考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。     

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。     

考虑管网压力特性的多能源系统无功优化模型

针对电-热-气多能源系统中热力和燃气系统管网压力调节与电网无功平衡间的耦合关系,该文提出适用于多能源系统的基于热-气系统能量输运过程无功需求特性的多能源系统无功优化模型。首先,研究多能源系统能量输运过程无功需求特性、各类电源的无功出力特性及其不确定性,建立多能源系统无功平衡及其不确性模型;其次,研究热网、气网能量介质输运管道的压力可调节极限参数及其对应的无功需求容量,建立热网、气网无功可调节容量模型;然后,在考虑多能源系统无功平衡不确定性和源网荷储运行约束条件下,以无功平衡成本及电网电压波动最小为目标,建立多能源系统无功多目标动态进化优化模型。最后,基于电热气多能源系统运行数据,建立综合考虑运行约束和热-气管网约束的多能源系统无功优化仿真模型,仿真结果及分析表明,该文提出的无功优化控制方法,能够充分利用气网和热网无功可调节能力,有效提高多能源系统无功调节容量和电压稳定水平。     

基于多目标的气电互联综合能源系统规划研究

近年来,天然气发电的普及率不断提高,而快速发展起来的电转气(power to gas,P2G)技术也更加促进了电力系统与天然气系统之间的耦合.本文研究了基于多目标的气电互联综合能源系统规划,建立了气电互联综合能源系统耦合模型,并进一步提出了气电互联能源系统协同规划模型.本文采用了多个目标来表征气电互联综合能源系统的可靠性与经济性,建立了以投资成本最少、运营成本最经济、能源短缺成本最少和需求侧用户补偿成本最低为目标的多目标优化模型,在模型求解时,采用了加权系数法将多目标规划转化是单目标规划.通过算例分析证明了该气电互联能源系统协同规划模型在经济性和集成系统可靠性等方面的有效性.     

基于需求响应的电-热-气耦合系统综合直接负荷控制协调优化研究

传统能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统,无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。对电–热–气多种能源的优化调度研究,可以实现统筹优化配置,提高多种能源互补利用效率;同时直接负荷控制参与多能源的优化调度为多能源协同调度提供新思路。首先构建了一种电–热–气多源耦合系统结构,分析了供给侧多源耦合系统的特性及需求侧直接负荷控制参与多种能源负荷的特性,其次建立了基于多种能源的直接负荷控制参与电–热–气耦合系统的综合经济优化调度模型;然后仿真分析了电–热–气耦合系统多源互补协调优化调度的场景,以及直接负荷控制参与的电热气耦合调度的特性。结果显示:供应侧多种能源的互支持和备用对于保证多能源系统的安全运行具有重要意义;需求侧调度使供需更趋于平衡,综合直接负荷控制对电–热–气耦合系统需求侧的优化,能够降低峰值负荷,增加需求侧的弹性。     

计及电-气-热综合能源系统的输配协同优化调度

具有强不确定性特征的风电渗透于各级电网,而传统的电、气、热能源系统相互分离、输配电网分级调度的运行模式难以挖掘全网资源实现全局最优的调度策略,从而影响风电的消纳能力。为此,提出了计及电-气-热综合能源系统的输配协同机组组合模型。首先,根据电-气-热IES多能耦合特性和输-配物理互联特征构建协同优化框架,确定全网统一分析和分布式优化的基本思路。在此基础上,对电-气-热三网耦合系统的输配协同优化调度进行逐层建模。然后,基于此模型,以联络线交换功率作为耦合变量,将其等效为虚拟能源站,并采用目标级联分析法实现对考虑电-气-热IES的主动配电网与输电网的解耦和分布并行优化求解。此外,针对天然气管道气流Weymouth方程的非凸性,采用增量分段方法将本文模型转换为混合整数线性规划问题。最后,以T6D2系统和T118D10系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

计及电动汽车的综合能源系统多主体协同低碳经济调度

针对未充分挖掘具有源荷双重特性的电动汽车集群调度潜力以辅助电力系统低碳运行的问题,提出了计及电动汽车的综合能源系统内多主体协同低碳经济调度策略。首先,考虑综合能源系统内多主体的电能交易构建了风电主体优化运行模型、计及碳捕集与电转气系统综合灵活运行的电-热耦合系统优化运行模型以及电动汽车主体优化运行模型;其次,基于纳什谈判理论建立了综合能源系统内多主体合作运行模型,将其分解为多主体联盟效益最大化子问题和电能交易支付谈判子问题,并采用交替方向乘子法对上述两个子问题进行了分布式求解以保护各主体的隐私;最后,通过算例仿真验证了所提策略能够充分挖掘碳捕集-电转气系统和电动汽车集群支撑风电消纳实现综合能源系统碳减排的潜力,提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益,有效实现综合能源系统内各主体协同互济,促进新能源消纳、提升系统低碳性和经济性。     

基于区间模型的多能互补系统优化运行

构建多能互补下的分布式联供系统已逐渐成为电力行业的发展趋势,其通过发电设备、用电设备以及冷、热、电设备将冷、热、电、气四种能源连接起来,形成了耦合性较强的多能互补系统。基于区间理论描述冷热电负荷、分布式能源出力、运行效率的不确定性,运用传递矩阵构建能源输入输出之间的耦合关系,对多能互补系统进行耦合建模。综合考虑能源、环境、经济等因素,对系统实现多目标优化。采用基于仿射运算的区间线性规划对模型进行求解,有效改善了区间运算过于保守的问题。算例分析对多能互补系统与分产系统、文中提出的算法与传统算法进行比较,验证了该模型和方法的合理性及有效性。     

基于径向基函数神经网络的综合能源系统多元负荷短期预测

准确的能源负荷预测对综合能源系统的经济调度和优化运行有着重要的影响。提出一种基于径向基函数神经网络（radial basis function neural network,RBF-NN）模型的综合能源系统电、气、热多元负荷短期预测方法。首先利用Copula理论对电、气、热负荷进行相关性分析,建立了电、气、热负荷和温度的时间序列;接着设计RBF-NN网络模型结构,采用K-means聚类算法对隐含层节点进行优化;最后通过国内某园区综合能源系统的实际数据对模型进行验证。通过3个案例结果的比较,验证了文中提出的方法可以有效地考虑电、气、热负荷之间的耦合关系,具有较高的预测精度。     

含P2G和混合电储能的矿山综合能源系统多目标优化调度

为了提高分布式光伏消纳能力、优化矿山能源利用效率,提出一种基于电转气(P2G)技术和煤层气发电技术的光-储-气-废弃矿井抽蓄多能耦合矿山综合能源系统(MIES),该系统将弃光电量通过电解水制CH4作为煤层气发电的补充,并采用混合电储能平抑光伏出力波动.在对多能耦合MIES进行分析的基础上,构建矿山电、气、热、冷不同能源转换装置的数学模型,并以总运行成本和弃光电量最小为目标,建立MIES协调优化调度模型.不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能实现协调调度,提高弃光电量的消纳,降低总运行成本.对不同储能模式下P2G和混合电储能装置之间互补协调能力的分析结果表明,所提模型能提升系统运行灵活性,实现能源最优经济利用.     

基于舒适度的需求响应与碳交易的园区综合能源经济调度

在碳中和背景下,高比例新能源消纳和减排目标的实现要求打破不同能源间的壁垒,进行多能源联合优化调度。电转气技术在消纳新能源的同时也捕捉固定碳。本文基于含电转气、电制热、热电联产、燃气轮机等设备的电、气深度耦合的园区多能源系统,提出考虑用户舒适度的联合热、电需求响应和碳交易成本,并以园区运行成本最低为目标,建立园区多能源系统联合经济调度模型。在满足用户舒适度前提下充分发挥联合热、电需求响应潜力,利用多能互补,源、荷互动,提高新能源消纳的同时降低园区运行成本。最后,通过仿真验证了该模型能有效降低园区运行成本、提高新能源消纳能力。     

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。     

考虑典型日经济运行的综合能源系统容量配置

电、热、冷、气等能源供应网络耦合的综合能源系统通过多种能源优势互补,能够促进可再生能源就地消纳,实现资源的优化利用,提高综合能源利用率。针对区域内由电、热、冷、气多种能源耦合形成的综合能源系统,文章基于不同季节典型日光伏出力和负荷特性曲线,考虑典型日系统经济运行,建立计及投资成本与收益的经济-环境效益最大化的区域综合能源系统容量配置优化模型,并基于改进的自适应粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行优化求解。最后,以深圳市某园区为实例,验证本模型和方法的有效性,实现综合能源系统的科学容量配置,为综合能源系统的规划设计提供理论依据和技术支撑。     

含电-热-冷-气负荷的园区综合能源系统经济优化调度研究

综合能源系统是实现各能源系统间有机协调优化的重要途径。剖析电-热-冷-气4个子系统,构建以建设运行总成本为目标的园区综合能源系统经济优化调度模型;其次,利用非线性问题处理办法将所构建的调度模型转化为混合整数规划问题;最后,基于子系统独立运行和耦合调度的2种场景,结合分时电价调用混合整数规划软件对模型进行求解。结果显示,相对于独立运行方式,各子系统耦合调度运行能够灵活组合各能源转换设备,大大降低系统外部购能和系统总成本。     

计及综合需求响应的电-热综合能源系统分布式光伏最大接入容量评估

为提高综合能源系统分布式光伏的接入容量,考虑电、热多元综合需求响应,建立了电-热综合能源系统对分布式光伏的最大接入容量评估模型。首先,建立电-热综合能源系统的稳态数学模型。然后,基于价格型需求响应、激励型需求响应与弹性热负荷响应,建立了包含电力与热力负荷的综合需求响应的模型。最后,以分布式光伏接入容量最大为目标函数,建立了综合能源系统的接入能力评估模型,并通过松弛技术将问题转化为混合整数二阶锥规划问题。IEEE-33与百利岛33节点耦合系统的算例证明了所提方法的有效性。     

基于粒子群算法的区域综合能源优化调度方法

发展综合能源系统是实现能源互联网的必由之路,区域内综合能源的协调运行是实现电、热、气多能互补的关键。首先分析了风机、燃机和储能等装置的控制运行特性,介绍了不同运行场景下,各种装置的协调运行规律,以系统整体运行费用最小为优化目标,计及安全稳定等约束条件,建立电-热-气区域综合能源调度模型;然后,上述模型同时包含电、热、气多种复杂运行约束条件,变量之间交互耦合,传统数学优化方法难以直接求解,为此采用粒子群算法进行优化;最后,通过仿真算例进行验证,在不同优化目标的计算结果表明本文模型和算法的正确性和有效性。     

考虑热惯性不确定性的多能源系统两阶段鲁棒优化调度模型

该文提出考虑供热系统热惯性不确定性的多能源系统协调优化方法。首先,基于多能源系统能量输运网络,分析热网热能传递延迟模型和等效储能模型;其次,研究热网管线输运能力描述参数,建立供热管道传输准动态方程。分析热网运行状态监测数据与热能流模型间差异的量化方法,建立热惯性不确定性模型。然后,以电-热-气多能源系统运行成本最低为目标函数,构建考虑热惯性不确定性的多能源系统两阶段鲁棒优化调度模型,并引入列约束生成算法、强对偶理论对于模型进行求解。最后,以东北某地多能源系统实际运行数据为基础建立仿真模型,算例结果表明基于热惯性不确定性的多能源系统鲁棒优化调度模型能够较好地兼顾系统调度成本和可靠性。     

基于教与学模式改进一致性算法的电—气能量流协同优化

在综合能源网背景下,需考虑将多能量流进行分布式协同优化。针对电力、天然气多主体分布式自治决策的特点,考虑电—气耦合关系,建立了含新能源的多能流局域网优化模型,并通过能源路由器建立了一种合理的规划机制,从而保证各个能源局域网之间能量的有序流动。基于教与学模式优化算法对常规一致性算法进行了改进,并对该优化问题进行了求解,实现了电—气耦合系统的分布式协同优化。能源路由器既是能量装置,又是信息节点,能够将不同能量形式有机整合、协调优化。而基于教与学模式的改进一致性算法有更好的搜索能力和寻优能力,可获得更好的优化结果和计算效率。利用IEEE 118-GAS90电—气互联网络系统算例进行测试,结果验证了所述方法的有效性和可行性。     

有源配电网下多能互补协调优化策略研究

首先以冷热电联供系统和有源配电网为基础,以经济调度为目的,建立了一种新型的综合系统。该综合系统加入了风力、光伏等分布式能源。研究了综合系统的协调优化调度方法,基于用户的冷-热-电负荷特性,利用以电运行和以热运行策略混合使用,结合联供系统的运行成本、配电网的网损最小为优化目标,建立了多目标联合优化模型,考虑了电网的分时电价与天然气的费用,对联供系统热电运行出力进行了综合优化。以山东省某示范园区的夏季负荷为例进行分析,验证所提方法能够有效提高联供系统的效率以及能源的利用率,显示了多种清洁能源互补发电的作用和经济优势。     

考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法

为充分挖掘综合能源系统的可调度潜力,提出了一种考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法。首先,为增强价格信号对需求响应的激励效应,在分时价格的基础上结合模糊数学理论提出了模糊分时能源价格,进而建立了价格型综合需求响应模型;其次,综合考虑电–热–气系统的耦合约束以及天然气网络的管道动态特性,构建了综合能源系统的日前调度模型;最后,针对电–热–气系统的复杂性以及信息的不透明特性,提出了基于正则化交替方向乘子法的调度方法,将优化调度模型分解为电–热–气3个子问题,通过多个协调变量进行信息传递,并在迭代求解各子问题的同时通过添加含协调变量的正则项以加快收敛速度。结合具体算例验证了所提模型和方法的有效性。