考虑双重需求响应及阶梯型碳交易的综合能源系统双时间尺度优化调度EI北大核心CSCD

安全稳定、低碳清洁是全球能源发展的主流方向,如何充分发挥需求侧资源响应潜力以及降低系统源、荷不确定因素对实现能源可持续发展具有重要意义。为此,提出了一种考虑双重需求响应和阶梯型碳交易机制的综合能源系统(IES)双时间尺度优化调度策略。针对电、热、气负荷的可调度特性和不同时间尺度下的响应差异性,提出了双重激励的综合需求响应(IDR)模型。为实现IES低碳经济运行,建立了基于日前价格型IDR策略和阶梯型碳交易机制的IES日前低碳优化调度模型。考虑日前源、荷预测误差对IES调度的影响,基于模型预测控制和日内激励型IDR策略,建立了以购能成本、各设备出力调整成本和阶梯型激励补贴成本之和最小为目标的日内滚动优化调度模型,并采用CPLEX对所提模型进行求解。仿真结果验证了所提模型能有效兼顾系统经济性和环保性,同时提高了系统平抑源、荷功率波动的能力。     

基于多时间尺度综合需求响应策略的综合能源系统优化运行

为充分挖掘各类型综合需求响应(integrated demand response,IDR)参与协调综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行能力,首先分析IDR多时间尺度特性,建立各类型IDR模型并制定了IDR多时间尺度响应策略;然后基于此策略建立以经济性最优为目标的IES多时间尺度优化运行模型:该模型分为日前-日内上层-日内下层三个阶段,在日前阶段制定经济性最优的日前调度计划,在日内阶段划分长、短两个时间尺度分别对冷/热、电/气相关设备出力进行分层管理;最后算例分析表明,所提模型能够有效降低运行成本,充分发挥不同响应能力的设备参与日内调度的潜力。     

基于多时间尺度综合需求响应策略的综合能源系统优化运行

为充分挖掘各类型综合需求响应(integrated demand response,IDR)参与协调综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行能力,首先分析IDR多时间尺度特性,建立各类型IDR模型并制定了IDR多时间尺度响应策略;然后基于此策略建立以经济性最优为目标的IES多时间尺度优化运行模型:该模型分为日前-日内上层-日内下层三个阶段,在日前阶段制定经济性最优的日前调度计划,在日内阶段划分长、短两个时间尺度分别对冷/热、电/气相关设备出力进行分层管理;最后算例分析表明,所提模型能够有效降低运行成本,充分发挥不同响应能力的设备参与日内调度的潜力。     

基于模型预测控制的源荷储低碳经济调度

为提高电力系统风电消纳的经济性以及实现低碳排放的目标,基于模型预测控制方法,构建了多时间尺度下含碳捕集电厂的源荷储低碳经济调度模型。首先,源侧分析碳捕集电厂的运行机理及能量时移特性;荷侧根据需求响应时间尺度的差异性,调用不同响应速度的价格型、动态激励型需求响应资源分别参与日前-日内调度;储能快速调整充放电功率提高运行经济性。其次,日前调度以运行成本和碳排放量最小为目标,通过协调调度源荷储资源优化系统各单元出力计划。日内调度在滚动优化平滑功率波动的基础上,以跟踪和修正日前调度计划为目标,实时应对风光和负荷的功率波动。最后通过算例验证所提方法可降低运行成本和碳排放量,实现对经济与低碳协同优化。     

综合能源系统日前-日内多目标优化控制策略

多能互补综合能源系统(Integrated Energy System,IES)的发展为实现能源高效利用和生态环境改善提供了新的可能,文中充分考虑IES多目标运行约束,以及不同能源响应特性在时间尺度上的差异,提出一种基于多目标的IES日前-日内分层优化控制策略。在日前阶段,考虑环保、能耗、可靠性、经济等多目标,将前三类通过量化评价指标加入到模型约束条件中,构建IES日前多目标优化模型,合理安排供能储能机组的出力计划;在日内阶段,依据冷热能和电能的调控时间差异实现分层控制,上层控制和下层控制分别通过机组调控惩罚成本,引导滚动修正机组出力平抑冷热能功率波动和电能功率波动。最后,基于一种典型IES结构设计算例,分析IES日前控制和日内控制各设备出力,验证所提方法的有效性。     

多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统优化调度

对源侧进行低碳化改造、荷侧辅以综合需求响应策略有利于“双碳”目标的实现。为此,提出一种多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统低碳优化调度策略。源侧在碳捕集电厂中引入储液罐,形成碳捕集电厂的综合灵活运行方式,并构建计及碳捕集电厂和电转气设备的新型联合运行模型;在荷侧分析需求侧资源在不同时间尺度下的响应特性,建立不同时间尺度下的价格型、激励型需求响应模型,通过源荷协调配合提升系统的低碳性能;提出源荷互补的综合能源系统多时间尺度低碳调度策略,构建含综合需求响应的日前-日内-实时调度模型。算例结果表明,所提模型能够充分利用源荷资源参与调节,实现系统低碳、经济、稳定运行。     

计及氢能多环节利用和混合需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳优化

在“双碳”背景下,充分利用氢能和各类需求侧资源是实现电力系统低碳运行的重要手段。为此,提出了一种计及氢能多环节利用和混合需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳优化调度策略。首先,为提升氢能的利用效率,构建了含制氢、用氢、储氢以及燃气混氢的氢能多环节利用模型。其次,为挖掘需求侧资源在不同时间尺度下的响应能力,分析了需求侧资源的响应特性,建立了多时间尺度下的混合需求响应模型。然后,为了提升系统的低碳特性,将绿证交易机制和碳交易机制同时引入进综合能源系统优化模型中,以降低系统碳排放量,并降低系统的源、荷不确定性,构建了含日前、日内、实时阶段的综合能源系统多时间尺度低碳优化模型。最后,仿真结果表明,相比传统调度模型,考虑氢能多环节利用模型后,系统总成本和碳排放量分别降低了6.59%和5.56%,并且混合需求响应模型可分别降低购电、购气功率波动率2.64%和5.56%,验证了混合需求响应对系统功率波动的平抑作用。     

计及电-气-热-氢需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行优化策略

为更好地促进综合能源系统（IES）的低碳经济运行,提升多时间尺度运行优化管理水平,提出了一种考虑电-气-热-氢需求响应与阶梯式碳排放费用机制的多时间尺度低碳运行优化策略。综合考虑阶梯式碳排放费用机制,关注电、气、热之外的氢负荷需求,通过优化耦合设备中的燃气轮机热电比的可调性,建立了日前-日内滚动-实时三阶段的多时间尺度优化模型。以IES整体运行成本、碳排放费用成本、弃风弃光成本最小为经济目标,并将原非线性问题转化为混合整数线性问题,调用Gurobi求解器求解。通过仿真对比分析各类情形下的优化结果,验证了所提策略在促进低碳运行、发挥系统设备灵活性与促进清洁能源消纳方面的有效性。     

基于多时间尺度和多源储能的综合能源系统能量协调优化调度

考虑源荷不确定性及储能设备配置对综合能源系统IES(integrated energy system)优化调度的影响,提出基于多时间尺度和多源储能的IES能量协调优化调度策略。该策略以系统运行经济最优、滚动控制时域内购能成本与储能惩罚成本之和最低以及设备输出功率调整量最小为目标,分别建立了日前、日内滚动和实时反馈3个时间尺度的优化调度模型。在日前考虑多种储能模式对IES经济性的影响;日内利用场景分析法描述滚动预测的不确定性来提高系统经济运行稳定性;再基于模型预测控制方法,构建日内与实时的反馈闭环优化,平抑由预测误差导致的系统功率波动。仿真结果表明:多源储能模式有助于提高IES的经济性;多时间尺度调度既可以保证IES运行的经济性,又能有效降低不确定性对系统实际运行的影响,减轻电网平抑功率波动负担。     

含冰蓄冷空调的冷热电联供型微网多时间尺度优化调度

冷热电联供型微网(CCHP-MG)对实现能源可持续发展和构建绿色低碳社会具有重要的应用价值,而内部复杂的能源结构与设备耦合关系、可再生能源的消纳和负荷波动的平抑给其优化运行带来了挑战。文中提出含冰蓄冷空调的CCHP-MG多时间尺度优化调度模型,研究冰蓄冷空调的不同运行方式对优化调度的影响。日前计划中通过多场景描述可再生能源的不确定性,侧重于一个运行优化周期内CCHP-MG的经济运行;日内调度基于日前计划方案,根据冷热电在不同时间尺度上的相关性和互补性,提出考虑冷热负荷变化的双层滚动优化平抑模型,求解各联供设备的调整出力。仿真结果表明:冰蓄冷空调的运行方式关系到CCHP-MG的综合效益的提高;多时间尺度优化调度模型不仅可以满足用户的冷、热、电能的需求,还能有效平抑日内阶段供需侧随机性波动,实现CCHP-MG经济及稳定运行。行带来了挑战。文中提出含冰蓄冷空调的CCHP-MG多时间尺度优化调度模型,研究冰蓄冷空调的不同运行方式对优化调度的影响。日前计划中通过多场景描述可再生能源的不确定性,侧重于一个运行优化周期内CCHP-MG的经济运行;日内调度基于日前计划方案,根据冷热电在不同时间尺度上的相关性和互补性,提出考虑冷热负荷变化的双层滚动优化平抑模型,求解各联供设备的调整出力。仿真结果表明:冰蓄冷空调的运行方式关系到CCHP-MG的综合效益的提高;多时间尺度优化调度模型不仅可以满足用户的冷、热、电能的需求,还能有效平抑日内阶段供需侧随机性波动,实现CCHP-MG经济及稳定运行。     

考虑综合需求响应的楼宇综合能源系统能量管理优化

针对楼宇综合能源系统（RIES）能量管理时未充分考虑影响室温因素及其对负荷建模的影响和刚性捆绑RIES、用户从而未全面考虑用户舒适度和用能支出的问题,文中提出了冷、热负荷参与阶梯型补贴和电负荷参与电价型综合需求响应的RIES能量管理优化模型及其求解方法。首先,综合考虑影响室温因素,得到离散化的楼宇热平衡方程,建立楼宇的柔性而非固定的冷、热、电负荷数学模型。其次,建立冷、热负荷参与的阶梯型补贴和电负荷参与的电价型综合需求响应机制。然后,考虑RIES向用户售能的收益、从外部购能的成本和支付用户的补贴费用,构建了以最大化RIES运行利润为目标、计及设备和系统运行约束的能量管理优化数学模型,并采用CPLEX对线性化后的模型进行求解。最后,通过算例仿真表明：计及综合需求响应的楼宇综合能源系统能量管理优化能统筹协调供需两侧资源,提升系统与用户的经济效益。     

面向多能协同园区的能源综合利用率指标

考虑综合能源系统多能流特性及可再生能源接入影响,提出适用于多能协同园区能效评估的能源综合利用率指标。该指标可综合反映园区对可再生能源的消纳率及不可再生能源的利用水平,体现综合能源系统低碳、高效的核心特点。分析比较了所提指标与其他能效指标的区别,讨论了不同目标对调度策略的影响。算例结果表明,相比于传统一次能源利用率的直接推广,该指标能更准确地体现园区多能联供、能量梯级利用的优势。同时,通过适当调整电价,成本最低与能源综合利用率最高的调度结果将趋于一致,反映了为促进可再生能源消纳,减少非可再生一次能源耗量,合理定价的必要性。     

计及综合需求响应的综合能源系统优化调度

为提高系统运行的可靠性和经济性,在综合能源系统优化调度的基础上引入综合需求响应,利用不同形式能源间的相互转化关系,实现削峰填谷,提高能源利用效率。计及综合需求响应策略,建立了基于电价的电力负荷需求响应和基于激励的热负荷需求响应模型。并以运行成本最小为目标函数,提出了综合考虑供需平衡和供储能设备约束的综合能源系统调度模型。采用改进二阶振荡粒子群算法对模型进行求解。该算法在常规粒子群算法的基础上对速度迭代公式进行更新,克服了常规粒子群算法易陷入局部最优的问题。通过实际算例仿真,验证了所提出模型和求解算法的有效性。     

考虑氢储一体化协同的综合能源系统低碳优化

针对可再生能源消纳问题，基于电-热-氢能流交互拓扑，研究电-热-氢综合能源系统灵活性资源协同调控。考虑灵活性资源与异质能流的互补影响，构建经济成本、风光消纳率、碳排放量等多评价指标评价电-热-氢多能调控策略。基于负荷碳排信息，提出电-热-氢交互能流溯源方法，利用碳流拓扑信息辅助多能调控决策。通过对实际区域电网进行仿真，分析多元灵活性资源响应对系统综合效益的改善效果，研究电-热-氢系统的源荷协同特性，结果验证了所提方法的有效性与合理性。     

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。     

计及液态空气储能与综合需求响应的综合能源系统低碳经济调度

提高供应侧风电、光伏等清洁能源的消纳,降低传统火电机组的碳排放是实现能源结构转型以及碳达峰、碳中和的重要手段。针对能源系统低碳运行的问题,提出了一种包含储液式碳捕集电厂、电转气、液化天然气气化站以及利用液化天然气冷能的液态空气储能的综合能源系统低碳经济调度策略,并结合需求侧的响应策略,从供需两侧联合调度以实现综合能源系统的经济性和低碳性。最后,以改进的IEEE 30节点电力系统与6节点天然气系统为例,验证了所提出的低碳经济调度策略可以提高系统的风电消纳,减少系统的碳排放量,削峰填谷效果更为明显,并可有效降低系统运行的总成本。     

含分布式供能设备的综合能源系统规划评价

综合能源系统作为能源领域发展趋势,对其进行综合评估,在规划阶段进行方案优选,保证最大化能源利用效率以及供能系统安全稳定运行,具有至关重要的意义。本文从可靠性、经济性、环保性角度出发,以热电联供系统为例,综合考虑电网、热网特性建立了综合能源系统评价体系。鉴于评价指标量纲不同以及指标优劣的模糊性,采用模糊综合评价法对指标进行模糊变换,通过反熵权法确定权重,针对不同的用户供能设备配置方案,将评价矩阵转换为综合评分。通过算例验证了本文所提评价体系的可行性和有效性,并给出了不同设备的配置建议。结果表明,小型燃气锅炉不宜在热电联供系统中进行配置,分布式光伏和电热水锅炉可显著提升系统性能,并且提升的幅度存在边际效应。     

An integrated multi-energy flow calculation method for electricity-gas-thermal integrated energy systems

The modeling and multi-energy flow calculation of an integrated energy system (IES) are the bases of its operation and planning. This paper establishes the models of various energy sub-systems and the coupling equipment for an electricity-gas-thermal IES, and an integrated multi-energy flow calculation model of the IES is constructed. A simplified calculation method for the compressor model in a natural gas network, one which is not included in a loop and works in constant compression ratio mode, is also proposed based on the concept of model reduction. In addition, a numerical conversion method for dealing with the conflict between nominal value and per unit value in the multi-energy flow calculation of IES is described. A case study is given to verify the correctness and speed of the proposed method, and the electricity-gas-thermal coupling interaction characteristics among sub-systems are studied.     

计及多能源集线器的电热综合能源系统分布式优化

由于电热综合能源系统各主体信息不共享、存在隐私保护等,区域内不同主体的自治决策和通信安全变得至关重要。为此,提出一种基于交替方向乘子法(ADMM)的电热综合能源分布式优化方法,以实现电热综合能源系统中能源集线器(EH)的自治决策和分布式优化。建立了电热综合能源系统与EH的优化调度模型,并建立了基于ADMM的电热综合能源系统分布式优化模型,实现了综合能源系统运营商与多个EH运营商的分布式功率交互。同时,采用自适应步长的方法求解所建立的模型,提高了算法的收敛性。     

基于异构能源区块链的综合能源系统交易模型

综合能源系统是对电、气、热、冷能进行统一规划调度的综合系统,顺应了供给侧改革的趋势.目前综合能源系统的用户呈现个体化、分散化的趋势,传统的单向集中式输配电服务模式逐渐不适应这种趋势.基于区块链技术,设计了一种综合能源系统交易模型.采用异构能源区块链的结构模式,利用智能合约建立了基于价格约束的匹配拍卖机制,保障了清洁能源用户的供能优先级,并采用双重认证机制,保障了交易的可靠性.在实验环境下对所设计模型进行分析,仿真结果验证了所提综合能源系统交易模型的有效性和可行性.