计及相关性的电-气-热综合能源系统概率最优能量流

由电力系统、天然气系统和热力系统耦合构成的综合能源系统(IES)是"能源互联网"的重要组成部分,是构建更加经济、环保、高效能源系统的必经之路。该文提出了一种计及相关性的电-气-热IES概率最优能量流计算方法。首先,以IES运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统、热力系统的运行约束及能量耦合约束,建立了IES最优能量流模型;针对IES中风电接入背景下的不确定性因素,并考虑其相关性,建立IES概率最优能量流模型,并采用基于Nataf变换的三点估计法对该模型进行求解。对由修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统和巴里岛32节点热力系统构成的IES进行仿真分析,仿真结果验证了该文所建立模型的可行性与有效性。     

计及相关性的电-气互联区域综合能源系统概率多能流计算

可再生能源的规模化接入增加了电-气互联区域综合能源系统中的不确定性,同时随着电力系统和天然气系统耦合程度的加深,耦合环节负荷的波动对整个电-气互联区域综合能源系统能流产生的影响日趋显著。首先,建立基于能源集线器模型的电-气互联区域综合能源系统稳态多能流计算模型;在此基础上,考虑可再生能源出力、电力系统负荷、天然气系统负荷和耦合环节负荷的波动性,并计及电力系统负荷和天然气系统负荷间的相关性,提出电-气互联区域综合能源系统中输出状态变量半不变量的计算方法;最后使用Cornish-Fisher级数展开法来拟合输出状态变量,得到输出状态变量的概率分布。在修改后的IEEE 33节点配电网络与天然气11节点网络耦合而成的电-气互联区域综合能源系统上进行算例分析,验证了所提方法的有效性、快速性和实用性,同时分析了耦合环节负荷不同波动水平和电力系统负荷与天然气系统负荷间相关性水平对概率多能流计算结果的影响。     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

基于PSO-Newton法的电-气综合能源系统能流计算

在全球能源形势日趋严峻的情况下,传统单一的电力系统能源结构已经无法满足发展的需求。随着电解制取天然气(P2G)技术及燃气轮机技术的迅速发展,电力系统与天然气系统的联系变得紧密起来。能流计算作为电-气系统耦合分析的基础与关键,对其研究显得尤为重要。文中首先分析了电力系统与天然气系统数学模型,针对牛顿(Newton)法中较难解决天然气系统对压力初值的选取问题,提出利用粒子群(PSO)算法对压力初值进行优选;然后利用Newton法顺序求解电-气综合能源系统(IES)的能流;最后在由IEEE 14节点配电系统和14节点天然气系统组成的电-气耦合系统中验证了所提方法的可行性和准确性。     

电–气混联综合能源系统概率能量流分析EI北大核心CSCD

由电力系统(electric power systems,EPS)、天然气系统(natural-gas systems,NGS)之间的耦合与互联构成的综合能源系统(integrated energy systems,IES),对于构建经济、环保、高效的能源系统至关重要。同时,由于IES中大量的不确定因素,有必要将不确定建模技术应用于IES分析。该文将广泛应用于EPS的概率潮流的概念推广到IES的概率能量流分析中,计及了EPS、NGS之间3方面的耦合:1)燃气轮机组;2)电力驱动加压站;3)能源集线器。在IES稳态能量流的基础上,考虑了电、气、热负荷以及风电场出力的不确定性,并采用蒙特卡罗模拟法求解IES概率能量流。算例分析表明,NGS(或EPS)中不确定性因素会对EPS(或NGS)的概率能量流产生影响;同时NGS能量流方程线性化精度明显低于EPS。     

基于灵敏度分析的综合能源系统运行安全性的研究

基于电-气互联综合能源系统子系统间的灵敏度矩阵,探究了电-气能源子系统间的交互耦合机理,提出一种提升综合能源系统运行安全性的改善措施。首先构建电-气耦合的综合能源系统模型,采用基于扩展牛顿-拉夫逊法的交替求解法求解该综合能源系统的多能流方程;在此基础上,借助综合能源系统灵敏度分析方法计算电压幅值-燃气负荷灵敏度矩阵和天然气系统节点压力-电力系统节点有功灵敏度矩阵,定量描述电、气系统间交互耦合作用机理;然后,通过灵敏度矩阵辨识与薄弱节点密切相关的关键环节,研究提升综合能源系统运行安全性的相关措施。最后,通过IEEE 24节点和比利时20节点天然气系统耦合的IEGES-24系统算例对所提方法进行分析、验证,结果表明所提方法可应用于综合能源系统交互耦合机理揭示和运行安全性分析。     

考虑精细模型的电-气综合能源系统优化运行方法

随着电力系统与天然气系统耦合程度的不断加深,电-气综合能源系统的优化运行成为当下研究热点。然而,电力与天然气系统的非凸非线性为模型的优化求解带来了巨大挑战,诸多研究工作对模型做了简化处理可能导致调度策略不可行。为此,文中构建了电-气综合能源系统优化模型,采用较为精细的电网交流潮流模型和气网稳态模型构成电-气综合能源系统模型,并采用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解。为考虑复杂的耦合系统约束,文中将基于分别循环迭代的电-气综合能源系统能量流计算方法嵌入粒子群算法中,根据粒子位置得到非平衡机组出力、非平衡气井产气量,通过能量流计算得到系统的运行状态,进而将上下限约束作为罚项添加到粒子的评价函数中,并赋以较高的权重。在仿真验证中,文中将13节点电力网络与7节点天然气网络耦合作为测试系统,验证了优化方法的有效性。     

基于双层优化模型的能源互联网自愈及优化运行策略研究

电网和天然气网通过双向耦合可实现高可靠性运行。为解决电-气耦合的能源互联网故障自愈问题,提出了一种能源互联网自愈及优化运行方法。首先,该方法基于电-气耦合特性,充分利用天然气网对电网的能量补充,在考虑天然气网经济性和新能源出力不确定性的基础上,建立双层优化模型,实现综合能源系统的故障快速自愈及优化运行。上层模型利用基于广度优先搜索法的改进蚁群算法,优化供电恢复路径,得到系统开关状态。下层模型基于电-气耦合特性分析,以天然气网经济性为主要目标,采用条件风险价值理论(conditional value at risk, CVaR),同时考虑新能源出力不确定性带来的运行风险,构建电-气耦合的能源互联网优化重构模型。然后,对双层优化模型进行求解并进行全局优化,得到电-气互联型能量调度最优的故障恢复和优化运行方案。最后,通过IEEE33节点配电网和7节点天然气网耦合的能源互联网仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

基于并行ADMM的分布式电-气能量流多目标协同优化

在能源互联网的背景下,电力系统与天然气系统互联以实现能量双向流动,此时对电-气耦合系统的电-气能量流进行协同优化很有必要。同时,为协调电力系统与天然气系统在多个目标下的矛盾冲突,需考虑如何实现多目标下系统最优调度运行。针对以上问题,并考虑到电力系统与天然气系统通常隶属于分布自治的经营主体,文章提出一种基于并行交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)的分布式电-气能量流多目标协同优化算法,利用分解协同交互机制实现电力流与天然气流的分布式多目标并行优化,并针对算法的原理、收敛性能以及相关参数对算法的影响对该算法进行深入探讨。最终,在基于IEEE 39节点电力网络和Belgian 20天然气网络搭建的电-气耦合能源系统上进行仿真测试,仿真结果验证了所述算法的有效性     

大规模综合能源系统电-气-热多能潮流建模与计算方法

为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,综合能源系统IES已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握IES多能流耦合机理,对开展后续系统规划、优化和分析问题的研究具有重要意义。本文提出了一种适用于含电、气、热网络的大规模综合能源系统电-气-热多能潮流计算方法。首先,建立了电力网络、热力网络、天然气网络的稳态数学模型;建立了基于通用能量母线模型的IES耦合环节数学表达形式;在此基础上,采用牛顿-拉夫逊方法对大规模综合能源系统多能潮流计算模型进行解耦求解;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流算法

电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)的最优能量流(optimal energy flow,OEF)计算是其优化规划与运行分析的基础。针对现有电-气综合能源系统最优能量流求解方法存在的数据交互频繁、收敛性差以及难以保证隐私性等问题,提出了一种基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流计算方法。首先,建立计及有功网损的电力网络最优直流潮流模型,以及基于二阶锥松弛的天然气网络最优潮流模型。其次,基于参数线性规划理论,建立了电-气耦合功率与电力网络潮流最优解的关联函数。然后,将该关联函数传递至天然气系统中进行联合优化,并返回电-气耦合功率信息至电力系统中求解,分别得到最优能量流的天然气流与电力潮流结果。仿真分析表明所提方法能够通过单次信息交互准确求解最优能量流,同时交互信息量较小且不包含隐私信息,适用于最优能量流的分解式计算。     

计及异质气体混合的电–气–热综合能源系统能量流计算方法

随着环境污染与化石能源枯竭的问题凸显,电–气–热多能互补的综合能源系统(integrated energy systems,IES)成为了研究热点。针对IES能量流计算中数学模型详细性问题以及未来电制气(power-to-gas,P2G)广泛应用带来的异质气体注入问题,构建了能反映不同气体成分下P2G效率与不同温度条件下电热泵(electric heat pump,EHP)能效的详细模型,考虑了不同成分气体注入对气体参数与系统运行状态的影响以及相应的建模,在传统天然气系统稳态分析方法的基础上介绍了可以反映异质气体注入对网络状态影响的稳态分析方法。以此为基础提出了计及异质气体混合与耦合元件详细模型的电–气–热IES能量流交替迭代计算方法,并采用电力系统分析综合程序(power system analysis software package,PSASP)实现电力系统的潮流计算。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性。     

电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。     

面向可再生能源接入的综合能源系统熵态机理和分析方法

综合能源系统（IES）中不同品质能量的转换和高比例可再生能源集成背景下源荷的不确定性均增加了系统能量的不可用性。为统一量化分析上述场景中的能量不可用性，基于IES的网络属性，提出了面向可再生能源集成的IES熵态机理与分析方法。基于IES(火用)流机理模型，建立了IES物理层面热力学熵增机理模型；基于广义信息功理论，引入IES信息学等效热力学熵增机理模型。结合IES的网络化特征，定义了熵态、熵增流、熵增流量、熵增源、节点熵增等IES熵态基本概念。在此基础上，提出了IES各个环节的熵态建模方法。最后，通过算例系统验证了所提模型可有效求解IES的熵态分布，并探讨了源荷预测差异性对系统熵态分布的影响。     

含DFIG风电场电-气耦合系统的概率连续混合潮流方法及其负荷裕度分析

针对含双馈感应式风机(DFIG)风电场电-气耦合多能流系统的最大负荷裕度及其耦合影响问题,考虑天然气管网的动态特性,建立考虑DFIG稳态模型和能源路由器(EH)的含参连续混合潮流模型;采用随机响应面法(SRSM)拟合DFIG出力,结合预估-校正及电-气系统耦合交替迭代获取电力系统负荷节点的有功功率-电压曲线、天然气系统流量-气压曲线及其负荷裕度期望值;定义电压-负荷、气压-流量灵敏度,可分别跟随电力系统负荷节点有功功率-电压曲线、天然系统气流量-气压曲线的获取,定义电-气耦合环节中天然气系统节点压强-EH节点注入电功率和电力系统节点电压-EH节点天然气注入流量灵敏度,从而定量评估电-气耦合下电力系统、天然气系统和电-气耦合环节的薄弱节点及EH耦合程度。含DFIG风电场的IEEE 14节点电力系统和22节点天然气系统通过11个EH耦合而成的电-气系统的算例仿真结果验证了所提模型、算法和所定义负荷裕度灵敏度指标的正确性和有效性。     

基于参数灵敏度的综合能源系统安全控制策略研究

该文基于电–气综合能源系统(integratedenergy system,IES)子系统间的参数灵敏度矩阵,探究IES变量间的交互耦合机理,提出一种IES静态安全控制策略。首先,构建电–气耦合的IES模型,并采用Newton-Raphson法求解IES多能流方程;在此基础上,利用多能流计算过程中的雅可比矩阵信息及变量间的耦合关系,计算IES中电压、气压、支路潮流、管道流量对控制变量燃气轮机出力、压缩机出口压力的参数灵敏度矩阵,定量描述电、气互联系统间交互耦合机理;然后,提出一种IES静态安全控制策略,在保证系统负荷供应的前提下,对IES越限元件基于参数灵敏度矩阵计算压缩机出口压力及燃气轮机出力的控制量,进而调整控制元件的运行状态使其满足IES安全运行要求;最后,通过IES 4-12算例对所提方法进行分析、验证,结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

考虑综合需求响应不确定性的电-气综合能源系统优化运行

为有效分析综合需求响应（integrated demand response,IDR）不确定性给系统安全稳定运行带来的影响,以电-气综合能源系统（integrated electricity-gas system,IEGS）为例,提出一种考虑IDR不确定性的IEGS优化运行模型。首先,根据基于能源价格的IDR项目实施特点,分析出IDR中的模糊性和概率性变量,建立相应的IDR不确定性模型;然后,以点估计法计算系统概率能量流,并将其计算结果作为机会约束,使在最小化IEGS运行成本的同时,保证系统运行的安全性。最后,以改进的IEEE-33节点电力系统和比利时20节点天然气系统构成的IEGS为例,验证所提模型和方法的有效性,并评估不确定性环境下系统的风电消纳能力。     

考虑综合需求响应不确定性的电-气综合能源系统优化运行

为有效分析综合需求响应（integrated demand response,IDR）不确定性给系统安全稳定运行带来的影响,以电-气综合能源系统（integrated electricity-gas system,IEGS）为例,提出一种考虑IDR不确定性的IEGS优化运行模型。首先,根据基于能源价格的IDR项目实施特点,分析出IDR中的模糊性和概率性变量,建立相应的IDR不确定性模型;然后,以点估计法计算系统概率能量流,并将其计算结果作为机会约束,使在最小化IEGS运行成本的同时,保证系统运行的安全性。最后,以改进的IEEE-33节点电力系统和比利时20节点天然气系统构成的IEGS为例,验证所提模型和方法的有效性,并评估不确定性环境下系统的风电消纳能力。     

基于分立求解的电气耦合综合能源系统多能流联合计算方法

电力系统和天然气系统通过大量的燃气电厂、电转气设备等紧密耦合在一起,构成了电气耦合综合能源系统,本文提出一种基于分立求解的电气耦合能源系统多能流联合计算方法.首先,建立天然气系统、电力系统,以及耦合环节天然气发电机的模型.然后,提出基于分立求解的电气耦合综合能源系统多能流模型,通过读取天然气发电机的有功出力,计算得到其...     

电–热–气综合能源系统多能流计算方法

为缓解环境污染,提高终端用能效率,综合能源系统(integrated energy system,IES)已成为我国能源结构调整的重要方向。在IES框架下,传统以电力系统为对象的潮流计算方法将难以满足对互相耦合的能量流分析的需求。提出了一种适用于含电、热、气的IES的扩展Newton-Raphson多能流计算方法。首先,分别建立了IES中电力、热力和天然气网络的数学模型;针对现有方法对含压缩机的天然气网络建模的繁冗性问题,计及不同的控制方式,提出了改进的实用化处理方法;在此基础上,进一步构建了IES多能流计算模型,考虑IES中电力系统并网和孤岛2种运行方式,推导并得出了反映多能源耦合关系的雅可比矩阵。算例验证了该方法在不同运行场景下对多能流进行计算和互动特性分析的有效性。