不确定性环境下基于合作博弈的综合能源系统分布式优化

对于含有多个园区级主体的多园区综合能源系统,其优化运行过程中面临着多主体利益分配冲突、信息隐私保护以及风光出力随机波动等挑战性问题。对此,在考虑风光不确定性影响下,提出一种基于合作博弈的多园区综合能源系统分布式优化方法。首先,基于博弈论建立多园区系统合作博弈模型,并根据Shapley值进行利益分配;其次,采用交替方向乘子法解耦不同园区级系统,通过交互迭代实现分布式求解,解决多主体参与下的信息隐私保护问题;再次,结合场景法与条件风险价值理论量化表达风光出力的随机波动特性,建立不确定性环境下的系统优化模型并求解;最后,通过算例仿真验证了所提模型在提升整体经济效益、确保各主体信息安全性以及适应不确定性环境方面的有效性。     

基于能量共享的综合能源系统群多主体实时协同优化策略

建设多主体参与的区域综合能源市场是中国能源市场发展的主要方向,但是综合能源系统一般规模较小,用能行为难以掌握,如何处理能源需求预测不准造成的能量偏差成为市场交易的关键问题。通过能量共享方式实现综合能源系统集群参与日前-实时市场,是处理能量偏差的有力途径。设计了基于供应侧多主体竞价互动、需求侧多主体能量共享的综合能源日前-实时市场框架。在此基础上,需求侧园区运营商内部通过能源枢纽模型进行运行优化,外部采用能量共享方式展开交易,并采用合作博弈的Shapley值法对多主体联合运营效益再分配,实现多主体实时协同优化。最后,算例分析表明所提的交易机制和能量共享策略能够在平抑能量偏差的同时有效提升市场各主体利益。     

多市场机制下省间市场主体交易策略演化分析

随着可再生能源配额制等多种机制逐步实施和绿色证书市场的发展,如何提高省间市场主体参与交易的积极性,成为亟需关注的问题。为此,文中对有限理性下省间市场主体的交易行为进行了演化分析。首先,基于碳排放权和绿色证书联合交易市场,利用合作博弈理论分析了市场主体在省间交易中的互动关系;然后,在此基础上利用演化博弈理论对各市场主体在有限理性下的合作策略进行了动态推演;最后,通过基于实际数据构造的算例对省间市场主体的合作策略进行了仿真,并分析了配额任务和可再生能源上网电价对市场主体行为趋势与交易策略的影响。结果表明,所提交易策略不仅有助于平衡市场主体的利益冲突,提高市场主体参与交易的积极性,而且可帮助市场主体选择合适的运营模式,并引导市场发展方向。     

考虑综合能源聚合商与配电公司利益均衡的配电网故障恢复方法

综合能源系统（IES）可以通过内部调度调节向电网购/售电功率,大量IES接入对配电网故障恢复的支援能力随之增强。针对当前配电网故障恢复未充分考虑IES主体利益需求的问题,提出了一种均衡综合能源聚合商与配电公司利益的配电网故障恢复方法。建立了配电网故障功率缺额计算与分配模型,实现了综合能源聚合商内部配电网功率缺额在各个IES之间的最优分配;考虑负荷损失量、网络损耗以及对综合能源聚合商的补偿费用,提出了综合能源聚合商与配电公司不同利益主体的博弈策略。算例仿真结果表明所提方法在满足综合能源聚合商利益的前提下能实现配电网故障最优恢复,同时表明电网与综合能源聚合商之间的电价补偿机制、IES接入规模对配电网故障恢复效果影响显著。     

多能源微网参与电-气多能源市场的多主体主从博弈交易策略

针对多能源微网（MEMGs）具有丰富可调节资源的特点,基于区域电-气综合能源系统中配-微网络间不同层级的能源交互特性,提出一种MEMGs参与多能源市场的交易框架和多主体主从博弈的交易模型。通过MEMGs策略性参与区域能源市场交易,降低各主体购能成本,实现多个能源市场下多主体互动交易。将配电系统运营商和配气系统运营商视为领导者、各个多能源微网运营商（MEMGO）视为跟随者,以配电网节点边际电价和配气网节点边际气价作为各MEMGO的能源结算价格,构建考虑MEMGs参与电-气多能源市场的多主体主从博弈交易模型;在证明该模型存在Stackelberg均衡解的基础上,通过交替方向乘子法求解所提模型以保证各主体的信息私密性;通过REGESE13-G7和REGESE123-G20测试系统验证了所提多主体交易策略的可行性和有效性。     

基于合作博弈的能源共享模式下多园区低碳优化调度

综合能源园区具有多种形式的能源供给和需求,园区间的多元化能源共享可以有效提高新能源消纳以及供能和用能的低碳运行。因此,针对不同利益主体园区在能源共享模式下联合运行的低碳调度需求,建立了基于合作博弈的多园区低碳优化调度模型。首先,在综合能源园区内引入碳捕集-电转气设备,构建多园区电能-天然气能源共享的低碳能源系统框架和模型。其次,考虑各园区主体的利益诉求,以合作博弈为理论工具建立电能-天然气能源共享模式下的多主体低碳经济调度模型。再次,考虑参与者的个体性差异,基于共享联盟内各园区参与能源共享的贡献度,采用改进纳什谈判的方法对多园区联合运行的收益进行二次分配,以保证能量共享的实现。最后通过算例仿真验证了所提模型的可行性与有效性。     

基于主从博弈和混合需求响应的能量枢纽多时间尺度优化调度策略

针对综合能源系统中多市场主体利益诉求不同以及源、荷不确定性造成的系统波动问题,提出了基于主从博弈和混合需求响应的能源枢纽（EH）多时间尺度优化调度策略。为有效评估多能负荷柔性特性,将建筑热传递模型与生活热水储存模型集成到EH模型中,建立了完善的综合需求响应模型。针对EH内利益诉求多元化的问题,基于Stackelberg博弈理论,构建了EH日前主从博弈优化调度模型。考虑到日前源、荷预测误差对EH优化运行的影响,提出了考虑激励型综合需求响应的EH日内短时间尺度优化策略,形成了日前与日内的闭环反馈优化。仿真结果表明考虑多种综合需求响应策略和主从博弈的EH多时间尺度优化调度策略,不仅可以降低系统运行成本,维护供需双方利益诉求,而且可以提升系统平抑源、荷波动的能力,实现EH经济、稳定运行。     

面向用户侧分布式光伏资源集群开发的博弈策略

当前,用户侧分布式光伏呈现出分散建设与无序接入的低端量化扩张态势,难以满足电网低碳转型下分布式光伏发电规模化深度开发与可持续发展需求。文中探索分布式光伏集群一体化开发与运营模式,提出集群开发用户侧分布式光伏资源博弈策略。首先,构建以集群运营商为主体的分布式光伏集群开发与运营模式;其次,针对用户自建光伏或出租场地两种开发模式,提出用户光伏开发行为预测方法;然后,揭示集群运营商与用户在光伏开发资源分配上的博弈关系,构建分布式光伏资源主从博弈双层优化模型。最后,仿真结果验证了所提方法对于引导用户侧分布式光伏有序理性开发与合理高效配置的有效性。     

基于演化博弈的区域电力市场报价策略研究

在电力市场环境下,随着省电力公司与发电厂商共同竞价的双边竞争区域电力市场的形成,研究了供需双方的报价策略和市场稳定策略点问题。以南方区域电力市场规则为例,分析了省电力公司与发电厂商报价策略的不同。应用演化博弈理论中的多群体复制动态博弈模型,对省电力公司与发电厂商竞价策略的演化过程进行模拟并研究其演化稳定策略。实际算例表明,"发电厂商报低价售电"与"省电力公司报高价购电"为市场演化稳定策略,与南方电网电力市场的实际模拟运行情况相符,可为市场监管和供需双方确定报价策略提供技术参考。     

考虑信息设备故障的综合能源信息物理系统可靠性分析

综合能源信息物理系统(integrated energy cyber physical system, IECPS)中信息系统失效将会对系统可靠性造成一定程度的影响,为研究信息系统中信息设备故障对综合能源系统可靠性影响,定义了信息物理子系统的概念并提出了一种适用于综合能源信息物理系统的可靠性评价指标。首先,基于马尔科夫过程蒙特卡洛法(Markov chain Monte Carlo,MCMC)建立多时段状态概率模型。其次,建立了综合能源信息物理系统模型,分别利用复杂网络理论和能源集线器技术建立了信息系统静态模型和物理系统数学模型,并对信息系统作用过程进行分析和建模。最后,利用提出的可靠性评价指标同时考虑系统供能水平,分析了不同情况下信息设备故障对综合能源系统可靠性的影响,以及系统可靠性对不同信息设备的敏感程度。算例以某综合能源信息物理系统为例,按照上述评估指标和方法评估信息设备故障对综合能源系统可靠性影响程度,结果可为综合能源信息物理系统的规划和运行提供参考。     

基于需求侧响应的区域综合能源系统的低碳经济调度

利用区域综合能源系统具有多能源互补及耦合的优势,能综合提升多种能源消纳的优化配置。提出一种区域综合能源系统的多目标低碳经济调度模型,充分挖掘区域能源系统内的储热装置、电锅炉和电储能促进风电并网消纳的优势。此外,综合考虑电价弹性变化、温度变化的影响,建立了负荷弹性需求响应机制,降低了系统负荷的峰谷差水平,进一步提升风电的上网空间。最后,利用改进精英策略下的NSGA-Ⅱ算法对所提调度模型进行优化求解。通过仿真结果说明了考虑峰–谷分时电价及储热、储能和电锅炉装置均能提升风电进一步并网消纳的空间,有利于优化区域综合能源系统内的低碳调度指标。最后结合IEEE-39标准节点电力系统和一个7节点的热力系统验证了所提模型的合理性。     

考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度

在能源互联网迅速发展的背景下,综合能源系统多能耦合互补特性为需求侧参与系统调度提供了更大的优化空间,如何建立切实有效的多能源、多类型需求响应模型对提升系统运行性能具有重要意义。为此,建立了考虑激励型、替代型和基于实时定价机制的价格型多能源、多类型需求响应精细化模型,在此基础上,以电、气、热、冷多能耦合园区系统为研究对象,考虑系统运行、需求响应、用户用能满意度等约束条件,提出了考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度策略。算例分析结果表明所提优化策略能够充分挖掘需求侧资源的调节潜力,在促进能源供需平衡的同时实现了系统多能协同互补与经济运行。     

基于Stackelberg博弈的配电网分布式光伏低碳化消纳方法

为促进配电网分布式光伏发电功率就地消纳,缓解弃光、电压越限等问题,提出了一种利用交易电价和低碳农业用电设备进行就地消纳的方法,构建了低碳化源荷协调双层优化模型。上层模型以光伏发电和农业园区方整体综合收益最大为目标,通过Stackelberg博弈模型,确定最优交易电价和各园区时移消纳功率;下层模型综合考虑低碳农业用电设备的低碳效益、配置数量等信息,以不同计量时段的最大低碳消纳效益为目标,农业园区控制就地消纳违约率,确定可时移负荷的优化控制方案和不同园区的最大低碳消纳效益。配电网仿真结果表明,采用交易电价和可时移低碳负荷消纳模型后,配电网分布式光伏就地消纳情况得到改善,弃光电量减少,电压质量得到改善,光伏发电和农业园区方综合收益均得到提升。     

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。     

不完全信息下计及环境成本的多能源集线器博弈优化调度

为解决综合能源系统内多个能源集线器间的不完全信息以及竞争制约关系给系统经济与环境优化调度带来的挑战,建立了经济和环境协同的综合能源系统优化调度模型,并分析了动态价格机制下多能源集线器间的制约关系,采用决策博弈方法对多能源集线器进行优化调度。针对能源集线器间热电联产运行模式的不完全信息,采用贝叶斯博弈对多能源集线器间的不完全信息博弈关系进行建模,并给出了博弈算法描述,获得计及环境成本的多能源集线器间贝叶斯博弈优化调度方案。仿真分析表明,依据不完全信息下多能源集线器间的博弈模型所得综合能源系统经济与环境优化调度方案趋近于实际情况,能够在提高经济效益的同时兼顾环境污染问题,具有合理性和可行性。     

基于深度神经网络的变工况下综合能源系统低碳经济调度

设备变工况特性给综合能源系统(integrated energy system,IES)经济调度的准确性带来了严峻挑战。为此,提出了一种基于深度神经网络(deep neural network,DNN)的变工况下IES低碳经济调度方法。首先,基于能量枢纽模型(energy hub,EH)和效率修正模型,建立具有可变效率的动态能量枢纽模型(dynamic energy hub,DEH)。其中,EH模型刻画多能源之间的耦合关系,基于DNN的效率修正模型提取设备效率的非线性特征。在此基础上,提出了以总运行成本最小为目标函数的IES低碳经济调度模型。算例分析表明,所提方法能实现IES低碳经济运行,有效提高调度模型的求解速度和精度。     

计及云边协同的园区综合能源系统双层能量优化

深入挖掘园区综合能源系统内部多能耦合利用以及综合需求响应潜力,对系统内灵活性资源进行储能化建模,并将虚拟储能资源按照参与优化调度的时间尺度进行划分,提出了日前、日内2个阶段的园区综合能源系统优化调度方法,在日前阶段建立了热电协同优化模型,在日内阶段基于日前调度结果建立了电功率快速调整模型。进一步地,为充分发挥综合能源系统中各园区资源的时空互补优势,从多时间尺度、多主体角度提出适用于实时阶段的计及云边协同的综合能源系统双层能量优化方法。基于各园区可再生能源发电和电负荷的最新预测结果,在能量管理云平台建立了满足系统整体运行经济性目标的实时能量优化模型,在边缘控制器利用模型预测控制方法建立了以日内优化结果为参考值的精细化调控模型,并采用交替方向乘子法求解,以实现园区自身利益与综合能源系统总体效益的均衡。仿真结果表明,通过园区间联络线的传输功率协调以及电储能、动态可控负荷的辅助调用,可有效平抑可再生能源出力和电负荷需求的实时波动,提高系统整体运行调控的鲁棒性与有效性。     

考虑氢能交通运输时空特性的电-氢综合能源系统协同优化方法

电-氢综合能源系统(EH-IES)在新时代背景下有巨大潜力,受限于现有输氢管道长度,EHIES可视为由多个氢能子系统(HES)和电力网络耦合而成。若要充分利用EH-IES运行灵活性,可在考虑EH-IES协同优化的同时,利用氢储能的可移动性实现氢能在多个HES之间的最优调度。为此,提出了一种“就地制氢-交互运氢”的运行模式。以EH-IES为研究对象、总运行成本最小为目标函数,考虑氢气长管拖车(HT)运输所需时间与HES交互运行,建立了包含可再生能源、电制氢储氢站(PHSS)、HT、电氢负荷的综合能源系统联合优化模型。通过9辆HT、3座PHSS接入IEEE 30节点系统的算例对比分析了各HES交互对系统优化的影响,结果表明：所建立的优化模型能够减少总运行成本,提升风电消纳水平,提高电力系统运行灵活性,验证了所提模式的有效性与可行性。     

基于自然进化策略的可再生能源ELM预测两阶段优化训练方法

随着中国“双碳”目标的提出和可再生能源接入比例的不断提高,其精确预测对提高新能源消纳水平和电网稳定性以及降低系统规划运行成本具有重要意义。为此,提出了基于自然进化策略（NES）的极限学习机（ELM）网络参数两阶段优化训练方法及可再生能源功率预测改进模型。在第1阶段,使用ELM随机参数和广义矩阵逆运算过程训练模型网络参数。ELM训练过程具有随机性且矩阵逆运算过程缺少对参数的微调,导致模型虽然训练速度较快,但在精度上有所欠缺。因此,第2阶段在原有模型训练结果的基础上引入输出层偏移和自适应的NES算法,对网络参数进行二次优化调整。结果表明,该两阶段优化算法能够有效地提高模型预测精度。     

城镇能源互联网示范应用综述：现状、经验及展望

中国在城镇化进程中城镇能源系统存在着综合能效偏低、清洁能源占比不足、碳减排压力大等共性问题,建立城镇能源互联网示范样板工程,对推动中国城镇化建设具有重要意义。中国的城镇能源系统不同于其他国家,其示范工程的建设与示范也应有其特殊性。为此,文中首先综述了国内外在城镇能源互联网示范工程建设与示范方面的探索与实践,着重介绍江苏扬中和天津北辰两个中国南北典型特色城镇在新型城镇能源互联网示范工程方面做出的探索。在此基础上,进一步提炼出中国城镇能源互联网示范工程实践的普遍性问题,并结合中国新型电力系统建设的现状与挑战,对中国未来推动城镇能源互联网建设提出了相关建议。