电–热综合能源系统仿射型区间多能流算法EI北大核心CSCD

针对综合能源系统区间能流算法仅能分析多个不确定性因素共同作用的结果,而无法量化分析各不确定性因素的传递过程及其对系统状态量影响的不足。该文采用仿射算术建立系统不确定性模型,提出电热综合能源系统仿射型区间能流算法。首先,基于泰勒公式简化热网温度方程,建立仿射形式的热网温度传递模型,进一步地,计及耦合元件的不确定性,建立电热综合能源系统仿射模型。在此基础上,考虑管道流量约束进行多源互补,提出热网仿射能流前推回代算法;同时,以耦合元件的仿射功率作为电热网络间的边界条件,提出电热互联系统仿射能流的并行迭代方法。最后,基于IEEE33节点配电网与23节点配热网构成的电热互联系统,分析不同节点负荷变化对系统状态量的影响程度以及电–热系统之间的交互影响过程,验证该文所提方法的可行性和优势。     

电热联合调度模型综述

区域电热综合能源系统在能源利用方面有独特优势,为了准确把握电热联合调度的研究重点,综述了电热联合调度模型的相关研究热点问题。介绍了以区域供热为对象的电热联合系统的基本结构与特点。从电热能流差异出发,分析了联合调度模型中热力系统各元件热力特性模型、电力系统典型模型和电热耦合元件典型模型。针对目前电热联合调度模型的研究侧重点与进展,从基本调度模型、考虑能流差异性、考虑系统不确定性、考虑调度机制、考虑主体利益与电力市场的调度模型等五个方面综述了主流的电热联合调度模型,并展望了电热联合调度模型未来研究方向。     

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。     

计及静态安全因素的电-热多能流计算方法

多能流含义为多种类型的能量流,包括能量流的相互耦合、转换和传输,例如冷、热、电、气等多种能源形式。其中以电热联供为代表的电热耦合多能流系统发展最为迅速,带来诸多效益的同时也使安全问题更加突出。文中考虑安全因素提出电-热多能流系统计算方法。建立电力网络、热力网络模型、耦合元件模型,基于安全因素考虑构建预想故障集合,采用分布式顺序潮流求解算法进行求解。针对电力网络中并网和孤岛两种运行方式进行分析,通过实际算例验证了所提算法的优越性。     

电-热互联综合能源系统区间潮流计算方法

由于电力网络与热力网络耦合逐步加深,有必要研究电-热互联综合能源系统的安全分析与评估。考虑到电-热负荷波动的不确定性,提出一种电-热互联综合能源系统区间潮流计算方法,以定量评估不确定因素对系统运行状态的影响。首先推导和建立了管道压降方程的等值函数;然后提出一种基于线性优化的区间潮流方法,通过变量代换得到迭代初值,并采用优化方法求出各状态变量的上/下限。进一步的,考虑到实际负荷很难同时达到上限或下限,引入负荷不确定预算概念,可有效克服区间潮流的保守性。算例结果验证了所提区间线性规划方法的有效性。     

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。     

基于PSASP的电热耦合能源系统潮流计算

针对以电/热/冷多类型能源耦合为特征的能源互联网系统,建立了热力管网系统关键设备的稳态模型,研究了电热耦合能源系统的潮流计算方法。同时基于目前国内电力系统分析普遍采用的电力系统分析综合程序(PSASP),利用用户程序接口(UPI)开发了电热耦合能源系统的潮流计算程序,充分利用成熟的电力系统分析商业软件的功能,实现综合能源网络的稳态计算,为能源互联网做进一步的系统分析奠定基础。     

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。     

电-气互联系统预测-校正型仿射能流算法

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素对系统状态变量的影响程度。建立电、气子系统仿射模型及能流方程。提出基于域收缩思想的IEGS预测-校正型仿射能流算法,根据灵敏度对状态量的解域进行保守的预测,并构建优化模型对解域进行压缩校正。同时,采用多能流分布式迭代方法进行求解,其无须考虑复杂耦合网络中的多能流计算顺序。最后通过仿真验证了所提方法在保守性、计算效率方面的优势,并量化分析了不确定因素对系统状态量的影响。     

灵活性资源参与的电热综合能源系统低碳优化

针对可再生能源的消纳问题,研究可控负荷机制与电-热耦合网中的储能调控策略,构建综合灵活性资源模型优化系统的低碳运行。首先分析区域电网中差异化布局的工业负荷调控机制,基于城市能源网架电热耦合建立可控负荷及电-热储能调控模型;然后以经济成本、风光消纳及碳排放为指标构建综合效益模型,提出碳排放流动拓扑,描述依附于能量流的碳排放流信息;最后对IEEE 33节点电网和45节点热网耦合能源系统进行仿真,分析多元灵活性资源响应对系统综合效益的改善效果,并通过拓扑直观显示典型场景中电-热碳排放流动过程。结果表明发掘灵活性资源能够提升电热综合能源系统对风光能源的消纳裕度,验证了所提方法的合理性和有效性。     

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

随着社会经济的发展与技术的进步,综合能源系统已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一,其中以热电联供为代表的电热耦合综合能源系统发展迅速。电热系统的联合优化可以提高燃料利用效率,节省运行成本,但当前电热耦合系统能流研究主要针对于电力系统,对供热系统的管网特性、热负荷与用户温度需求的关联特性考虑得还不够精细,无法充分反映电热系统的实际运行特性。该文基于热力管网支路特性及散热器、换热器等关键设备的稳态模型,考虑供热系统能量传输与管网约束,建立了供热系统稳态能流计算的精细化模型。在此基础上,以热电联供机组电热出力与电锅炉出力为调节变量,提出了一种基于内点法的电热耦合综合能源系统最优能流求解方法,能够更加准确地反映系统运行特性并实现系统经济运行。最后进行算例测试,验证所提最优能流计算方法的可行性与有效性。     

计及激励型综合需求响应的电-热综合能源系统日前经济调度

综合能源系统是提高能源利用率的有效途径之一.该文针对园区级电-热综合能源系统,考虑综合需求响应与条件风险价值,建立了相应的日前经济调度模型.首先,建立包含燃气轮机、分布式能源机组、储热装置、热泵以及电热负荷的园区电-热综合能源系统稳态数学模型;然后,提出适用于电力负荷、民用供暖热负荷与工业热负荷的激励型综合需求响应模型;最后,利用条件风险价值分析新能源出力与负荷预测不确定性的风险,以运行成本最低为目标函数,建立日前经济调度模型.对英国百利岛电-热综合能源系统进行了算例分析,结果表明,综合需求响应的加入可以提高系统的能源利用率,降低系统的运行成本,而条件风险价值的加入则可以有效平衡调度策略的安全性与经济性.     

电-气耦合系统概率Pareto最大负荷裕度及灵敏度分析

针对含风电机组的电-气耦合系统在最大负荷裕度及其相互影响问题,考虑电力网络,天然气网络及能源集线器3部分等式和不等式约束,以电力网络与天然气网络的最大负荷裕度Pareto最优为目标,构建含风电电-气耦合系统概率最大负荷裕度多目标优化混合最优潮流模型。采用随机响应面法处理风电机组出力的不确定性,提出了结合牛顿法、快速非支配排序遗传算法和最大满意度决策的模型求解方法;进而对电-气耦合系统最大负荷裕度的灵敏度进行分析。最后,算例仿真结果表明,所提模型和算法正确有效,定义的灵敏度指标可识别系统薄弱节点及评估最大负荷裕度下系统耦合影响。     

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

该文采用鲁棒区间法挖掘电-热综合能源系统协调运行的潜力,以缓解风电功率的不确定性对电力系统的运行稳定性的影响,并构建风力发电与氢储能系统相结合的风-氢混合系统,考虑氢储能系统的热平衡需求,以充分发挥氢储能系统的储能效率,平抑风电的波动性。首先,介绍了考虑氢储能系统接入的电-热综合能源系统结构,并构建其数学模型;然后,以区间形式考虑风电的不确定性,构建含风电的鲁棒区间优化调度模型,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足允许约束条件;再次,建立一种含风-氢混合系统的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型转化为单层模型进行求解,最坏情况下的风电不平衡功率由可调机组根据时变参与因子进行调整;最后,以PJM-5节点电力系统与6节点热力系统和辽宁省北部太和综合能源系统为例对所提模型进行分析,验证了模型的有效性。     

基于区间理论的油田综合能源系统优化规划

针对油田的能源结构和用能负荷的特征,构建了油田综合能源系统架构;考虑可再生能源出力的不确定性和油田多元负荷用能的随机性,建立了光伏、光热出力的区间模型,热负荷区间模型和基于价格型响应的电负荷区间模型;通过分析设备投资成本的时间价值和区域碳中和途径,建立一种计及源荷不确定性的综合能源系统规划模型,并结合仿射算法和区间序关系,将不确定性优化问题转化为确定性的多目标优化问题进行求解。算例分析表明,油田综合能源系统架构符合油田能源禀赋和负荷实际耦合情况,设备配置方案投资回收年限短,不确定性权重系数越高,投资越大,年净收益区间越大,结果验证了规划方法的有效性。与传统鲁棒凸规划优化方法相比,所提方法为决策者提供了满足区间约束的解集,避免了规划方案的保守性。     

面向电-气综合能源系统的MEAV抗差状态估计法

为了实现电-气综合能源系统更为协调精确的状态估计,参考电网状态估计方法,基于最大指数绝对值(Maximum Exponential Absolute Value, MEAV)状态估计建立了电力-燃气网络的稳态模型。采用牛顿法作为基本算法,对系统进行能流计算以及MEAV等价模型的求解。最后,通过30个电网节点和22个燃气节点的耦合系统的仿真实验,验证了所提出的方法在获得电-气互联网络准确运行信息和抑制不良数据方面的能力。     

基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算

综合能源系统包含多热源环状管网且以电热耦合元件为平衡节点.然而,潮流计算中未能详细考虑热网中热能传输动态特性和管道水流局部阻力,也未能清晰定义热网负荷节点类型.文中提出一种基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算方法.首先,综合考虑热网管道中各种阻力对管道水流量的影响,建立了考虑精细化阻力的水力模型.基于热网管...     

基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流分析

随着电力系统与天然气系统间耦合程度的日益增强,能源系统间的不确定性因素对电-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)运行状态的影响日趋显著,需在其能量流分析中予以考虑。为此,提出一种基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流计算方法。首先,考虑燃气机组和电驱动压缩机作为耦合元件,构建电力系统和天然气系统的稳态能量流模型,并提出对应的顺序求解方法;然后,基于风电和不同系统负荷的不确定性模型,提出输出状态变量半不变量的计算方法;在此基础上,基于最大熵原理法计算得到不同系统中节点和支路状态量的概率密度;最后,采用IES 118-20节点和IES 2383-60节点综合能源测试系统对所提算法的准确性和有效性进行分析验证,结果表明,所提算法可实现电–气综合能源系统概率能量流的快速准确计算。     

考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度

在电—热综合能源系统中,利用电力、热力系统的互补特性可提高系统运行的灵活性,从而提升系统消纳可再生能源的能力。电力系统和热力系统通过热电联产、电制热等发生耦合,文中考虑了热力系统中供热管道传输时间延迟和热损失等热动态特性,以及用户供热需求的柔性,建立了考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度模型。算例1以IEEE 39节点电网和26节点热网耦合系统为例进行分析,结果显示所提模型可以通过能量时间平移,优化匹配电—热综合能源系统的源、网、荷,促进可再生能源高比例消纳;算例2则以海宁市尖山新区为例,分析了含高渗透率可再生能源系统中以集中供热拓展能源终端消费的效果。     

综合能源系统综合需求响应行为研究

面向耦合电、气、冷、热等多种形式能源的综合能源系统,研究柔性负荷、储能和电动汽车等需求侧资源的综合需求响应,有利于挖掘多能负荷的响应潜力,激发综合能源系统的灵活性,提升能源利用效率。首先以区域电-气互联综合能源系统为基础,构建了园区级冷-热-电-气综合能源系统,其次建立了综合能源系统调度模型,通过节点能量平衡方程分析节点能源价格,明确了系统调度-能源价格-综合需求响应的传递关系,然后基于节点能源价格建立了考虑柔性负荷、储能、电动汽车为参与主体的综合需求响应模型;最后通过算例分析了柔性负荷、储能、电动汽车的响应情况,基于节点能源价格对不同位置多能用户综合需求响应前后的负荷曲线进行了分析。