考虑双重不确定性的区域综合能源系统多阶段滚动随机规划

在绿色能源转型的背景下,以新型电力系统为核心的区域综合能源系统(RIES)多能耦合程度逐渐加深。在长期的规划运行过程中,除了源荷本身固有的常规预期波动特性外,还容易受到外界扰动的影响,从而产生非预期的不确定性。因此,文中提出了一种考虑预期与非预期双重不确定性的RIES多阶段滚动随机扩展规划。首先,针对RIES长期规划以及常规多能源荷预期不确定性,考虑建设过程中的投资成本、能源站收益、碳税等,基于信息间隙决策理论建立RIES多阶段随机规划模型。然后,考虑规划过程中突发的非预期不确定性,借鉴模型预测控制理论,建立RIES多阶段滚动随机规划。最后,以中国江苏地区的JSYZ-66节点测试系统为例,验证了所提方法在长期规划中面对常规源荷预期不确定性以及规划过程中非预期不确定性的有效性,分析了在风险投机和风险规避策略下规划方向的选择对于规划结果的影响。     

考虑数据中心用能时空可调的电-气互联综合能源系统分布式光伏最大准入容量计算

在数字经济背景下,数据中心日益增长的用能规模和灵活迅速的负荷调节能力引起了广泛关注。为促进分布式清洁能源的消纳,本文提出一种考虑数据中心用能时空可调的电-气互联综合能源系统分布式光伏最大准入容量计算方法。首先,对数据中心能耗及运行特性进行建模,并分析数据中心用能时空可调特性;然后,在计及电-气能源网络安全约束的前提下,构建集成数据中心的电-气互联综合能源系统分布式光伏最大准入容量优化模型,利用凸松弛技术和增量分段线性化方法将模型转化为混合整数二阶锥模型求解。最后,在97节点电网和11节点气网算例中,验证了考虑数据中心用能时空可调特性对分布式光伏消纳的促进作用,并分析了电-气能源网络安全约束对分布式光伏最大准入容量的影响。     

集成数据中心的综合能源系统能量流–数据流协同规划综述及展望

集成数据中心的综合能源系统(integratedenergy system,IES)成为能量流–数据流深度融合、双向互动的物理载体。IES为数据中心高效低碳供能,并利用数据中心的用能时空可调特性提质增效;数据中心推动IES数字化转型,并促进IES发展数据服务实现业务增值。该文对集成数据中心的IES能量流–数据流协同规划进行综述与展望。首先,梳理并总结了数据中心的数据网络分层架构、计算能耗建模方法和热力学过程建模方法;其次,分析了数据中心用能时空可调特性,探究了集成数据中心的IES能量流–数据流耦合机理;在此基础上,构建了能量流–数据流协同规划广义模型,并分别从跨区级、区域级和用户级3个层次进一步探究了集成数据中心的IES规划模型特点,提炼了规划模型的建模要素;最后,对集成数据中心的IES能量流–数据流协同规划未来发展方向进行了展望。     

考虑群体热适应性的楼宇综合能源系统规划

充分发挥楼宇综合能源系统能源生产侧与消费侧源荷互动特性的作用,需要由供能的舒适度来保证。基于群体热舒适感会随季节调整其对环境的热期望的热适应性原理,建立楼宇综合能源系统中的能量枢纽选型定容统一优化模型。模型计及典型日室外温度、光照辐射强度和刚性电热负荷对室内温控负荷及能量枢纽出力的影响,将室温调节策略和能量枢纽容量配置基于群体热环境舒适区间进行约束,实现楼宇热舒适供能与能量枢纽架构经济性的协同优化,并采用Benders分解方法加以求解。算例分析结果表明,对热舒适区间进行修正后的规划模型能减少能量枢纽的配置容量,可有效提高可再生能源利用率并降低系统整体的碳排放量。     

考虑负荷特性的综合能源系统网格划分方法研究

针对目前综合能源系统网格划分方法体系尚不成熟,且尚未考虑负荷特性互补的问题,提出一种考虑负荷特性的综合能源系统网格划分方法。首先,采用改进k-means聚类算法对能源网格进行初始划分,即在传统k-means聚类算法的基础上确定网格数量划分范围和初始聚类中心点位置;其次,提出考虑负荷特性的能源网格修正方法,在能源网格初始划分完成后利用负荷特性对网格进行修正,减少每个能源网格内部的负荷峰谷差率与整体网格的负荷峰值;最后,通过模糊理想决策方法选取最优能源网格划分数量,并将该最优网格划分数量进行横向对比。结果表明,相比于不考虑负荷特性的网格划分方法,所提方法能够降低网格7.1%、0.5%、4.5%的电、热、冷负荷峰谷差率和7.9%、11.5%、3.9%的电、热、冷整体负荷峰值。     

考虑生物质储运模式的多区域综合能源系统协同规划

随着我国“双碳”政策的推行,生物质能作为清洁能源不断引起关注。相比化石燃料,生物质具有原料分散、储运模式复杂的特点,如何平衡原料储运成本与能量传输损耗是生物质多区域规划的重要问题。因此,该文提出一种考虑生物质储运模式的多区域综合能源系统协同规划方法。首先,对比分析生物质传统储运和“点-中-心”储运两种模式,并建立秸秆储运成本模型;然后,考虑不同园区负荷需求、资源约束以及生物质机组容量成本阶梯型关系,以区域综合能源系统群整体经济性最优为目标,优化秸秆运输路径与设备管道配置;最后,以吉林省某典型综合区域为例,验证了基于“点-中-心”储运模式协调优化原料运输与区域能源互联协同能够降低系统规划成本。     

具有完全隐私保护的电-气综合能源系统分布式协同算法

电-气综合能源系统中,电力系统和天然气系统分属不同代理,需要进行分布式协同。“弱中心化架构”下的分布式协同过程中,代理与协调中心之间通过直接的信息交互实现算法收敛,各代理隐私数据面临严重的泄露风险。针对这一问题,文中提出了具有完全隐私保护的分布式协同算法,将多方安全计算理论引入分布式协同框架,通过同态加密技术以密文形式进行电-气协同,实现了“弱中心化架构”下的完全隐私保护。同时,提出自适应凸松弛和恢复方法求解非凸天然气系统子问题,提升了求解速度。最后,通过算例分析验证了所提算法的有效性。     

基于并行多维近似动态规划的综合能源系统动态经济调度

针对随机动态经济调度模型难以高效求解的问题,提出一种用于快速求解电-气-热综合能源系统（IES）随机动态经济调度问题的并行多维近似动态规划算法。该算法将原有的高维状态空间中的状态变量聚合到IES的电储能系统(ESS)的可用容量和蓄热罐(HST)的可用热量中,实现了状态空间的降维,进而解决了动态规划中“维数灾”的问题。此外,利用ESS和HST的运行约束,将无效状态剔除,降低了问题的求解规模。在风电、电价和负荷等不确定场景充分训练后的值表模型中,通过近似值函数的迭代寻优,将含有经验知识的值表应用于在线测试中,实现应对不确定性的IES最优调度决策。以改进的2个系统为例,验证了所提模型和算法的有效性。     

考虑多类型资源的数据中心园区供电协调规划

随着数字化时代到来,数据中心的数量和规模与日俱增,已成为配电网中一类重要的需求响应资源。为提高设备利用效率,数据中心可通过柔性配电设备与园区内光伏、储能系统化集成,进一步保障数据中心的供电可靠性与运行经济性。提出了一种考虑多类型资源的数据中心园区供电协调规划方法。首先,对数据中心园区内多类型设备进行建模。在此基础上,建立了考虑多类型资源的数据中心园区供电规划模型,以数据中心园区设备投资成本和运行成本最小为目标,合理规划园区内柔性变电站各换流器容量、数据中心各类型服务器数量、储能系统及光伏系统的容量。最后,采用数据中心园区算例,验证了考虑多类型资源的数据中心园区供电协调规划的经济效益,分析了不同因素对数据中心园区规划结果的影响。     

支撑能源互联网协同优化的隐私计算关键技术

传统电力系统与其他能源系统不断交叉融合,逐渐形成能源互联的新生态。在能源互联网中,数据使用权与数据所有权分离、信息资源与计算资源分离的特征使得多主体协同优化的隐私保护问题日益突出。文中从能源互联网协同优化的典型模式出发,总结了传统第三方代理计算模式及无第三方交互计算模式的隐私安全风险,提出了考虑隐私保护的能源互联网协同优化初步技术方案。首先,面向含第三方场景提出了基于信息伪装机制的安全代理计算方案,并研究了该方案的算法特性、算子构造方法以及基于云服务的用户侧、集群级、系统级应用场景。然后,面向无第三方场景提出了基于秘密分享原理的安全多方交互计算方案,并结合多中心化和全分布式两种应用架构,分析了该方案应用于海量主体或少量主体场景时的特性差异。最后,所述方案从数据隐私性和计算安全性层面,保障数据所有者的权益,遏制并降低能源互联网协同优化计算的数据泄露风险,实现可靠隐私保护。     

基于机会约束规划的智能楼宇与社区综合能源系统协调优化

为考虑智能楼宇(IB)与社区综合能源系统(ICES)协调优化中的不确定性及多主体的差异化利益诉求,提出了基于机会约束规划的IB与ICES主从博弈协调优化调度策略。首先,基于IB的蓄热特性,采用热阻-热容网络对热量在楼宇围护结构的热动态过程进行建模。随后,基于该热动态模型,构建了含可调散热器的楼宇用户热需求响应模型。其次,为考虑ICES和IB的差异化利益诉求,利用主从博弈方法对二者的协调优化进行建模。然后,为考虑风电和光伏出力不确定性对ICES与IB协调优化调度的影响,进一步采用机会约束规划的方法对ICES与IB的主从博弈优化模型进行求解。最后,通过算例验证了所提方法可以在风光出力不确定性下保证ICES与IB双方的经济利益,并在兼顾经济性的同时促进风光消纳。     

考虑碳交易和电动汽车充电负荷的工业园区综合能源系统调度策略

为实现“双碳”目标,优化工业园区多能利用形式,提出了一种工业园区综合能源系统调度策略。首先,针对工业园区能源多元化的特点,设计汇聚电、热、氢能源的工业园区综合能源系统;然后,基于工业园区的负荷可调节能力差的特性,将电动汽车作为可灵活调整的柔性负荷加入综合能源系统的调度过程;进而搭建以系统总运行成本最小为目标函数,考虑碳交易机制和电动汽车充电负荷调节比例的经济性数学模型;最后,在MATLAB中调用CPLEX求解器对4种对比方案进行求解及分析。结果表明：所提出的调度策略中,引入碳交易机制能够在日运行中降低4.5%的碳排放量,调整30%以下的电动汽车负荷比例能够降低1.54%的运行成本。在清洁能源持续发展和未来技术发展趋势下,成本将会进一步降低,该研究可为工业园区能源系统的优化调度提供参考。     

考虑区域综合能源系统拓扑特性的能源站和管线规划

为科学指导区域综合能源系统中能源站的建设数量、位置以及供能管线布局,研究了考虑区域综合能源系统拓扑特性的能源站和管线规划方法。首先总结了区域综合能源系统的拓扑特性,根据城市规划方案和地理信息系统获得可供选择的能源站站址和管线通道。进而基于能流平衡约束和热网特性建立能源系统的拓扑描述模型,以初期投资建设和后期运行成本最小化为目标,建立能源站和供能管线布局规划模型,并利用正交多项式逼近等方法对优化模型进行合理的简化处理。算例分析结果表明所提方法可得到更为经济的规划方案。     

基于多智能体算法的多微电网-配电网分层协同调度策略

近年来,作为消纳可再生能源的有效方式之一,微电网在新型电力系统中扮演了愈来愈重要的角色,取得了显著的发展。但微电网的大量接入,改变了传统配电网的单级调度模式,使得调度过程中所面临的计算和通信任务日益繁重,而现行调度策略难以兼顾配电网运营商及微电网等多主体的利益诉求,也难以满足调度过程的计算高效性与通信私密性要求。对此,提出了一种基于多智能体算法的多微电网-配电网分层协同调度策略。首先,考虑配电网运营商与微电网在电力市场运行中的主从关系,构建了基于双层Stackelberg博弈的多微电网-配电网电力交易模型;然后,将多微电网-配电网协同调度表述为马尔可夫决策过程,采用基于数据驱动的多智能体深度策略性梯度算法求解Stackelberg均衡;最后,基于改进IEEE 33节点系统开展算例分析,验证了所提模型及算法的有效性。     

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。     

计及多重不确定性及光热电站参与的区域综合能源系统配置与运行联合优化

针对含光热电站参与的多能耦合区域综合能源系统,考虑了系统中风光出力、光热电站中的储热装置出力、负荷、购能价格的不确定性,提出了一种基于多元宇宙算法-区间线性规划的双层优化配置方法。上层以运行年限内总收益最大为目标进行设备选型和容量配置,下层以运行净收益最大为目标优化各设备出力,从而获得系统的最佳配置与运行方案。算例结果表明,光热电站的参与可以增加系统的协调优化能力,且与传统算法相比,采用多元宇宙算法对模型进行求解,收敛速度更快,考虑多重不确定因素的优化配置能够使得系统的净收益更加稳定,提高系统的总收益。     

基于能路的综合能源系统安全域稳态建模与求解

安全域是综合能源系统(IES)安全分析的重要手段,但异质能源遵循不同的物理传输过程与数学表征方式,给综合能源系统安全域(IES-SR)的统一建模与求解带来了困难。为此,考虑异质能源传输特征的差异性与网络特征的相似性,提出了多能源耦合系统的基于能路的安全域模型,在稳态建模层面上实现了电-气IES-SR的数学形式统一。首先,给出了电-气IES-SR的基础概念;其次,介绍了异质能源统一建模方法的能路模型,其异质能源网络方程在数学形式上具有一致性;进而,在能路基础上建立了IES-SR模型,实现了电力系统安全域、天然气系统安全域和IES-SR模型的数学形式统一;再次,提出了高维IES-SR安全边界拟合求解方法;最后,采用8节点测试算例和23节点实际算例进行了验证。与现有研究对比表明,文中首次得到了高维安全域的完整解析式,采用线性化方法同时提高了求解效率。所提模型易于扩展至其他类型的能源系统,并为后续考虑动态特性的IES-SR建模奠定了基础。     

第5代区域供热供冷驱动的产消型综合能源系统多能流分析

第5代区域供热供冷（5GDHC）与主动配电网构成电-热-冷强耦合、热产消者、双向传输的复杂新场景。为此,文中基于传统综合能源网模型,通过对比5GDHC与传统第1至4代区域供热网的不同特征,提出了与5GDHC热产消者相兼容的多能流网络模型。该模型系统地集成了热力共享的产消者模型、冷热负荷重叠系数、管网温度的热泵模型以及双向水流引起的复杂水力交汇等特征,描述了各产消者在时空上共享互补的冷热功率。最后,采用15节点配电网、36节点供热网算例验证了所提模型与方法的有效性。计算结果包括状态变量的时域仿真（电压、电/热/冷功率、温度、流量、压力等）、与冷热未互补系统运行成本的对比以及蓄热与热泵的联合运行等。     

计及碳排放流的电力系统低碳规划

为促进电力行业实现低碳目标,合理有效的电力系统规划至关重要,需求响应参与电力系统规划是减少系统碳排放的重要手段。为此,设计了计及碳排放流和需求响应的电力系统双层低碳规划模型。上层规划模型为投资规划模型,以投资成本与运行成本之和最低为目标,内嵌全年8760 h时序运行模拟模型,采用机组聚类线性化方法对传统燃煤机组进行建模,协调优化传统机组、新能源和储能的投建容量;下层模型根据上层模型计算出的机组出力和线路潮流数据,基于碳排放流理论和负荷侧阶梯碳价机制形成需求响应模型,合理调节负荷分布以降低碳排放量及碳排放成本。最后,在改进的IEEE RTS-24节点系统上对所提模型进行了分析与验证。     

综合能源系统能源耦合度及其对运行域的影响

异质能源耦合是综合能源系统区别于配电系统等单一能量系统的显著特征。文中提出综合能源系统能源耦合程度的指标,设计观测方法并揭示了新的规律机理。首先,提出了耦合单元以及整个综合能源系统的能源耦合度指标。其次,建立了综合能源系统的运行域模型,描述了正常运行约束下系统的最大允许运行范围。最后,以典型电-气耦合综合能源系统为例验证了所提耦合度的合理性。总结得到电-气耦合综合能源系统运行域随耦合度的变化规律,发现了2个临界耦合度和3类现象,分析揭示了耦合度对运行域的影响机理。