电-热互联综合能源系统潮流计算的数值方法

现有热网潮流计算方法均通过解非线性方程组来获取各状态变量,进而可得网络热损耗,且通常在潮流计算前无法得知网络损耗。文章严格推导出辐射型供热网络总损耗公式,可在潮流计算前求得总供热损耗,进而得到各管道流量与节点温度,通过电-热耦合组件可获得电网潮流结果。测试算例由23节点热力网以及33节点配电网组成,仿真结果表明,所提电-热互联综合能源系统潮流计算模型在获得较快计算速度的同时可保证较高计算精度。     

辐射型电–热互联综合能源系统快速潮流计算方法

考虑到一定长度范围的管道内,热源供热温度、热负荷回水温度变化很小,基于供热温度和热负荷回水温度不变的合理假设,通过推导,将热源与热负荷之间的多根管道抽象成一根,等效成热源直接向热负荷供热,建立起热源与热负荷管道流量的一元函数关系。该文对长距离管道和短距离管道分别构建2种模型,该模型将供水网络与回水网络解耦,将流量与温度解耦。确定热源出力后,可通过热电联产机组确定电出力,进而得到电网潮流解。模型简单,计算量小,且不存在收敛性问题,误差分析表明该模型求解精度较高。算例测试验证了所提模型的有效性与合理性。     

电-热综合能源系统概率潮流计算

电-热综合能源系统中风电及负荷的随机性给系统的安全运行带来了巨大的挑战。为准确获得输出变量的概率特性,提出了一种基于半不变量法的电-热综合能源系统概率潮流计算方法。首先,采用截断通用分布模型和有界正态分布分别拟合风电出力和负荷的随机波动曲线。其次,针对电-热综合能源系统中的随机性问题,提出广义半不变量法用以求解输出变量的概率特性。最后,在巴厘岛电-热综合能源系统中验证了所提方法的有效性和快速性。     

基于解析法的电-热互联综合能源系统概率潮流计算

综合能源系统包含了大量的不确定因素,因此需要考虑综合能源系统在不确定环境下的运行状态。文中基于解析法和近似法,提出一种辐射状供热网络概率潮流快速计算方法。首先通过正态分布函数的数字特征得到管道流量的均值与方差,然后利用连续型随机变量的性质得到了节点温度的均值与方差,当求得热电联产机组热出力概率分布后可得机组电出力概率分布,最后求得电网各状态变量的概率分布。文中方法不需要迭代即可计算出稳态潮流与概率潮流,且不存在收敛性问题。该方法能在保证计算精度的同时,极大地提高计算速度,可为综合能源系统的不确定性分析和风险评估提供参考。     

基于数据驱动的电-热互联综合能源系统线性化潮流计算

电-热互联综合能源系统非线性潮流方程的线性化处理是简化电-热互联综合能源系统运行与控制分析计算的一种重要方法。基于偏最小二乘法及最小二乘法对电-热互联综合能源系统的历史数据进行处理，构建热网中节点热功率到管道流量、节点供水温度和回水温度的回归模型以及电网中节点有功和无功功率注入到节点电压相角和幅值的回归模型。结合电-热耦合单元的模型，提出一种基于数据驱动的电-热互联综合能源系统潮流线性化模型，通过历史数据与物理模型的融合克服了传统物理模型的数值稳定性问题。     

电-热综合能源系统能流的区间计算算法

为描述电、热负荷不确定性对综合能源系统的影响,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。首先,计及电-热综合能源系统负荷的不确定性,分别建立了电力网络区间模型和热力网络区间模型。然后,考虑热电联产机组、水泵和热泵建立了一种更符合实际情况的电热耦合元件区间模型。最终,通过电热耦合元件实现了电力网络和热力网络的耦合,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。针对传统的区间迭代法存在的计算结果区间易于扩张的问题,采用基于区间扩展的迭代算法对电-热综合能源系统区间能流模型进行求解。对IEEE33节点系统和32节点热力系统构成的电-热综合系统进行算例分析,结果验证了所建区间模型和所提算法的正确性。     

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。     

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。     

计及天然气管道泄漏的电-气综合能源系统潮流计算方法

针对天然气管道泄漏运行的实际情况,提出了一种计及天然气管道泄漏的电-气综合能源潮流计算方法。首先,建立了计及管道泄漏和改进微型燃气轮机模型的天然气网络模型;然后,采取牛顿拉夫逊法求解天然气网络潮流,并利用燃气轮机的耦合关系交替迭代求解电网潮流;最后以IEEE30节点和比利时20节点为例,计算耦合系统正常运行、管道泄漏及管道完全故障3种状态下的潮流计算结果并进行比较分析。     

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。     

一种新的电-气互联多区域综合能源系统最优能流计算方法

构建高效、低碳、可靠的综合能源系统是推动能源消费革命、促进能源可持续发展的有效手段,因此,综合能源系统最优能流问题一直以来受到学术界和工业界的广泛关注。文章提出了一种新的电-气互联多区域综合能源系统最优能流计算方法。首先,以经济性最优为目标,建立电-气互联综合能源系统最优能流模型。其次,针对交流潮流约束与气压气流约束等因素所引入的模型非凸项,利用二阶锥松弛将原模型进一步转换为综合能源系统最优能流凸优化模型。再次,计及多综合能源系统区域间能量信息交互,提出一种基于自适应步长交替方向乘子法的集中-分布式多区域综合能源系统最优能流计算方法。最后,通过仿真算例验证了所提最优能流计算方法的有效性和准确性。     

计及灵活性多目标电-热-交通综合能源系统区间优化运行

大量新能源和电动汽车接入后,导致电-热-交通综合能源系统有较大的净负荷变化,需要系统具有一定的灵活性以匹配源荷两侧的不确定性。如何处理不确定性与灵活性的矛盾,以及如何实现经济性和灵活性的平衡,是电-热-交通综合能源系统目前面临的难题。鉴于此,提出一种计及灵活性多目标电-热-交通综合能源系统区间优化运行模型,以经济成本最小和系统灵活性最大为目标,综合平衡系统的经济性和灵活性。利用区间数学描述风电出力和电动汽车负荷的不确定性,将传统等式约束转化为区间表达的形式,使其更具合理性。利用改进的多目标量子免疫算法对优化模型进行求解。以辽北某综合能源系统为例,设定3种不同场景以验证所提方法的有效性。     

综合能源系统潮流及最优潮流计算模型与方法综述

综合能源系统（IES）对促进能源互补利用、提高综合能源利用率具有重要意义,多能流潮流分析关乎IES的规划、运行和控制。本文探究了IES潮流及最优潮流的研究现状,从计算模型和方法2个方面展开综述。介绍IES的发展、结构、多能流计算模型,分别概括和总结IES潮流及最优潮流的问题和求解方法,综合全文,指出当前IES多能流计算的不足及今后的研究趋势和展望。结果表明:目前缺乏对于电-热-气IES的多能流建模与算法的深入探究,较少涉及准稳态及暂态模型,未充分考虑多种能源的互动;能源集线器虽然能够统一描述耦合环节,但应根据实际情况深化耦合环节的建模方法;IES配置多元储能装置能够进一步提高能效率,便于灵活调用能源,但目前的模型很少计及储能装置;现有潮流及最优潮流的算法不够丰富,较少涉及多目标最优潮流,其安全可靠评估体系有待进一步完善。     

电-气综合能源系统能流计算的改进方法

综合能源系统框架下,电力和天然气系统紧密耦合,有必要开展电-气综合系统的能流计算。现有电-气综合系统能流计算方法多以Newton法为核心算法,对初值依赖性强,而现有研究并未有效解决天然气系统的初值问题;此外,现有研究对电-气互动特性的分析亦不充分。为此,该文提出从能流算法和互动特性两个方面改进现有研究。算法方面,结合遗传算法(GA)的全局搜索和Newton法的局部搜索能力,提出电-气综合系统能流计算的混合GA-Newton法;互动特性方面,考虑燃气机组和P2G两种耦合方式,提出"以气定电"和"以电定气"两种电-气互动模式。分别用14节点天然气系统以及IEEE-57节点系统和14节点天然气系统构成的电-气综合系统两个算例验证了所提改进方法对电-气综合系统能流计算和互动特性分析的有效性。     

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。     

区域综合能源系统冷-热-电-气概率多能流计算

区域综合能源系统(regional integrated energy systems,RIES)集成了冷、热、电、气等多种能源形式,是现代能源供给体系的发展方向,有利于实现区域内能源的综合利用与管理,而多能流的计算是RIES分析的基础。考虑RIES的不确定因素,提出一种概率多能流计算方法。首先建立多能流计算模型,包含供冷系统、供热系统、电力系统及天然气系统的方程,使用牛顿拉夫逊法进行统一求解;其次,讨论了冷、热、电系统平衡节点的设置与对应的计算条件,包括多种能源网络平衡节点为相同物理节点的情况;在此基础上,结合冷、热、电、气负荷及间歇性能源的概率模型,基于拉丁超立方采样计算RIES的概率多能流,并计及随机变量之间的相关性;最后以一个小型RIES为算例进行了分析,验证了所提方法的有效性。     

基于GMM及多点线性半不变量法的电-热互联综合能源系统概率潮流分析

提出了一种计及相关性的基于高斯混合模型(GMM)的多点线性半不变量法电-热互联综合能源系统概率潮流(PPF)计算方法。构建了电-热互联综合能源系统潮流模型,采用GMM建立电-热互联综合能源系统源荷不确定模型,针对其输出变量的不确定性提出了基于半不变量法的电-热互联综合能源系统PPF计算方法,定量计算出相关输出状态变量的概率密度函数。由于电-热互联综合能源系统中存在非线性问题导致线性化误差增大,采用多点线性的方法来克服这一难题。并且所提PPF方法进一步考虑了电-热负荷之间的相关性。最后,采用Cornish-Fisher级数展开拟合状态变量概率分布,在改进的巴厘岛电-热互联综合能源系统算例中验证了所提方法的快速性、准确性和实用性。     

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。