考虑综合需求响应的综合能源系统优化运行

提出一种考虑综合需求响应的综合能源系统容量配置和优化运行方法。首先,构建综合能源系统,进一步介绍了各单元设备运行原理,分析可控类型负荷参与综合能源系统需求响应的原理。然后,建立设备容量配置及运行策略的双层协同规划模型,以规划总成本最低为目标建立上层容量配置模型,以运行成本最低为目标函数建立下层优化运行模型,分别利用差分进化算法和CPLEX线性求解器求解双层规划模型。最后,以典型日内综合能源系统负荷需求、用能价格等数据为例,通过算例分析验证了本文所提模型的实用性和有效性。     

考虑多类型水电协调的风光电站容量优化配置方法

为减少风光出力波动性造成的弃风、弃光,利用梯级水电和抽水蓄能等不同类型水电之间的调蓄特性,提出一种多类型水电协调参与风光消纳的联合运行策略。考虑多类型水电站出力、水库库容和联络线传输功率等约束,以风光电站投资建设成本、系统运行维护成本及购电成本最小和风光发电占负荷需求比例最大为目标,建立一种多类型水电协调的风光电站容量优化配置模型,采用基于极限学习机的粒子群算法(ELM-PSO)对模型进行求解。以青海某地区为例,通过仿真分析,得出综合考虑系统经济性和风光发电占负荷需求比例最优的容量配置方案,验证了所提策略和所建模型的可行性及有效性。     

含氢能气网掺混运输的综合能源系统优化研究

随着能源结构的不断调整,各能源子系统集成耦合的综合能源系统成为重要的发展方向。电转气（P2G）技术的发展缓解了可再生能源发电波动性大、弃风弃光严重的现象,加强了电网和天然气管网的耦合性,因此电-气综合能源系统的协同优化十分必要。在保证安全的前提下,将制得的氢气掺混进入天然气管网进行远距离运输,使天然气管网成为可再生能源的搬运工,充分缓解能源时空供需矛盾,提高了能源利用率,提升系统经济性。本文建立了掺氢电-气综合能源系统的数学模型,并以经济性为目标对系统协同运行优化问题进行求解。算例针对华中地区某电-气综合能源系统分析了不同掺氢比情况下系统的优化结果,并与不同储氢容量的本地储氢系统进行了对比,结果表明气网掺氢和本地储氢均能提高系统的经济性,且气网掺氢收益优于本地储氢,但掺氢导致电网侧的成本和气网侧的收益同时上升,实际运行中需综合考虑气价定价策略与系统的气网结构选择最大掺氢比,从而使系统达到经济性最优。     

计及负荷需求响应的风光储氢系统容量优化配置

为了研究负荷需求响应对风光储氢系统的影响，以风电、光伏、电储能及制氢设备为主体搭建了典型风光储氢容量配置模型。考虑分时电价对负荷分布的影响，建立日前分段电价负荷需求响应模型，进而得出负荷需求响应参与的负荷优化分布。以系统日运行总成本最优为目标，构建考虑负荷需求响应的系统容量优化配置模型并进行算例仿真。通过算例结果表明，该模型不仅可以提高系统风光消纳水平，还可以降低系统运行总成本。     

风光氢耦合发电系统的容量优化配置及日前优化调度

为了在已投产的风光耦合发电站中实现制氢、储氢及燃料电池的最佳容量配比以及系统内部跟踪日前发电计划的优化调度,采用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）实现了对容量配比多目标优化问题的求解,构建了考虑运氢量的风光氢发电系统内部跟踪日前发电计划的优化调度算法。首先,建立了各子系统的等效数学模型,提出了结合系统收益和全寿命周期年均值成本的经济性指标,以系统弃风弃光率、功率缺额率和经济性为目标得出制氢、燃料电池功率和储氢容量;其次,利用优化后的容量作为日前优化调度的约束条件,采用加权系数法建立了以日累计跟踪计划误差最小和储氢压力波动最小的单目标数学优化模型,利用Yalmip求解器对模型进行了求解;最后在Matlab中对所建立的模型进行了仿真和验证,得到了系统的最优容量配比,实现了系统内部跟踪日前发电计划的优化调度。     

风光氢耦合发电系统的容量优化配置及日前优化调度

为了在已投产的风光耦合发电站中实现制氢、储氢及燃料电池的最佳容量配比以及系统内部跟踪日前发电计划的优化调度,采用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）实现了对容量配比多目标优化问题的求解,构建了考虑运氢量的风光氢发电系统内部跟踪日前发电计划的优化调度算法。首先,建立了各子系统的等效数学模型,提出了结合系统收益和全寿命周期年均值成本的经济性指标,以系统弃风弃光率、功率缺额率和经济性为目标得出制氢、燃料电池功率和储氢容量;其次,利用优化后的容量作为日前优化调度的约束条件,采用加权系数法建立了以日累计跟踪计划误差最小和储氢压力波动最小的单目标数学优化模型,利用Yalmip求解器对模型进行了求解;最后在Matlab中对所建立的模型进行了仿真和验证,得到了系统的最优容量配比,实现了系统内部跟踪日前发电计划的优化调度。     

面向投资收益的综合能源系统鲁棒优化配置规划

合理优化综合能源系统容量配置是提高其投资收益和实现能源高效利用的基础。针对综合能源系统规划中风光出力及用能负荷不确定性对成本与收入的双重影响，提出了一种面向投资收益的鲁棒优化配置方法。首先，考虑投资容量、设备运行、能量平衡与内外部网络交互等约束，建立了以项目内部收益率最大为优化目标的综合能源系统优化配置模型；然后，引入信息间隙决策理论处理供需两侧的不确定性，构建了面向投资收益的鲁棒优化模型，通过等价转换和对偶变换降低了模型求解的复杂性，并提出了分步求解策略，以获得在满足预期收益前提下的不确定参数最大波动范围及鲁棒最优配置方案；最后，采用某实际综合能源系统进行算例分析。结果表明：与传统配置方法相比，所提方法在提高系统投资收益和兼顾方案鲁棒性方面具有更高的有效性和实用性。     

考虑不确定性的分布式电源多目标优化配置

为保证电力系统经济可靠运行,对独立运行发电系统中的分布式电源容量进行合理地优化配置。首先,考虑风光出力不确定性,建立了相应发电单元的概率模型,基于图论法建立了最优切负荷模型,利用基于拉丁超立方抽样的蒙特卡洛法对风光出力进行模拟,采用随机潮流进行计算;其次,以考虑环境效益、网损费用、投资成本的综合经济成本及最优切负荷量为目标函数;最后,采用多目标粒子群算法求解得到最优电源容量配置。计算结果表明,基于分布式电源优化配置模型求解得到的电源容量配置方案保证经济性的同时兼顾了可靠性。IEEE-30节点系统算例表明模型和算法简单有效。     

独立海岛微网分布式电源容量优化设计

针对独立海岛微网中分布式电源容量配置问题,建立计及设备初始投资成本、替换与维护成本、燃料成本、环境治理及缺电惩罚成本的微网经济性优化模型,考虑可再生能源装机容量比例、弃风光比例和供电可靠率等多种约束条件,并调用CPLEX软件中的MILP求解函数对建立的混合整数模型进行求解,分析比较了风光储、风光柴、光储柴、风储柴和风光储柴五种配置方案。最后通过灵敏度分析,定量考察供电可靠率、弃风光比例、燃料价格和储能电池SOC下限对优化结果的影响。     

计及源荷不确定性的综合能源生产单元运行调度与容量配置两阶段随机优化

为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束条件,提出基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的最小成本求解方法;其次,利用蒙特卡洛模拟生成多种随机场景,确定系统在给定容量配置条件下的成本期望;最后,在顶层容量配置优化问题中,以系统容量为决策变量,采用遗传算法调用蒙特卡洛模拟及MILP运行优化算法,实现使IEPU系统全生命周期成本最小的最优容量配置。优化结果表明：底层运行优化中储气的接入使弃光量和碳排放量分别减少5.49%和0.35%,顶层计及源荷不确定性的电力设备容量提升20%左右,更加接近实际场景,验证了所提出方法的有效性。结合参数灵敏度分析,可为IEPU系统的规模化设计提供参考。     

基于氢负荷需求的氢能系统容量规划

在未来能源社会中,氢能将作为能源电力系统的关键环节来实现各种能源的相互转化。为此,提出了一种基于不同氢负荷水平的新能源制-储氢系统容量规划方法,以合理推动风、光等可再生能源在电网中的应用与发展。该方法能够在满足区域氢负荷需求的同时,获得最大程度的经济收益,并确定了不同运行模式下的最佳制氢规模。此外,该方法还考虑了氢能短缺及弃风、弃光的惩罚成本和系统环境效益。结果表明,与采用风光联网不购电制氢模式相比,采用风光联网购电制氢模式更为合理和经济,避免了大容量制-储氢设备的冗余配置。     

偏远地区能源自洽系统源储容量协同配置方法

目前与风光新能源密切相关的城市源储容量配置研究较多,但在偏远地区进行源储容量配置具有显著不同的两个特点：一是普遍缺失气象历史数据,难以评估风、光时序运行特性;二是与主网联系薄弱,离网运行可能性较高。上述特点给偏远地区源储容量配置带来了挑战,需要构建以自给自足为特征的能源自洽系统。为此提出一种基于风光自然资源评估且兼顾并/离网两个运行状态、以能量自给自足为主要目标的源-储双层优化配置策略。首先建立由太阳辐射强度和风速等资源禀赋确定的风光出力特性模型,并在此基础上构建风光出力典型时序场景集;然后建立包含风光、储能、电动汽车等在内的系统源-储-荷规划-运行双层容量优化配置模型,并提出相应模型转化和求解策略。其中,规划层以系统综合成本最小为优化目标,确定风电、光伏和储能配置容量;运行层基于并网和离网综合指标,实现兼顾并/离网两个状态的年运行成本最小以及并/离网指标最优的多目标优化。最后算例仿真结果证明了所提模型适用于偏远地区能源自洽系统,所得源储配置可减少系统对电网依赖,促进新能源就地消纳,减少负荷缺电损失。     

基于可逆固体氧化物电池的风光氢综合能源系统容量规划

可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell,RSOC）作为新型氢储能技术，有利于促进可再生能源消纳、提高系统运行效率。为此，提出一种基于RSOC技术的风光氢综合能源系统规划设计方法。首先，建立风光氢综合能源系统规划模型，考虑RSOC辅助系统（balance of plant,BOP）功耗占比高、功率调节受限等约束。其次，以系统年弃电缺电量、投资成本最小化为目标，采用粒子群优化算法求解该规划问题。最后，针对氢气价格、RSOC成本等不确定性因素，开展系统规划灵敏度分析。仿真结果表明该方法能够获得合理的配置方案，大规模减小系统弃电缺电频率，提升系统资源配置的灵活性。     

考虑热网潮流的区域热-电综合能源系统协同优化配置研究

区域热-电综合能源系统作为连接跨区域和用户侧综合能源系统的“桥梁”,如何协同其设备配置与系统运行是值得关注的问题。首先,研究建立了考虑流向可变量调节运行方式下的热网模型,通过松弛结合罚函数的方式将其转化为二阶锥形式;进一步结合其他设备及电网潮流模型建立了协同优化配置模型,该模型下的设备配置策略能够同时优化多种设备接入节点的位置及其配置容量。算例结果表明:与传统配置策略相比,同时考虑设备容量及节点位置的配置策略能够减少设备容量配置冗余,降低规划及运行综合成本;流向可变的热网模型能提供更灵活的运行方式以增加设备配置的灵活性,得到成本更低的配置方案。     

计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略

针对电转气的强放热反应特性未得到充分重视和仅配置储热来增大风电消纳空间的方法存在局限的现状,在分析和考虑电转气热回收价值的基础上,建立兼顾规划经济性和弃风率的综合能源系统蓄热罐容量多目标优化模型,并使用法线边界交叉(NBI)法提供可行的求解Pareto前沿的方案。通过对比在不同电转气运行成本与不同放热效率情形下的系统规划与运行策略,分析接入电转气且考虑其热回收对配置储热的综合能源系统规划与运行的影响。基于典型算例研究,结果表明在电转气与储热装置的协同消纳弃风方式下,随着电转气放热效率提高与运行成本降低,电转气的弃风消纳能力将提高,其供热、气效益将提高,系统运行成本将降低,同时储热装置供热任务得以减轻,进而影响储热装置的规划策略。     

基于近端策略优化算法的电化学/氢混合储能系统双层配置及运行优化

针对电化学储能和氢储能的互补特性,提出了一种包含电化学和氢储能的混合储能系统配置和运行的综合优化模型,并提出了智能算法进行求解。该模型基于双层决策优化问题,将混合储能系统配置及运行2个不同时间维度的问题分上下层进行综合求解,并考虑了两者间的相互影响,采用强化学习近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)算法求解该双层优化模型。以甘肃省某地区的风光数据,通过对比应用多种传统算法求解结果,验证了所用算法在复杂环境下适应度最高且收敛速度最快。研究结果表明,应用该模型最大可降低24%的弃风、弃光率,有效提升系统综合效益。氢储能作为容量型储能配置不受地形因素限制,适用于多样的应用场景,从而为氢储能这一新型储能形态在全国的广泛配置提供了应用示范。     

基于近端策略优化算法的电化学/氢混合储能系统双层配置及运行优化

针对电化学储能和氢储能的互补特性,提出了一种包含电化学和氢储能的混合储能系统配置和运行的综合优化模型,并提出了智能算法进行求解。该模型基于双层决策优化问题,将混合储能系统配置及运行2个不同时间维度的问题分上下层进行综合求解,并考虑了两者间的相互影响,采用强化学习近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)算法求解该双层优化模型。以甘肃省某地区的风光数据,通过对比应用多种传统算法求解结果,验证了所用算法在复杂环境下适应度最高且收敛速度最快。研究结果表明,应用该模型最大可降低24%的弃风、弃光率,有效提升系统综合效益。氢储能作为容量型储能配置不受地形因素限制,适用于多样的应用场景,从而为氢储能这一新型储能形态在全国的广泛配置提供了应用示范。     

碳中和愿景下考虑电氢耦合的风光场站氢储能优化配置

由于新能源出力具有波动性和间歇性,其直接接入电网会影响电力系统的安全稳定。为促进可再生能源消纳,可通过发展电氢耦合的氢储能系统解决此问题。为此,针对发电侧新能源风光场站的氢储能容量优化配置问题,以氢储能投资成本最小、系统累计跟踪计划误差最小和二氧化碳减排量增量最大为目标,以场站弃电率和实际场地面积为约束,构建了氢储能多目标优化配置模型。采用带精英策略的非支配排序的遗传算法和熵权法相结合的综合算法求解模型的最优折衷解。最后,以中国甘肃某风光场站为例,验证了所提模型与算法的有效性。结果显示:面向200 MW光伏和400 MW风电的可再生能源基地,200 kW电解槽、6 kg储氢罐及200 kW燃料电池的最佳配置数量分别为268、291和222个,所提氢储能系统积极响应了调度指令并大幅度降低了弃电率。     

考虑风光与负荷时序特性的主动配电网分布式电源优化配置

主动配电网中分布式电源优化配置时,风光机组出力与负荷时序波动特性使场景过多,这既会增加模型求解的难度,也会影响优化配置结果。为此,首先引入戴维森堡丁指数(Davies-Bouldin index,DBI)结合K-means算法对全小时场景进行聚类缩减。然后,建立考虑风光与负荷时序特性的主动配电网双层优化配置模型,上层以系统年综合经济成本最优为目标,决策变量为风光机组接入配电网的位置及容量;下层以系统各时段运行电压水平最优为目标,决策变量为配电网主动管理措施下的运行成本;综合考虑风光机组时序出力和负荷侧时序响应,实现主动配电网分布式电源优化规划。最后,采用改进的自适应遗传算法对模型进行求解。IEEE 33节点系统算例表明,所提方法及模型在确保场景选取的多样性和合理性的同时,兼顾了风光机组出力与负荷时序波动特性,提高了系统运行水平,降低了系统运行成本。     

基于非合作博弈的可再生能源制氢合成氨系统多主体运行模式分析

可再生能源制氢合成氨(ReP2A)系统各组成部分或隶属于不同工程投资主体，不同主体结构下系统运行特性差异显著。为明晰上述差异及影响因素，提出模拟可再生能源发电、制氢、合成氨多主体生产运营的均衡分析模型。建立各主体参与电、氢、氨市场生产交易决策的数学规划模型。基于非合作博弈建立不同主体结构下的均衡模型，并通过驻点优化法转化为混合整数线性规划问题进行求解。基于蒙西地区某在建工程构造算例，分析主体结构、市场类型以及储氢、氨罐配置对均衡及系统整体收益的影响。结果表明：化工企业投资氢-氨一体化工程有助于提升其竞争力；建设ReP2A系统内部电力交易平台可促进风、光发电与氢氨侧共同提升收益；若条件允许，则应鼓励风光氢氨一体化建设运行。同时发现，简单地增大储氢、氨罐容量并不一定会提升相应主体的均衡收益，应采取政策措施以保证储氢容量配置，满足运行安全。