简化模型复杂度;最后,结合传统的牛顿-拉夫逊法,提出了考虑天然气系统初值优化的综合能源系统改进多能流计算方法及计算流程。在2个规模不同的综合能源系统上进行算例测试,仿真结果验证了所提方法能有效改善算法的收敛性和收敛速度,对于规模较大的系统效果更为显著。     

电-热互联综合能源系统潮流计算的数值方法

现有热网潮流计算方法均通过解非线性方程组来获取各状态变量,进而可得网络热损耗,且通常在潮流计算前无法得知网络损耗。文章严格推导出辐射型供热网络总损耗公式,可在潮流计算前求得总供热损耗,进而得到各管道流量与节点温度,通过电-热耦合组件可获得电网潮流结果。测试算例由23节点热力网以及33节点配电网组成,仿真结果表明,所提电-热互联综合能源系统潮流计算模型在获得较快计算速度的同时可保证较高计算精度。     

综合能源系统多能流准稳态分析与计算

多能流计算及互动分析是综合能源系统的重要基础,分析多能流交互机制,建立由电、气、热网和耦合元件组成的综合能源系统模型,提出针对多能流计算的分解法和统一法的求解框架和求解方法。针对目前基于牛顿法的多能流算法对初值较为敏感的不足,提出基于自适应步长因子的改进统一法,对比分析3种算法的准确性、收敛性和收敛时间。考虑扰动后的过渡过程和网络间的多时间尺度特性,将综合能源系统交互过程划分为4个准稳态阶段,分析基于准稳态多能流的交互作用。最后,基于一个双向耦合的综合能源系统,以电网支路开断为例对系统进行分析,验证了所提算法和准稳态分析的有效性。     

计及异质气体混合的电–气–热综合能源系统能量流计算方法

随着环境污染与化石能源枯竭的问题凸显,电-气-热多能互补的综合能源系统(integrated energy systems,IES)成为了研究热点.针对IES能量流计算中数学模型详细性问题以及未来电制气(power-to-gas,P2G)广泛应用带来的异质气体注入问题,构建了能反映不同气体成分下P2G效率与不同温度条件...     

基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法

由于区域综合能源系统中存在电、热等难以耦合分析的多种能源潮流,提出基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法。首先,利用时间序列分析该系统的调频特性,获取该系统的运行频率,并构建区域综合能源系统稳态网络模型。然后,分别计算电力系统与热力系统潮流,并通过电热耦合分析,得到该系统多能潮流计算结果。最后经实验验证：该方法可以精确计算热力系统中不同管道的供热温度与回热温度,还能够计算得出电力系统运行时的电压、有功功率与无功功率,实现较为全面的多能潮流计算。     

综合能源系统能流计算方法述评与展望

能流计算是综合能源系统分析与优化工作的重要基础。由于广泛涉及电/气/热/冷等多种能源形式耦合,综合能源系统能流计算面临诸多挑战。文中从确定性能流计算和不确定性能流计算2个角度系统性地归纳总结了现有研究成果,对其基础理论、数学模型及求解方法等进行全面评述并分析对比了其优缺点。其中,确定性能流计算旨在根据已知信息求解系统在某一确定工况下的运行状态,并从稳态计算和动态计算2个方面进行论述;不确定性能流计算以确定性能流计算为基础,旨在基于不确定因素的影响获取系统状态量的分布特征,并从概率能流、区间能流和模糊能流3个方面进行论述。最后,结合综合能源系统未来发展要求对能流计算的研究方向进行了展望。     

基于统一潮流灵敏度的电-气-热综合能源系统安全控制策略

为提升对太阳能等可再生能源的利用能力,并解决边远地区或小型系统的稳定供电问题,独立光储直流微网的稳定运行控制受到了研究者的关注。针对光储直流微网各元件的底层控制方面,提出了光伏MPPT和CV模式的统一控制方法。为保证光储直流微网在不同光照和储能电量条件下的稳定运行,将光储直流微网的工作模式分为三种,分别对应于光伏和蓄电池的不同元件底层控制方式。对于微网的控制方式,考虑分散控制策略,并在此基础上提出了一种以蓄电池为中心、带单向通信的分布式控制策略,在不同策略下对微网工作模式的切换方式进行了设计。最后,仿真与实验结果表明所提的微网工作模式及其切换方式能够正常工作,所提出的分布式控制策略相比于分散控制策略改善了控制性能,保证了经济性,满足系统可靠性要求。     

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。     

多能协同综合能源系统示范工程现状与展望

综合能源系统集成了供电、供热和供气等系统,充分发掘了各个能源系统的潜力,成为当今能源系统发展的主要方向。总结了国内外综合能源系统示范工程的现状,分析了国内外示范工程的实践经验。国外的成功案例表明,政策支持是发展综合能源系统的基础,多能协调控制是实现能源协同互补的关键技术,有利于能源的高效利用与可再生能源的大规模消纳。进一步通过国内外示范工程在政策及技术等方面的对比,结合我国目前的能源现状,给出了我国发展综合能源系统的建议。     

基于双向耦合的综合能源系统电热联合潮流计算

本文针对综合能源系统电热联合潮流计算问题,首先基于电热双向耦合建立了含有2个热电联产机组(CHP)耦合节点的电热双向耦合潮流模型;然后分析了电锅炉的耦合状态和系统负荷变化对系统潮流的影响;最后基于牛顿拉夫逊顺序求解算法,选取某一区域综合能源系统进行算例分析,利用MATLAB软件求解出电热混合潮流.结果 表明:电热双向耦...