考虑设备变工况特性和灵活性供需匹配的园区综合能源系统优化配置模型

在综合能源系统中,建立合理有效的优化配置模型是实现系统经济运行和多能源供需平衡的关键。针对园区综合能源系统,提出一种考虑设备变工况特性和系统灵活性供需匹配的优化配置模型。考虑系统中设备能效的不确定性,建立其受多因素影响的变工况特性模型;为提升系统应对可再生能源输入及负荷需求不确定性的能力,提出灵活性供需匹配指标;以系统配置成本最优为目标、灵活性供需匹配指标为约束,建立园区综合能源系统优化配置模型。最后,以北方某园区为例进行仿真分析,结果表明在系统优化配置中考虑设备的变工况特性和灵活性供需匹配程度,可进一步提高系统配置的科学性和合理性。     

计及灵活性与可靠性的综合能源系统优化调度

高比例可再生能源不断并网使得系统的不确定性问题日益突出，对系统的供能能力和响应能力均提出了更高的要求。为满足系统高灵活性与高可靠性的需求，充分挖掘电-气-热多种能源间的耦合和互补协调的能力，提出了一种考虑运行灵活性与供能可靠性约束的综合能源系统优化调度模型，在明晰灵活性和可靠性两者概念内涵的基础上，提出了提升灵活性与可靠性的相互影响机理。据此，文中分别推导了运行灵活性与可靠性的评价指标，并定义了表征二者相互影响关系的协调指标。在此基础上，采用成本效益分析法和等响应风险方法构建了计及运行灵活性与供能可靠性协调效应的综合能源系统优化调度模型，并采用增量线性化方法对模型中的非线性项进行了处理，进而通过混合整数线性规划法直接求解。最后，以改进的电-气-热IES 24-20-16系统和电-气-热IES 118-20-16系统为例，验证了所提模型和方法的可行性。     

计及灵活性供需的多场景分布式电源双层规划

高渗透率可再生能源并网对电力系统提出了更高的灵活性要求;在可再生能源系统规划阶段计及多种灵活性资源协同优化可有效提升系统灵活性,为此,基于灵活性调节能力分析,提出计及灵活性的配电网分布式电源双层规划模型,将经济目标和灵活性目标作为优化目标,构建了多场景协调优化规划模型;考虑到风光场景集过大所带来求解效率较低的问题,在仿射传播(affinity propagation,AP)聚类算法的基础上提出一种基于AP-Kmedoids的双层场景缩减技术,并对缩减后的场景进行校验。最后通过算例采用整数自适应粒子群算法(adaptiveparticleswarm optimization,APSO)-混沌粒子群算法(chaos particle swarm optimization,CPSO)混合求解策略对双层规划模型进行仿真,结果验证了所提规划方法在提升经济性和灵活调节能力方面的有效性。     

海水淡化与电制热负荷联合消纳风电的多时间尺度调度策略

协调控制负荷侧灵活性资源消纳风电是构建新型电力系统的关键技术之一。考虑到风电预测精度随预测时间尺度缩短而提高,提出利用海水淡化、电制热等灵活性负荷消纳富余风电的多时间尺度优化调度策略。首先,分析多元协调消纳风电的电力电量平衡关系,建立海水淡化和电制热负荷的可调控支撑能力运行特性模型。其次,考虑负荷调度优势及运行边界,分析其在不同时间尺度下风电消纳调度需求的适应性,建立多时间尺度优化调度机制。在此基础上,建立日前、日内和实时优化调度模型,提出含电-水-热-储的多介质、多能源转换协调消纳风电的多时间尺度优化调度方法。最后,以中国北方某沿海城市冬季供暖期为例进行数值分析。结果表明,该方法在风电正调峰出力和反调峰出力时均表现出很强的跟随风电波动能力,能够有效提升风电利用率和运行经济性。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

考虑低碳制氢的微电网优化配置

“双碳”目标下,为减少弃风弃光量和传统制氢方法的碳排放,同时提升微电网经济性,对考虑低碳制氢的微电网优化配置进行了研究。通过对制氢过程进行建模,提高经济分析的真实性,结合微电网结构建立考虑低碳制氢的微电网模型,综合考虑微电网配置运行成本、售电/售氢收益以及低碳制氢所带来的节碳收益,建立考虑低碳制氢的微电网优化配置模型,并从系统和设备2个角度提出了衡量配置结果的评价指标。通过分析电、氢设备调度逻辑,提出了一种电氢协调调度策略,采用基于动态时间规整距离的K-means聚类和改进的粒子群优化算法求解得到系统优化配置结果。最后,通过算例仿真验证了制氢装置建模和调度策略的有效性,并分析了售氢价格对优化配置的影响。     

考虑灵活性的储能容量多阶段分布鲁棒规划

储能作为一种灵活性资源,具有促进新能源消纳和电力系统安全稳定运行的作用。然而受储能投资成本的制约,难以仅依靠大规模的储能满足系统的灵活性要求。为此,提出了一种考虑灵活性的电力系统储能容量规划模型,计及现有可调节的传统发电机组对灵活性的影响,并采用分布鲁棒机会约束描述新能源出力的不确定性;根据系统不同时间尺度的运行特性,综合考虑储能的投资成本、新能源出力的不确定性和系统运行的灵活性,建立了多时间尺度下的储能配置模型;采用多阶段迭代线性优化的方法提高求解效率。基于IEEE-RTS 24节点系统进行算例分析,结果验证了所提方法在求解储能配置容量方面具有较好的经济性和鲁棒性。     

基于VMD-Informer-BiLSTM模型的超短期光伏功率预测

由于光伏出力的波动性和随机性给电网的规划和运行带来了挑战,因此提高光伏功率预测的精度对提升新能源系统的稳定性具有重要意义。为此提出了一种结合模态分解、多维特征建模、Informer、双向长短期神经网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)的超短期光伏组合预测模型。首先通过变分模态分解将光伏功率序列分解成不同频率的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF),降低光伏功率信号的非平稳性与复杂度;随后使用离散小波变换提取天气因素中的细节分量,实现不同分解算法的优势互补,并用随机森林算法为每个IMF筛选冗余特征,然后将特征矩阵送入Informer进行建模,提取不同时间步中关键时刻的信息,提高对长时间序列的预测效率;最后为进一步提高模型预测精度,分析误差序列特性,利用BiLSTM进行误差校正。采用实际光伏数据进行算例分析,结果表明所提方法提高了超短期光伏功率预测精度。     

考虑电动汽车用户意愿的滚动优化调度

大规模电动汽车(EV)接入电网后,其无序充放电行为会给电力系统带来极坏的影响,因此对EV进行聚合分类并引导其有序充放电变得非常重要。然而,不同EV用户的需求具有明显的个性化、多样化,为了给不同EV用户提供精准的服务,需要对EV用户的意愿进行响应。首先,提出了行为倾向函数,其中包含了EV的剩余电量、未来出行距离、上一时段的充放电状态、停车时长等信息,以评价EV用户对主动参与调度的意愿;然后,根据EV用户的行为倾向对EV进行分类;最后,建立考虑配电网网损、风电与负荷的匹配度以及负荷方差的多目标优化函数对分类后的EV进行滚动调度,以确定最优调度策略。以改进的IEEE 33节点系统为算例进行仿真分析,仿真结果表明,所提优化调度方法准确响应了EV用户的多样化需求,既满足了EV的用车需求,又提高了EV充放电的整体效益,同时有效降低了配电网网损及负荷方差,提高了风电与负荷的匹配度。     

基于实测数据的电网频率信号特征分析与提取方法

随着新能源大规模接入，电力系统不同区域的转动惯量、频率特性、支撑能力发生了较大变化，提取与辨识频率特征可为电网特性认知以及进一步的惯量评估、频率控制、网络安全等分析提供基础。文中基于源-网-荷全景同步测量系统的大量实测数据，分析了频率与交流电网结构相关的分群现象，提出了基于皮尔逊相关系数的频率空间相关性辨识方法；提出了基于卷积神经网络的“频率指纹”提取方法，将电网特性在频域上进行了高纬特征提取；进一步，对北京、长治等10个城市的实测频率信号进行了测试与分析，给出了识别精度，验证了所提方法的有效性，为后续电力系统频率特性分析、惯量评估、网络攻击识别提供了基础。     

基于自适应时间尺度小波包和模糊控制的复合储能控制策略

对复合储能系统参与风电波动平抑进行了探讨和分析。首先,传统滤波方法在提取并网功率时以风电波动大的时段确定平滑程度,在不同风电波动场景整体平滑效果差异较大,提出自适应时间尺度小波包方法,能够根据风电波动情况自适应规划滤波时间尺度,同时在时间尺度内自适应确定分解层数,兼顾不同风电波动时段,提高了场景适应能力。然后,基于功率型、能量型储能出力充放电响应分界时间,用所提方法进行内部功率分配,并设计了计及复合储能荷电状态（SOC）优化和能量型、功率型储能协调控制的双目标模糊控制策略,在优化SOC的同时减小对并网功率的影响。最后,依托某风电场典型日数据在MATLAB中验证了所提方法的有效性。     

计及调频备用效益的主动配电网分层分布式协调优化调度

含高比例新能源新型电网的建设发展对调频辅助服务提出了更高的需求。针对这一问题,提出了一种计及调频备用效益的主动配电网分层分布式协调优化调度方法,在满足配电网运行经济性最优的同时,为输电网提供调频备用容量。建立分层分布式调度架构,协调调度层和集群自治层均采用分布式拓扑结构,各智能体与邻近智能体相互通信并完成个体计算任务;以灵活性特征表征分布式能源响应调频辅助服务请求的能力,构建两者集合之间映射的对应法则;建立协调优化调度模型,采用一致性算法求解得到最优功率方案和共识价格,并获得集群备用容量。通过算例仿真验证所提计及调频备用效益的协调优化调度方法的有效性,并结合典型通信故障场景分析分层分布式算法的鲁棒性。     

考虑电化学模型的配电网侧光储系统分布式优化调度

配电网侧广泛接入的光储系统具备成为电网调度中灵活性资源的潜力。为了提高光储系统调控的精细程度,分析建模了光储系统运行的动态特性,构建了考虑电化学模型的光储调度模型。针对保护节点用户隐私和调用分布式计算资源的需求,根据该光储调度模型给出了适用于计算的矩阵化形式,并构建了各节点处含光储系统的配电网调度优化的分布式子问题,实现了该调度优化问题的分布式求解。基于IEEE 33节点系统算例验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法给出的调度方案在可行性、储能运行高效性和老化衰退抑制能力等方面具有优势。     

考虑用户能量优化调度的配电网灾后故障恢复策略

新型配电系统中,越来越多的大型用户会建立能量管理系统(EMS)对自身用能曲线进行优化。该发展趋势给新型配电系统的弹性提升与灾后故障快速恢复方案制定带来了新的挑战。为此,提出了一个综合考虑EMS逐利特性、维修人员调度以及分布式发电机组运行的配电系统灾后恢复策略双层优化模型。该模型的外层问题建立了一般配电网故障快速恢复模型,并使用时间-空间网络模型对维修人员在空间上的移动过程进行建模。内层问题描述了恢复供电后EMS根据所管理园区情况重新制定负荷曲线的过程。为求解该双层优化问题,使用Karush-Kuhn-Tucher条件将其转变为单层混合整数线性规划问题。最后,在改进IEEE 33节点配电系统上验证了模型有效性,并进行了灵敏度与计算性能分析。     

计及灵活性供需匹配的耦合系统优化配置模型

可再生能源与火电机组在同一并网点对外形成耦合系统的场景在东北地区普遍存在。在该场景下，考虑可再生能源和火电机组作为统一的运营整体进行优化配置是实现系统经济运行的关键。本文针对耦合系统中可再生能源接入的波动性和负荷的不确定性，提出一种考虑系统内灵活性供需匹配的优化配置模型。首先，为提升系统应对可再生能源输入及负荷需求不确定性的能力，根据耦合系统内的灵活性需求和灵活性供给匹配程度，建立灵活性供需匹配指标；其次，以耦合系统综合收益最优为目标，以灵活性供需匹配指标为约束，建立耦合系统优化配置模型；最后以东北地区某局域电网为例进行仿真分析，证明在耦合系统优化配置中考虑一定的灵活性供需匹配，在实现系统经济运行的基础上，可进一步提高系统配置的有效性和合理性。     

阶梯式碳交易的城市多能系统能量互补优化调度策略

引入城市能源服务中心(urban energy service center, UESC)作为供能和价格引导枢纽，构建了含典型功能的城市多能微网系统集群结构及其阶梯式碳交易机制模型。提出了一种城市多能系统双层优化调度策略，其上层为最小化UESC的运营成本，下层考虑城市多功能区域集群间的能量互济，采用交替方向乘子法求解综合能源系统(integrated energy system, IES)集群的分布式调度，协调各IES之间的功率交互。最后，利用IEEE-33节点电网和32节点热网耦合系统，并通过4类典型场景验证所提模型与算法的有效性，优化城市多能系统间能量的互济互补，减少系统总运行成本，降低系统碳排放，提高系统运行的经济性、灵活性和韧性。     

体系架构下考虑虚假信息注入的微电网群分布式优化调度

真实信息交互是进行微电网群协同优化调度的关键因素之一。从体系角度出发,形成微电网群进行协同优化运行追求的是整体与个体利益最大化。因此,损害微电网群运行效益的信息交互为虚假信息。虚假信息注入势必给微电网群的安全、经济、稳定运行带来影响。针对处理虚假信息注入给微电网群优化运行带来影响的问题,文中引入体系方法在构建计及虚假信息注入的微电网群体系架构的基础上,建立考虑虚假信息注入的微电网群完全分布式优化调度模型,并结合改进交替方向乘子法和一致性算法提出微电网群虚假信息检测、定位及惩罚机制,有效减少虚假信息注入对微电网群协同优化运行的影响。最后,通过算例分析验证所建模型和虚假信息处理机制的有效性。     

基于图计算的交直流混合配电网优化调度

为应对含高比例光储的交直流混合配电网的统一建模和协同计算问题，构建了基于图计算的交直流混合配电网优化调度模型。首先，将交直流混合配电网中的设备抽象为图的顶点，建立了面向对象的交直流混合配电网图模型。其次，基于该图模型构建了含高比例光储的交直流混合配电网的协同调度模型，并推导了以顶点为中心的交直流混合配电网图计算方法，通过模型的分解和顶点并行计算提升模型的计算效率和可解性并保护用户隐私。最后，通过算例分析验证了所提方法的有效性。     

考虑不确定性与交互功率的城市综合能源系统两阶段调度

城市综合能源系统运行优化面临新能源发电强随机性和强波动性、负荷功率不确定性以及系统参数不确定性的多重挑战。文中构建考虑聚合特性的用户侧灵活性资源调度模型，提出考虑不确定性与交互功率的城市综合能源系统两阶段优化调度策略。在日前阶段，采用混合随机鲁棒优化方法处理建筑群参数不确定性和源荷不确定性，得到城市配电网与上级电网的最优交互功率区间。在日内阶段，基于新能源发电和负荷的预测结果，采用模型预测控制滚动优化系统的调度策略。算例结果表明，调度策略能够保证用户的热舒适度需求，得到的交互功率区间具有较强的应对日内不确定性能力，同时降低交互功率短时剧烈波动对系统运行安全性和经济性的影响。     

基于参数规划的含储能和风电电力系统低碳经济调度

为了实现“双碳”目标以及适应新能源快速发展的形势,基于参数规划及工程博弈论提出了一种含储能和风电电力系统的多目标低碳经济调度方法。以系统发电成本、碳排放量、储能寿命折损为目标构建多目标优化模型,采用系数约束法将模型转化为参数线性规划模型,求解参数规划模型可获得Pareto前沿的精确解析表达式,从而进一步构建工程博弈问题,精炼得到对多目标具有公平性的唯一Pareto最优解,为决策者提供参考。算例分析结果表明,所提调度方法能够充分兼顾各目标的优化程度,保证电力系统调度的环保性与经济性,可有效应用于新能源电力系统的低碳经济调度。