区域综合能源协调控制技术

综合能源系统是能源互联网的重要组成部分和社会能源的主要承载形式,是新一轮能源转型和能源变革的重要发展方向。区域综合能源协调控制系统作为电网调度系统的延伸和拓展,对区域内相关能源设备进行多能流的精益化泛在调度控制。结合综合能源系统的三层架构,分析区域综合能源系统在其中的重要作用,提出区域综合能源协调控制系统的拓扑关系及硬件和软件结构,研究系统平台服务、基础应用和高级应用功能设计需求,开发区域综合能源协调控制系统软件,在苏州同里新能源小镇综合能源示范区开展试验验证和示范运行,并将进一步推广应用。     

区域综合能源协调控制技术

综合能源系统是能源互联网的重要组成部分和社会能源的主要承载形式,是新一轮能源转型和能源变革的重要发展方向。区域综合能源协调控制系统作为电网调度系统的延伸和拓展,对区域内相关能源设备进行多能流的精益化泛在调度控制。结合综合能源系统的三层架构,分析区域综合能源系统在其中的重要作用,提出区域综合能源协调控制系统的拓扑关系及硬件和软件结构,研究系统平台服务、基础应用和高级应用功能设计需求,开发区域综合能源协调控制系统软件,在苏州同里新能源小镇综合能源示范区开展试验验证和示范运行,并将进一步推广应用。     

多主体利益协调的区域综合能源系统综合评价

如何对区域综合能源系统（regional integrated energy system， RIES）进行科学有效的评估是发展RIES亟需解决的问题。为此，文章提出一种基于物元可拓模型的RIES综合效益评价模型。首先，对RIES的多参与主体的利益关系进行分析，并在此基础上建立了涵盖政府、电网、RIES投资运营商、用户多主体利益驱动的RIES综合效益评价指标体系，其指标反映了RIES的能源、环境、经济、安全等特性。其次，对于该指标体系存在的多主体利益相矛盾、指标值易受不确定性因素影响的特点，提出一种集值迭代法与反熵权法主客观组合赋权的物元可拓评估决策模型，以实现对RIES综合效益的定量评价。最后，通过算例验证了所提方法的有效性。     

多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)模式能实现不同区域分布式冷热电联供(combined cooling,heating and power,CCHP)型综合能源系统的协调优化控制,通过VPP实现多区域CCHP,并参与能量市场(energy market,EM)和旋转备用市场(spinning reserve market,SRM)可获得更好的经济效益。建立EM和SRM下聚合燃气轮机、锅炉、风机、光伏、电储能、热储能、电负荷、热负荷、冷负荷等的多区域VPP综合能源协调调度优化模型,该模型考虑VPP内不同区域间的冷热电交互,以及区域内的电、热、冷互补问题。以长沙某一多区域CCHP型综合能源系统为例,通过对夏季和冬季典型日VPP调度优化情况的分析,验证了所构模型的有效性。结果表明:本模型能实现VPP内不同区域和不同类型聚合单元的冷热电协调优化调度,有效降低VPP成本。     

含垃圾能源化处理及电动汽车负载的区域综合能源系统协调优化

传统能源系统互相独立、欠缺联动,容易导致能量的浪费,并且能源结构也难以优化。区域综合能源系统具备多能互补、高效利用的优点,是提高能源利用效率和环保性的重要改进技术。为了利用垃圾蕴含的能量和电动汽车负载端的能源消纳,文中建立一个考虑垃圾焚烧和电动汽车负载的区域综合能源系统模型,利用模型进行系统的优化调度研究。论文分析了系统内的多能源能量流通关系,而后对系统内的各种能源转换设备及电动汽车进行分析,引入垃圾能源化处理,将热能转化为电能,并利用电动汽车进行电能消纳的模式,得出区域综合能源系统的能源效益最大化的模型。通过python进行算例分析,结果表明,含垃圾处理和电动汽车参与的区域综合能源系统既能提高能源的利用效率,又能带来更优的经济效益。     

计及电动汽车接入的区域综合能源系统双层日前协调优化调度

规模化电动汽车(electric vehicles, EV)的接入对区域综合能源系统(regional integrated energy system, RIES)优化调度提出了新的挑战,文章提出了计及分布式电源和电动汽车源荷双向互动的RIES双层日前优化调度策略。首先,采用蒙特卡洛法模拟电动汽车无序充电,在此基础上利用分时电价引导负荷侧的电动汽车有序充电;然后,基于电力市场和碳交易市场,充分考虑源侧风光出力和负荷侧价格型需求响应等过程中的不确定性因素,以日系统经济成本和碳交易成本最低为目标进行系统优化调度,并采用改进粒子群算法进行求解;最后,通过仿真算例分析可得,文章提出的双层优化调度策略能够有效降低系统的负荷峰谷差,在实现电动汽车有序充电的同时,能够有效提升用户用电满意度、降低碳排放量以及增加系统经济效益。     

计及子区域间能量交换的多区域综合能源系统协调经济调度

在传统模式下,多区域综合能源系统（integrated energy system,IES）由于地理位置分散,往往都是独立运行,彼此间缺乏协调,难免存在资源配置不合理的问题,这不利于各区域的经济调度。文章首先提出一种多区域综合能源系统协调经济调度模型,其不仅能实现各自区域内的电热功率平衡,还能实现不同区域间的电热互补,然后采用分布式优化方法对模型进行求解。通过对比协调模式与传统的非协调模式,仿真结果表明,在该协调模式下,不同区域通过电能和热能交换,能够合理分配能源,实现综合能源系统的经济运行。从能源总需求量、储能设备调度结果和各区域间能源集线器（energy hub,EH）的能量交换情况3个方面验证了所构建模型的有效性。     

考虑风电消纳的区域综合能源系统源荷协调经济调度

针对冷热电联供(combined cooling,heating and power,CCHP)"以热定电"导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳的区域综合能源系统源荷协调优化调度方法。首先,在源侧引入地源热泵利用风电供热,解耦CCHP"以热定电"运行约束;其次,在荷侧分析电、热需求资源可调度价值,采用电价和激励两类需求响应(demand response,DR)共同协助风电并网消纳;最后,考虑源荷协调建立区域综合能源系统双层优化调度模型,上层采用电价需求响应引导用户响应风电出力变化,下层计及供热舒适度模糊性与地源热泵作用,以调度周期内系统总成本最小为目标决策各机组最优出力,采用商业优化软件CPLEX对双层模型求解。仿真算例表明:该方法有效提高了系统风电消纳能力,降低了系统运行成本,具有良好的社会经济效益。     

区域综合能源系统潮流计算

进行了区域综合能源系统潮流分析。根据电力网络、天然气网络的特点进行了综合能源系统网络潮流建模,并构造了能源集线器模型。研究了不同运行模式下,综合能源潮流模型的求解问题,实现了综合能源系统多能流的统一求解。并结合某开发区综合能源系统算例,根据约束条件分析不同运行模式下系统的运行状态,对不满足约束条件的运行状态提出了调整策略,并验证了所提潮流模型以及计算算法的有效性。     

区域综合能源发展评估指标体系

随着化石燃料的日渐枯竭及城市环境污染问题的日益加剧,多能互补的综合能源系统被认为是解决区域供能问题的有效手段。为有效评估区域的综合能源发展情况,通过分析能源、经济和环境等因素间的相互作用机理,从区域能源发展的清洁低碳、安全高效、灵活智慧和开放共享四个方面建立了详细的评估指标体系,并给出了国外发达国家的部分数据作为参考。该评估指标体系可作为区域综合能源系统规划的前置指导及评判指标。     

区域综合能源系统优化调度方法

区域综合能源系统(integrated community energy system, ICES)可以充分利用可再生能源、提高综合系统能源利用效率。该文专注于ICES优化调度问题。首先建立了以电为核心的综合能源系统优化调度模型,优化目标包括经济性和环保性最优准则,基于可再生能源技术、节能技术以及电能替代技术的典型设备模型,分别在采暖期和空调期建立了系统运行约束模型,以及电和冷/热负荷供需平衡约束模型;采用具有良好全局搜索能力的粒子群算法（particle swarm optimization, PSO）作为调度模型求解算法。通过具体算例,验证本模型和算法,可得到经济性和环保性目标下的综合能源系统优化调度方案,同时分析了不同目标下调度方案存在统一和矛盾的原因。     

含风电耦合制氢的主从博弈多区域综合能源系统协调调度策略

为解决风电消纳与隶属不同利益主体的区域综合能源系统（RIES）利益冲突的问题,提出一种考虑碳排放约束下多区域综合能源系统参与配电网动态博弈的协同调度策略。首先,计及社会环境影响,在博弈模型中限制RIES的碳排放量。其次,为兼顾区域综合能源系统和风电耦合制氢电场的经济性,建立以配电网为领导者的一主多从博弈模型,建立博弈协同优化的多主体低碳交互机制,并构建各主体的交易决策模型。最后,采用粒子群算法结合CPLEX对所提模型进行求解。仿真结果表明所提策略有效,即各主体在区域碳排放限额下可以合理调整自身运行策略,能在保证环境效益的同时提升经济收益。     

计及氢电混合动力车响应的多区域综合能源系统协调优化调度

随着新能源动力车的大量增加,多区域综合能源系统在负荷侧与能源输送网络、交通网的耦合程度愈加深入,导致多区域综合能源系统的协调优化调度问题更加复杂。分析氢电混合动力车的充能响应行为对多区域综合能源系统优化调度的影响,构建多区域综合能源系统运营商与氢电混合动力车之间氢价补贴-充能响应的主从博弈模型。通过上、下层模型迭代求解,优化得出不同场景下最优的氢价补贴。算例结果表明,合适的氢价补贴可以最大化下层氢电混合动力车群的响应能力,与多区域间氢供应链相配合能有效提高能源利用率,从而提高多区域综合能源系统的运行经济性。     

区域综合能源系统规划研究综述

区域综合能源系统作为能源互联网的重要物理载体,对提高综合能源利用效率、消纳可再生能源、保障供能安全可靠及节能减排具有重要意义。对区域综合能源系统进行合理有效规划,要打破行业壁垒,从技术、政策、地域等多方面实现突破。文中对区域综合能源系统规划中的多能耦合理论、负荷预测方法、技术经济性分析、规划优化建模与求解等关键问题进行了系统地总结归纳,对各问题所涉及的国内外研究现状、存在问题及难点进行了分析与概括。结合目前最新研究进展,概括了全面涵盖区域综合能源系统源、网、荷、储等环节的通用性能流模型、规划模型及求解流程,并对未来的研究方向进行了展望。     

区域综合能源系统若干问题研究

区域综合能源系统对提高社会能源利用效率、促进可再生能源规模化开发、提高社会基础设施利用率和能源供应安全,以及实现中国节能减排目标具有重要意义,已成为国际能源领域重要的战略研究方向。区域综合能源系统是符合国家重大战略发展需求的重要研究课题。围绕区域综合能源系统规划和运行优化这一专题,分别对区域综合能源系统的通用建模理论、综合仿真理论与方法、规划理论与方法、安全性理论与方法、运行优化与控制、效益评估与运营机制等方面问题进行了系统归纳,对各问题所涉及的国内外研究方向和现状、存在的问题分别进行了概括和分析。最后结合中国的综合能源战略和未来发展现状,对区域综合能源技术在中国的发展前景和典型应用形式需求进行了探讨。     

区域综合能源管控系统设计与实现

新形势下综合能源系统以其灵活、高效与清洁的优势,成为能源领域的研究重点。文章首先结合综合能源系统的发展现状与趋势,分析区域综合能源系统多种能源集成交互复杂性与多元用户的服务需求差异性带来的挑战;接着提出一种区域综合能源管控系统架构并进行系统设计,实现对区域综合能源系统的多类型设备集成、信息处理、优化控制,并能满足多用户主体差异化业务需求;最后以北方某园区示范项目为例,介绍该系统的应用情况与成效。     

交互能源机制下多区域综合能源系统能源共享协同调度

能源共享需求下多区域综合能源系统存在集中调度决策变量多、约束复杂、区域主体信息隐私难以保护,以及传统分布式算法收敛不光滑、收敛速度慢等问题。为此,设计了交互能源机制下地区系统运营商进行多区域能源管理的框架,建立了考虑新能源不确定性的能源共享日前调度随机优化模型,并构建了基于绝对值函数线性化的代理增广拉格朗日松弛算法进行求解。基于所提模型和算法,地区系统运营商根据各区域提交的初始供求信息制定区域间的交易价格,各区域以运行成本、碳排放成本、弃光成本最小为目标优化设备出力和能源交互量,并进行迭代出清。算例结果表明所提模型能够有效提升区域运行效益,提高新能源消纳,且所提算法较常用分布式算法在求解速度和求解质量方面更具优越性。     

区域综合能源系统的综合评估指标与方法

区域综合能源系统既为多元能源耦合利用提供了平台,又使得用户多样化的能源需求成为可能。首先分析了区域综合能源系统的结构与优势,考虑了区域综合能源系统内部能源之间的耦合关系,系统描述了不同环节中能量的转换、流通、分配及存储等情况。以配电系统为核心,耦合分布式能源、天然气、地热能、交通等多元能源系统,分别从能源环节、装置环节、配电网环节和用户环节提炼出具有普遍适应性的指标,进而对区域综合能源系统展开综合评估,并采用网络分析法(ANP)—反熵权等方法确定了指标的权重和评分函数,解决了指标之间含义交叉、互相影响导致权重计算失准的问题,并在实际算例中验证了方法的可行性,准确地评估中国区域综合能源系统的发展水平,并为中国区域综合能源系统的发展提供相应建议。     

面向区域能源供应商的综合能源系统日前优化调度

能源市场化改革是能源行业发展的必然趋势之一,区域能源供应商是其中重要的市场主体。本文分析了区域能源供应商的运营模式,提出了以区域能源供应商净收益最大为目标的综合能源系统日前优化调度方法。基于配电系统Distflow二阶锥模型和线性热网能量流模型构建日前优化调度模型,在保障计算精确性的前提下提升了模型的可解性。通过算例分析,验证了所提模型的有效性,并对分时电价政策、供热设备能源转换效率等因素对调度结果的影响进行了分析。     

基于能源集线器的区域综合能源系统分层优化调度

针对时变电价且运行方法灵活的中小型区域综合能源系统,提出一种基于能源集线器的分层优化模型。研究区域综合能源系统耦合关系和热电比可调机理,建立能源集线器扩展模型。计及包括用能替代的综合需求侧响应,以综合用能成本较低和用能能效较高为目标建立双层优化模型,采用Lagrange乘子法将下层目标KKT条件作为上层优化的可行性度量进行求解。对于具体ICES网络拓扑,考虑能量连接器的动态过程并计算混合潮流,选取电/热/气网运行状态评价指标,对多目标问题进行Pareto决策面搜索,应用模糊综合决策方法在机组分配方案中择优。算例验证了所提方法的有效性。