考虑风光利用率和含氢能流的多能流综合能源系统规划

传统多能流综合能源系统往往面临绿色可再生能源装机比例低、利用率低的问题,同时氢燃料汽车的逐渐普及将增加对氢能的需求,将电能转化为氢能是满足交通部门潜在氢需求的有效途径。针对风光装机比例低、利用率低和氢能需求的问题,提出了一种考虑风光利用率和含氢能流的多能流综合能源系统规划方法。首先,计及氢能流构建了电/热/冷/氢多能流综合能源系统。其次,考虑系统年投资费用、运行费用和风光利用率的多目标,构建双层规划-调度模型,以电、热、冷、氢等4种形式能量平衡和元件工作特性为约束,采用非支配性排序遗传算法和商用求解器结合的混合智能算法进行求解。最后,以某地区实际工业园区为例,对所提方法进行验证。案例结果分析表明所提出的方法可有效降低系统年总投资成本,显著提高风光装机比例和利用率,提高系统运行稳定性和经济性。     

基于多主体收益的电-气综合能源系统协调规划研究

随着我国各种异质能源系统的发展建设以及对综合能源系统规划研究的深入,根据不同能源间多能互补的优势和特点研究最合理的综合能源系统规划方案,对于我国综合能源系统规划建设及可持续发展具有重要意义。提出了一种市场环境下计及多主体收益的电-气综合能源系统协调规划方法。首先,分别基于电力系统和天然气系统的特点及网络约束,构建相应的收益模型,进而结合电-气综合能源系统中的异质能源间的耦合机理分析,充分考虑各能源主体间的博弈关系,构建计及多主体收益的电力系统和天然气系统协调规划模型;然后,利用迭代搜索法求解该模型;最后,利用仿真算例对所提方法的正确性和有效性进行验证。     

考虑碳约束的区域电源多阶段双层扩展规划方法

能源电力行业占据碳排放的比例较大,其中以新能源为主的电源结构调整是重要手段。提出了一种考虑碳约束的区域电源多阶段双层扩展规划方法,该方法适用于多区域电力系统协调可再生能源拓展规划与电网建设的多阶段决策,实现考虑碳约束和可再生能源出力不确定的双层优化。在上层模型中,分别计算每个区域的扩展成本和碳排放量。在下层模型中,将上层得到的总扩展成本和碳排放量作为多区域扩展规划中的约束,对区域发电和跨区输电进行同步扩容。所提双层规划模型可避免某地区在没有补偿的情况下承担额外的扩展成本,并为多区域电力系统扩展中的参与地区提供积极互动。应用算例表明了所提长期规划模型的可行性和有效性。     

园区能源供需价量双层Stackelberg博弈模型

针对园区能源交易中能源商和用户的价量优化问题,提出园区能源供需价量双层Stackelberg博弈模型。上层模型能源商以实现自身利益最大化为目标,考虑多能流率平衡约束和外网交互约束、电转气、储电/热和燃气轮机等源储约束,通过竞争决定能源价格;下层模型考虑用户用能需求响应,以用能成本最小化为目标,考虑负荷需求约束,根据能源商的决策价格,决定用能需求,能源商进一步根据用户用能需求优化能源价格,反复迭代至收敛。算例结果显示所提方法能有效实现双方效益最大化。     

考虑氢能多元利用的多重博弈综合能源系统低碳经济优化调度

在综合能源系统背景下,考虑氢能多元利用的多主体交互博弈在提高能源市场交易灵活性和解决碳排放等方面具有显著的效益。针对能源市场多主体博弈和环境污染,单向主从博弈结构难以解决“源-荷-储”交易灵活性和低碳性问题。因此,提出一种考虑两阶段P2G和燃气掺氢的多重博弈综合能源系统低碳优化调度模型。首先,为提升系统低碳性,将碳交易机制引入综合能源系统,并在供能侧引入两阶段P2G、碳捕集和燃气掺氢等氢能多元利用模型进一步限制碳排放量。其次,分别对综合能源销售商、负荷聚合商和广义储能共享商建立运行优化模型。之后,构建考虑主体作为领导者和博弈者双重性的多主体博弈能源低碳优化调度模型。最后,通过算例验证所提方法能够权衡各主体利益,增加系统整体经济效益和环境效益。     

考虑可再生能源接入的综合能源系统规划评述与展望

建设多能耦合的综合能源系统是解决可再生能源消纳问题的有效途径之一。可再生能源的接入大大增强了综合能源系统的不确定性,如何合理分析并应对不确定性带来的影响是综合能源系统规划研究中的重要课题。文章首先总结了可再生能源接入下综合能源系统的典型结构。然后,梳理了综合能源系统多能负荷预测方法和多能流分析技术的研究成果,进一步从能源站规划、能源网络规划和站网联合规划3个方面归纳总结了考虑可再生能源接入的综合能源系统规划研究进展。最后,从可再生能源消纳新场景探索、考虑可再生能源接入的多能流分析技术、考虑多重不确定性的综合能源系统规划和考虑多能需求侧管理的综合能源系统规划4个角度展望了未来可能的研究方向。     

考虑负荷灵活分配的综合能源系统站-网-荷协同规划方法

综合能源系统的规划建设是构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系的重要组成部分。针对目前综合能源系统能源站与多能网络联合规划存在的灵活性与协同性不足问题,提出一种考虑多能负荷灵活分配的综合能源系统站-网-荷协同优化规划方法。首先,基于图论理论与P中位模型,提出多能负荷灵活分配的综合能源系统能源站选址,以及考虑站间互连的多能网络布局规划方法。其次,构建计及网络约束的综合能源系统运行架构,进一步建立能源站设备、负荷侧设备与多能网络管线的容量协同配置模型。最后,建立综合能源系统的站-网-荷协同优化规划模型,并将其转化为混合整数线性规划问题进行求解,得出包含站点选址、网络布局以及设备配置的系统规划方案。算例分析表明,所提方法能有效减小系统投资建设成本与网络传输损耗,使规划方案更为经济合理。     

面向全过程碳足迹的园区综合能源系统碳感知与优化方法

园区作为区域经济发展、产业调整升级的空间承载形式,是我国能源消费的重要主体,发展多能互补、绿色高效的园区综合能源系统是实现“双碳”目标的重要途径。因此,结合园区综合能源系统的供能特点,提出了全过程碳足迹的概念,其包括外生碳足迹和内生碳足迹2部分。首先,针对外生碳足迹,即汲取自公共能源网络的能流对应的碳足迹,研究了多能流虚拟碳流传输机理,提出了多能流的统一节点碳排放强度评估模型和公共能源网络节点碳排放强度的预测方法,以实现外生碳足迹的可观。然后,结合外生碳足迹和内生碳足迹,考虑园区柔性负荷的用能特性,建立了面向全过程碳足迹的园区综合能源系统低碳优化模型。最后,通过仿真分析验证了所提方法的正确性和有效性。结果表明,基于所提优化模型,园区综合能源系统能够根据外部公共能源网络的运行状态做出及时响应,进而利用其多能互补赋予的灵活性最小化自身碳足迹,实现深度减排的目标。     

基于双层博弈的配电网与多综合能源微网协调优化

为充分挖掘综合能源微网(integrated energy microgrid, IEM)的潜在价值,促进可再生能源消纳,针对同一配电网下的多个IEM协同管理问题进行研究,提出了一种基于双层博弈的配电网-多IEM协同优化模型。对于IEM模型的构建,考虑在热电联产机组中加入碳捕集系统以及电转气装置,用来获取低碳效益。同时,针对IEM中可再生能源与负荷不确定性问题,采用鲁棒区间规划进行处理。首先,构建配电网运营商(distribution system operator,DSO)与IEM联盟系统模型框架,分析其不同主体间的博弈关系。其次,对于双层博弈,分为主从博弈与合作博弈。DSO作为博弈领导者,以自身效益最大为目标制定电价引导IEM联盟响应。IEM联盟作为博弈跟随者,以自身运行成本最小为目标,通过成员间互相合作能源共享响应DSO的决策。同时采用纳什谈判理论解决IEM联盟的合作运行问题,使用二分法与交替方向乘子法结合求解模型。最后,在算例中验证所提模型与方法的可行性和有效性。     

基于主从博弈的配电网扩展规划

随着电力体制改革的不断推进以及“碳达峰、碳中和”的愿景,给电力行业的发展带来一系列机遇与挑战。以我国的电力改革实际情况为背景,提出一种基于主从博弈的配电网扩展规划双层优化模型。上层配网公司作为主导者,以最小投资运行成本为目标,同时考虑了各配网公司间的博弈关系;下层独立系统运营商作为追随者,根据负荷需求以发电成本最小为目标决策出节点边际电价。针对模型难以求解的问题,采用原对偶公式将双层博弈问题转化为离散约束广义纳什均衡问题进行求解。仿真结果表明：考虑市场环境下多个配网公司间的博弈关系可有效降低规划成本,保证了市场投资运营主体规划策略的精确性和有效性。     

考虑扩展碳排放流和碳交易议价模型的园区综合能源优化调度

文中建立了一种基于供需双侧双重博弈的园区综合能源优化调度模型。首先,引入储能“荷碳率”的概念和调度周期内碳排放守恒原则,建立了扩展的碳排放流模型。基于该模型,在园区内部实施以碳为主导的定价机制,并建立园区和用户的上下双层博弈模型。而在多个园区之间则采用纳什议价模型来模拟各主体参与碳交易市场的博弈行为,从而形成双重博弈机制。采用数据驱动的两阶段鲁棒优化结合自适应交替方向乘子法进行求解,获得最优碳配额交易量和交易价格。最后,算例仿真结果表明所提扩展碳排放流模型的正确性和碳排放流定价机制在降低碳排放方面的作用。同时,也分析了碳交易市场和碳捕集对不同资源禀赋主体的作用以及文中采用算法的有效性。     

基于纳什谈判考虑能源共享的区域综合能源系统优化配置

为了解决“双碳”背景下考虑能源共享的多区域综合能源系统协同规划和分属于不同投资主体的综合能源系统利益竞争问题,提出了基于纳什谈判合作博弈理论的多综合能源系统联合规划方法。首先,建立考虑碳交易和各主体间电能共享的配置与运行优化模型。在此基础上,建立基于纳什谈判的多主体合作规划模型,将其转化为社会成本最小化和支付效益最大化两个子问题,并构造两个子问题的增广拉格朗日函数。其次,为了保护规划阶段各主体的数据隐私以及提高算法计算的容错性,采用交替方向乘子分布式算法求解两个子问题的纳什均衡解。最后,通过算例结果表明各主体经过合作规划后,可以明显地降低各主体的规划成本,且保证各系统的可靠运行,验证了所提合作规划模型和方法的有效性。     

基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划

综合能源系统打破了不同能源子系统之间的壁垒,提高了供能可靠性和能源利用效率。在工程中,综合能源系统规划周期较长,并以单阶段规划方法为主。但该方法易造成规划前期设备利用效率不高、规划后期设备容量不足与供能可靠性下降等问题。针对单阶段规划方法的不足,提出了一种基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划方法。首先建立了广义多能流(multi-energy flow,MEF)模型;其次以全生命周期成本最小为目标、以广义多能流网络方程为约束,建立了综合能源系统多阶段规划模型,采用混合整数线性规划算法对其进行求解,从而得到各规划阶段的设备和线路配置方案;最后,以华北某待建园区综合能源系统为例进行了仿真分析,验证了多阶段规划的有效性和经济性。     

混合输配电系统的分布式随机优化规划

高比例可再生能源渗透是未来电力系统一大重要特征,其使得输配电系统间的电力电量流灵活双向、物理耦合性增强。提出一种输配电系统的分布式随机协调优化规划方法。考虑可再生能源出力和负荷波动不确定性,利用分解优化建模理论,在满足输配电系统间交互信息一致性的前提下,将输配电系统联合优化规划问题分解为一个输电系统规划子问题和一系列配电系统规划子问题。对于配电系统规划子问题,基于配电系统潮流方程和约束松弛技术,构建配电系统规划的二阶锥规划模型。采用双层循环迭代的分布式优化算法对所建模型加以求解。分别从输、配电系统层面,通过算例对比是否考虑输配电联合下的系统规划方案验证了所提方法的有效性。     

计及用户综合用能行为和政策导向的广域综合能源系统联合规划方法

针对日益加深的能源环境问题,从更大范围的宏观角度来研究综合能源系统规划具有重要意义。提出一种计及用户综合用能行为和政策导向的广域综合能源系统规划方法。首先,建立用户用能决策的效用模型。然后,分别构建综合能源系统中各类市场主体的规划收益模型。同时考虑供能改造的环境效益,建立政府对供需双侧污染排放的评估模型。在此基础上,基于不同主体间的博弈机理分析,构建面向广域综合能源系统的双层动态博弈规划模型。最后,利用迭代搜索法对模型进行求解。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

计及运行风险与韧性的综合能源系统薄弱环节辨识

能源转型大环境下,综合能源系统得到了快速发展,多能流耦合的运行模式增加了运行的复杂性。当出现随机因素扰动时,综合能源系统的安全稳定运行会遇到威胁。针对这一问题,文中提出了综合考虑运行风险与韧性的综合能源系统薄弱环节辨识方法。首先,引入了基于半不变量法的电-热-气耦合综合能源系统概率多能流计算模型,基于概率多能流提出正常运行情况下的运行风险评估指标和评估方法。然后,针对极端灾害下的故障,从鲁棒性角度提出运行韧性评估指标。最后,综合考虑源荷随机变化和随机故障的不确定性扰动,提出风险-韧性双维度综合指标,判断综合能源系统的薄弱点。算例分析表明,所提计及风险和韧性的薄弱点辨别评估方法可以量化分析综合能源系统的薄弱环节,验证了所提方法的有效性。     

考虑碳排权供求关系的多区域综合能源系统联合优化运行

随着全国碳排放权交易市场的开放,研究碳交易对于多区域综合能源系统的低碳经济运行具有重要意义。首先,针对目前碳交易成本计算既没有计及碳排权购买量约束,也没有考虑区域综合能源系统之间碳排权供求互动的问题,提出一种考虑碳排权供求关系的碳交易成本联合计算方法;然后,计及区域综合能源系统之间的功率交互,建立了基于纳什谈判的多区域综合能源系统合作博弈模型;接着,将合作博弈问题分解成两个子问题分步求解,并采用控制变量法分析了碳交易成本联合计算与区域综合能源系统之间功率交互对系统的影响;最后,通过三区域综合能源系统仿真算例进行多场景对比分析,结果表明所提模型在显著降低经济成本的同时能够避免碳排放超标。     

考虑碳排放分摊的综合能源服务商交易策略

为寻求在满足用户用能需求的同时降低系统碳排放的有效途径,提出了一种考虑碳排放分摊的多综合能源服务商能源交易策略。基于网络流模型实现碳流追踪并联合Shapley理论建立了综合能源服务商碳排放成本计算模型。应用Nash议价理论构建了多综合能源服务商合作博弈运行模型,将综合能源服务商碳排放成本引入优化目标函数,并利用分布式算法求解最优能源交易量和交易费用。基于由修改的IEEE 39节点电网和12节点气网构成的多综合能源服务商系统进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性。     

低碳背景下基于自适应鲁棒优化的含源配电系统规划方法

提出了一种低碳背景下基于自适应鲁棒优化的含源配电系统规划方法,该方法建立了考虑碳排放约束的近似混合整数线性模型,对电容器组和分布式可再生能源选址定容、过载线路的导线更换和电压调节器进行综合配置;考虑到负荷和分布式可再生能源输出功率的不确定性,采用了自适应鲁棒优化法将不确定模型重塑为3层问题;将3层模型重构为主、子问题双层模型,并采用列和约束生成算法求解该模型。算例采用135节点配电系统在不同情况下进行了研究,以评估所提方法的性能。结果表明,所提模型与方法有利于提高配电系统规划效率,并降低碳排放。     

考虑碳捕集技术的电力系统双层优化配置

碳捕集与封存技术是实现“双碳”目标的有效手段,在考虑碳交易机制的基础上提出了一种含电转气、燃气轮机、碳捕集系统、风电场联合运行的低碳经济双层优化配置模型。上层优化目标为最小化系统碳相关成本;下层优化目标为最小化系统运行成本,其中考虑了系统运行约束,决策变量包括发电机组有功出力、电转气功率、碳捕集装配。为求取所提双层优化模型的最优均衡解,利用KKT条件将双层优化问题转换为单层优化问题,再利用McCormick将二次规划单层问题转换成可直接求解的混合整数线性优化问题,并利用CPLEX求解器对模型进行求解。最后,对IEEE 30节点系统进行仿真,验证了所提模型和方法的有效性,同时采用双层模型在一定程度上减少了系统总成本,提高了减排率。