考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气（P2G）工业园区运行能效,文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先,构建含P2G综合能源系统架构。其次,针对系统风电消纳问题,提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后,针对系统能效较低的问题,挖掘系统能量耦合及梯级利用关系,建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型,结合氢能实际使用需求,实现氢能高品位使用。最后,计及风电出力预测误差,以系统运行成本最小为目标,采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标,构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。     

考虑P2G的多能源系统优化运行研究*

电转气技术(P2G)的出现给多能源系统中风电消纳问题带来了新的解决方案,而目前P2G设备的运行成本的高昂又与实现充分的弃风消纳存在矛盾。基于此,文中在考虑P2G设备运行成本的基础上,提出了一种计及分段弃风成本的多能源优化运行模型。首先,本文基于能源中心的概念,分析了包含P2G设备等多种能源转换装置在内的多能源系统模型。以能源系统供能成本最小为目标函数,并在目标函数中考虑了计及分段弃风惩罚因子的风电弃风成本,采用变惯性权重w的粒子群算法进行求解,对24h时间段内多场景下系统风电消纳情况、系统供能成本变化进行分析。结果表明,多能源系统中利用P2G设备可以提高风电利用效率,减少系统供能成本,综合效益显著。     

计及电转气精细化模型的综合能源系统鲁棒随机优化调度

利用综合能源系统的多元消纳技术和多元存储技术辅助解决可再生能源就地消纳问题,将电转气(power to gas,P2G)细分为电转氢气和电转天然气,考虑电解槽、甲烷反应器的实际运行特性,以及氢储能的充放过程,建立P2G精细化模型。在含P2G的综合能源系统中,针对可再生能源预测误差相对较大、负荷预测精度相对较高的特点,在源侧采用鲁棒优化的工程博弈模型处理风电不确定性,在荷侧利用随机优化方法处理负荷不确定性,构建计及电转气精细化模型的综合能源系统鲁棒随机优化调度模型。算例结果验证了所提模型的有效性和可行性,相较于一般的P2G模型,所提精细化P2G模型细致表现了P2G技术的能源耦合方式,同时,综合能源系统鲁棒随机优化调度模型有利于兼顾系统调度成本和可靠性。     

考虑风电出力不确定性的综合能源系统鲁棒优化

受风速的波动性和间歇性的影响,风力发电具有明显的不确定性特点,增加了电力系统调度运行难度。针对风电出力的不确定性,以系统总运行成本及弃风成本最优为总目标,考虑系统能量平衡、火电机组出力、燃气轮机出力、P2G设备出力等约束条件,采用鲁棒优化方法构建含P2G设备、冷热电联产机组及储能装置的综合能源系统鲁棒优化模型,采用24时段的算例通过Matlab软件中心YALMIP工具箱,通过CPLEX求解器进行求解,分析不同鲁棒参数及风电消纳率条件下,系统运行成本的差异。最后,仿真验证了所建模型的正确性和有效性。     

计及风电出力随机特性的电-气综合能源系统随机优化

不断成熟的电转气 （power to gas, P2G） 技术和燃气机组为电力系统和天然气系统的双向耦合和闭环运行, 进而形成电-气综合能源系统 （integrated electricity-gas energy system, IEGES） 奠定了基础。IEGES的发展有助于提升电力系统和天然气系统运行的灵活性, 并为消纳风电等间歇性可再生能源发电提供新途径。在此背景下, 研究了含P2G装置和燃气机组的IEGES的随机优化策略。首先, 构建了计及风电出力随机特性的IEGES随机优化模型, 以运行成本最小化为优化目标, 并考虑了电力系统和计及管存影响的天然气系统的相关运行约束。其中, 利用快速搜索密度聚类算法对历史风速数据进行场景聚类, 以处理风电出力的随机特性。然后, 采用AMPL/IPOPT商业求解器求解所建立的随机优化模型。最后, 以修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的IEGES为例, 对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明。     

考虑电气混合储能的区域能源系统调度方法研究

储能有助于可再生能源消纳,但单一的储电、储气都有局限性。本文研究了储电与储气的协调运行策略,建立了电气混合储能系统的数学模型,分析了其消纳弃风原理,并在协调运行策略基础上,建立了考虑电气混合储能的区域能源系统优化调度模型。结合算例对比分析了不考虑储能装置、考虑电转气（P2G）与储气装置、储气-储电常规运行和储气-储电协调运行4种场景下的风电消纳效果和经济性。结果表明,本文提出的储气-储电协调运行策略可以有效提高系统经济性和可再生能源消纳能力。     

考虑风电不确定性和碳交易成本的多能源微网日前鲁棒经济调度模型

在低碳背景下,含热电联产(Combined Heating And Power, CHP)及电转气(Power to Gas, P2G)技术的多能源微网系统可以实现多种能源清洁低碳化供应,提高能源综合利用效率。然而,风电强烈的随机性与波动性严重影响多能源微网运行的安全性与经济性。基于此,采用可调鲁棒优化方法应对风电出力不确定性;并根据P2G低碳特性和碳交易市场机制建立阶梯型碳交易模型,综合考虑常规机组的运行成本、电量交易成本、弃风惩罚成本以及碳交易成本,构建多能源微网日前双层可调鲁棒经济调度模型。最后,对系统不同场景的调度结果进行对比分析,结果表明：引入阶梯型碳价后,可以有效提升含P2G的热-电联产型多能源微网低碳运行的经济性,可调鲁棒方法能使多能源微网在经济性和保守性上得以平衡。     

计及风光不确定性的电气热综合能源系统日前区间优化

为探究风电、光伏出力的不确定性及储能系统对电气热综合能源系统运行的影响,建立了考虑风电与光伏出力不确定性的电气热综合能源系统日前区间优化模型,利用区间数表示电气热综合能源系统中风电、光伏出力的不确定性,并考虑电网络、天然气网络及热网络等不同设备的上、下限约束.将该模型转化为混合整数线性规划模型,并通过区间线性规划方法求...     

考虑风光不确定性的电气互联虚拟电厂近零碳调度优化模型

风电、光伏出力的不确定性给电力系统的稳定运行带来威胁,含电转气(power-to-gas,P2G)的电气耦合系统能够解决这一难题。文章将电转气与虚拟电厂(virtual power plant,VPP)进行集成,提出电气互联虚拟电厂的基本概念、通用建模及调度优化模型。针对风光不确定性,引入条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)方法和鲁棒随机优化方法,分别用于刻画目标函数和约束条件中的不确定性变量,并引入最大碳排放限额(maximum total emission allowances,MTEA)指标,考虑虚拟电厂近零碳运营方案可行性。为求解多目标优化模型,构建了基于目标函数投入产出表和权重偏差校核的模型求解算法,并选取9节点能源集线器系统开展实例分析,结果表明电气互联虚拟电厂能实现分布式能源互补利用,形成电-气-电循环利用模式,所提模型能够同时兼顾分布式能源的高额经济收益和不确定性风险。     

含P2G的综合能源系统经济调度研究

综合能源系统由于其能源的梯级利用可以促进可再生能源的消纳,而电转气(P2G)设备的出现可以很大程度上促进风电消纳,在能源中心概念的基础上建立了包含电转气(P2G)设备的综合能源系统模型,以系统运行成本最低作为目标进行调度研究,在约束条件中考虑了系统内部的功率约束、能源转换设备以及储能设备的运行约束,通过算例在MATLAB平台进行仿真验证,构建了两个不同的场景,分别考虑在加入电转气(P2G)设备和不加入情况下系统的风电消纳能力,结果表明电转气(P2G)设备的加入促进了系统对风电的消纳。     

考虑电转气设备和风电场协同扩建的气电互联综合能源系统规划

随着电转气技术的发展和燃气机组占比的日益提高,电力、天然气系统间的耦合程度逐渐加深。在此背景下,对气电互联综合能源系统扩建规划时,考虑投建发电机组、输电线路、天然气气井、输气管道、风电场、电转气设备,并探究电转气设备和风电场协同扩建对系统扩建方案、风电消纳和经济性的影响。在计及电力、天然气系统相关运行约束的前提下,建立以系统投资运行总成本之和最小为目标的气电互联综合能源系统长期协调规划扩建模型;通过分段线性法将该模型转化为混合整数规划模型进行求解;通过IEEE 24节点的电力系统和12节点的天然气系统组成的算例系统验证所提模型的有效性,结果表明合理的电转气设备和风电场协同投建可以减少输电线路阻塞和输电线路的过度投建,提高系统经济性和运行安全性。     

考虑运行策略和投资主体利益的电转气容量双层优化配置

电转气(P2G)技术的日益成熟,促进了电网和天然气网间的耦合,使两者间实现大规模互联成为可能。文中利用条件风险价值(CVaR)理论,对风电不确定性给电—气互联系统带来的运行风险及其成本进行了分析。在计及风力发电企业和电—气互联系统两个利益主体后,构建了P2G设备容量配置双层规划模型,以风力发电企业净利润作为上层目标,电—气互联系统运行成本为下层目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。利用IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的仿真系统,验证了配置P2G设备来提高风电消纳率和降低系统弃风风险的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。     

基于交替方向乘子法的电-气互联系统分布式协同规划

逐渐增多的燃气机组和日益发展的电转气技术使得电力、天然气系统的耦合愈加紧密,因而对电力、天然气系统的规划也需要考虑两个系统的耦合作用。目前中国的电力系统、天然气系统分属不同的投资决策主体,两个系统通常只进行部分信息交互。针对这一特点,基于交替方向乘子法构建了电-气互联系统的分布式协同规划算法。首先考虑电力系统和天然气系统的相关运行约束,建立了以燃气机组、电转气为耦合元素的电-气互联系统的集中协同规划模型;其次,采用交替方向乘子法在电力系统源、网协同规划子问题和天然气网络规划子问题的基础上,通过耦合变量的信息传递,构建了两个子问题交替迭代求解的机制。最后以修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气互联系统为例,说明了所提方法的可行性和有效性。     

含电转气的电-气互联系统风机失效的风险调度模型

基于燃气机组和电转气(P2G)装置的含风力发电的电-气互联系统正快速发展,电网故障和机组自身故障造成的风电机组失效给互联系统的安全运行带来了较大的风险。目前,关于电-气互联系统的运行调度较少计及系统存在的风险,而燃气轮机和P2G装置的控制策略给系统风险带来的影响不可忽略,独立电力系统中的调度方法难以直接应用于电-气互联系统。为此,基于电-气互联系统的运行特性及风机失效风险,建立了考虑P2G的电-气互联系统的风机失效风险指标,并基于该指标建立了以风机失效风险最小、燃煤机组煤耗成本最少的多目标优化调度模型,以权衡系统运行过程中风险与煤耗成本之间的矛盾。算例结果表明,所提的多目标风险调度模型能够有效降低电-气互联系统的运行风险,提高风电的消纳能力。     

计及动态管存的电—气互联系统优化调度与高比例风电消纳

面向高比例风电接入下电—气互联系统(IEGS)的日前优化调度问题,首先提出了风电并网功率比例因子,将其作为控制变量引入风电的随机性模型中,使风电建模可反映风电不确定程度与并网功率的相关性。其次,基于天然气传输的动态管存模型及流量平衡方程,推导了动态管存特性在应对天然气负荷波动时所呈现的缓冲特性机理。进一步地,以IEGS外购能源费用最小为目标,计及动态管存特性,同时引入极限场景的优化方法,建立了含高比例风电的IEGS日前经济调度模型,并对模型进行线性化求解。最后,构建仿真系统,验证了动态管存特性对风电不确定性功率的缓解作用,可有效提升系统运行的灵活性。同时,得出电转气(P2G)设备的应用有利于提升风电消纳能力的结论,但该能力受到风电不确定程度的制约。     

含P2G的电—气互联网络风电消纳与逐次线性低碳经济调度

电转气(P2G)技术具有弃风消纳和碳捕获的能力,是电—气互联网络(IEGN)实现能源清洁低碳化利用的重要支撑技术。基于P2G的技术特性,首先分析了P2G消纳弃风与低碳协同机理,并结合碳交易市场的背景,提出了P2G的碳交易市场激励机制,建立了IEGN综合碳成本模型。进而计及P2G碳原料成本、天然气网动态管存特性,搭建了IEGN日前低碳经济调度模型。模型目标函数以弃风罚系数作为协同参量,实现对低碳经济成本最小和最大风电消纳两目标的协同。针对模型强非线性的特性,提出了改进的逐次线性化方法对模型进行线性化求解。算例仿真表明,气网动态管存特性和碳交易激励对提升P2G运行空间、提高系统弃风消纳和低碳效益具有积极作用,而所提的改进逐次线性化法在保证计算精度的同时可提升求解效率。     

考虑能源重复转换的综合能源系统经济运行

在综合能源系统中引入电转气（power to gas,P2G）设备加强了电力和天然气网络间的耦合,减少了弃风弃光现象,但也使可再生能源在进行优化调度时发生能源重复转换,降低用能效率,产生能源损耗。在此背景下,提出了一种减少能源重复转换的双层优化调度模型,引入KKT条件将双层模型转化为单层模型,优化得到了协调各转换设备的调度运行计划及系统最小运行成本。在算例中采用4种不同的典型场景对系统进行验证,结果表明：所提优化调度模型能够在提高可再生能源消纳的情况下,降低系统运行成本,提高用能效率,与未考虑能源重复转换的传统调度模型相比经济性有显著提高。     

考虑天然气-电力耦合的多能源系统风电消纳分析

燃气-蒸汽联合循环机组将电热冷气等多种能源系统耦合成多能源系统,电转气(P2G)技术应用于消纳弃风,进一步加强了电力与天然气2个系统间的耦合。文中探讨了P2G的消纳弃风原理,研究了P2G设备的启停控制策略,并建立了基于P2G的气电耦合模型和天然气管网储气模型,构建了考虑天然气-电力耦合运行的多能源系统协同优化调度模型。最后通过算例仿真,分析了计及天然气-电力耦合的多能源系统的消纳弃风效果,以及天然气管网储气能力与P2G配置容量的关系。研究表明,充分利用天然气管网的储气能力可进一步消纳弃风,且管网储气能力越强,系统配置的P2G容量可越小。     

计及电转气运行成本的综合能源系统多目标日前优化调度

电转气技术为弃风消纳提供了新的途径,将是未来综合能源系统的重要支撑技术之一。在考虑电转气运行成本的基础上,分析其对综合能源系统风电接纳能力与运行经济性的影响,并针对其较高的运行成本与较好的弃风消纳效果间的矛盾问题,提出一种多目标日前优化调度模型。首先,建立电转气及其运行成本模型,并给出含电转气的能源集线器模型。继而,针对电转气运行成本较高时系统在运行经济性与风电接纳能力间存在的矛盾关系,通过多目标加权模糊规划方法进行协调。最后,以9节点能源集线器系统为例对所提模型进行仿真计算,通过结果分析证明了综合能源系统中计及电转气运行成本的必要性,以及兼顾考虑经济性与风电接纳能力的可行性。