计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度

为了充分挖掘综合能源系统(IES)用能侧的用能潜力以进一步提高能源利用效率,提出一种IES多目标优化调度模型及求解方法.兼顾供能侧与用能侧的协同优化,建立了考虑综合需求响应的综合能效模型并引入优化目标,以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气-热IES多目标优化调度模型.采用Charnes-Cooper变换对综合能效目标进行线性化,从而实现分式规划问题的准确快速求解,并使用改进ε-约束法得到Pareto前沿集.算例采用修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统与14节点热力系统的耦合系统,对4种场景下的系统经济成本与综合能效进行分析.结果表明,所提模型能够引导电力用户与多能用户合理选择综合需求响应行为,通过供需双侧的协同优化进一步提升IES整体能效,并验证了优化调度结果对于平衡IES经济、高效运行目标的可行性.     

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。     

含多元灵活性资源的省级电-热综合能源系统耦合平衡分析模型

在中国北方各热电厂进行运行灵活性提升改造的背景下,传统“以热定电”的电力电量平衡方法不再适用。为此,首先建立了含多元灵活性资源的省级电-热综合能源系统耦合平衡分析模型。该模型首先对同类设备进行聚合,以简化问题复杂度,并通过以日为周期的启发式机组组合,考虑系统备用、最小运行方式等系统安全稳定约束。然后,在小时颗粒度上进行无灵活性资源的平衡分析,以确定电力过剩情况,再根据过剩电力进行电-热灵活性资源的有序调用,实现电-热耦合平衡计算。最后,通过逐日滚动计算,得到长时间尺度的平衡结果。算例以实际电网数据为基础,验证了该模型的有效性,并使用该模型分析了灵活性资源配置对新能源消纳提升的作用效果。     

大规模火电灵活性改造背景下电-热能源集成系统优化调度

对于燃煤机组占比较高的国家而言,实施灵活性改造是增强电力系统灵活性的关键手段之一.然而,机组改造后系统角色及运行方式均发生了转变,原有的建模方法及调度策略已不适用.基于此,文章提出了一种考虑火电差异化灵活性改造的电-热集成系统优化调度方法.首先,对比分析了2种类型火电机组灵活性改造的相关技术及特点,采用顶点凸组合法对纯...     

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。     

考虑热系统热力学属性的电-热综合能源系统建模

为解决目前热电系统模型仿真度差的问题,基于热力学定律对包含燃气锅炉、储热罐、热水管网和居民热负荷的热系统进行了建模研究。建立了包含供热和供电两种能量流的电-热综合能源系统模型,采用了能量数值作为链接点对电-热系统进行协调控制,并在MATLAB/Simulink平台上进行热电系统的动态仿真分析。多个场景的仿真结果验证了模型实现热需求和CHP机组上网电量两者的解耦,提高了系统对风能的吸纳能力以及模型的有效性。     

电—热综合能源系统中能量的整体输运模型

促进可再生能源消纳、提高能源综合利用效率是电力和热力等能源系统可持续发展的重要途径。针对电力和热力两种异质能源系统在传统研究对象和分析方法上的差异性,引入理论,结合热电比拟方法,从热量输运的驱动力和阻抗的角度揭示了热系统中基本元件的本构关系,并从能量流的视角对其重新建模,结合热系统的拓扑结构,提出热系统的能量流模型来描述系统中热量的整体输运规律。在此基础上,同时考虑电—热综合能源系统中的能量平衡特性和热量输运的不可逆性,提出了电—热综合能源系统的整体能量流模型,统一了电能传输和热能输运的研究视角,揭示了系统中能量的整体输运规律。最后,针对一个简单的电—热综合能源系统,以最小化系统总煤耗为目标,应用能量流和互为边界的方法分别预测了风电出力情况,结果表明能量流法预测的风电出力更准确,从而验证了能量流法的可行性和必要性。     

基于复杂网络的电-气-热综合能源系统健壮性分析

随着综合能源系统网络规模的不断扩大以及耦合程度的不断加强,对其结构的稳定性和运行的安全性提出了更加严格的要求,为此将复杂网络理论运用到综合能源系统的静态结构与健壮性分析中。利用NetworkX对系统进行网络拓扑建模并调用G. degree、nx. betweenness_centrality(G)、nx. average_clustering(G)等算法计算其网络特征参数,在此基础上进一步分析计算结果,研究综合能源系统的无标度与小世界等复杂网络特性。引入网络破碎度、连通因子、供能效率比3个分析指标,模拟系统受到7种不同模式的破坏,通过观察不同故障下电-气-热综合能源系统的网络破碎度、连通因子、供能效率比的变化曲线,综合分析系统在不同故障下的健壮性并对系统中的脆弱环节进行识别,研究成果为建设更可靠的大规模综合能源系统网络体系提供了参考和决策支持。     

太阳能驱动的氢-冷-热-电综合能源系统性能分析

基于可再生能源的综合能源系统具有清洁低碳与安全高效的特点。提出一种以抛物面槽式太阳能集热器驱动的综合能源系统,该系统包括质子交换膜电解池、有机朗肯循环和吸收式制冷子系统。根据能量梯级利用原理和热力学分析理论,建立综合能源系统的稳态数学模型,分析热力参数变化对系统性能的影响规律。结果表明,在设计条件下,质子交换膜电解槽制氢效率、有机朗肯循环发电效率和吸收式制冷效率分别为58.65%、12.20%、36.93%,制氢功冷联供总效率为55.58%。系统总效率随着涡轮机入口温度升高先增加后减少;随着发生器出口温度升高而增加。另外,增加工作压力和膜厚度会导致电解槽电压升高和电解槽效率下降。研究结果可为以抛物面槽式太阳能集热器驱动的多联供系统的建立和评价提供参考。     

考虑不确定性的电-热-氢综合能源系统规划

在综合能源系统(IES)高速发展的背景下,提出考虑风光不确定性的电-热-氢综合能源系统多目标规划方法.首先,介绍了电-热-氢综合能源系统模型结构框架和关键设备运行策略,针对模型中现有电转气(P2G)技术和热电联产机组(CHP)运行策略的不足,提出将P2G生成的氢气优先供应燃料电池汽车,以及根据可再生能源出力大小切换CHP运行模式等改进措施;其次,针对可再生能源出力不确定性对系统规划的影响,基于场景法实现了不确定性场景描述,同时以经济成本最小、风光消纳率最大和供能不足最小为优化目标,提出考虑风光不确定性的多目标规划方法,达到应对不确定性因素影响以及兼顾经济性、高效性和可靠性的目的;最后,采用改进的混合多目标粒子群算法和模糊隶属度函数求解设备容量配置方案,结果验证了该文所提方法的有效性及合理性.     

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。     

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。     

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。     

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。     

考虑热动态和碳交易的电-气-热综合能源系统协调调度

随着电-气-热综合能源系统(IES)内多类型能源转换设备广泛接人,热网动态特性对系统运行影响日益显著,能源低碳转型战略的实施使得碳排放成为IES运行关注的焦点之一.对此,文章开展考虑热动态和碳交易的电-气-热IES协调调度的研究.基于动稳态模型构建的供热网络潮流结果,研究其动稳态差异;进一步面向当前碳交易市场发展需求在IES运行中考虑碳交易,构建以购能成本、运行成本及碳交易成本等综合成本最低为目标的电-气-热IES协调调度模型,从多环节挖掘节能减排潜力;构建算例系统进行仿真分析,结果表明,考虑热动态特性和碳交易的IES多网络耦合协调调度,能量跨时空转移特征明显,且有效降低碳排放,实现其能源综合、高效利用的目标.     

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。     

基于碳交易的电-热-气综合能源系统低碳经济调度

在能源互联网和低碳电力的背景下,综合能源系统成为节能减排的重要载体。基于能源集线器模型搭建了包含电转气和燃气轮机的电—热—气联供综合能源系统架构;将碳交易机制引入系统的调度模型中,构建了分碳排量区间计算碳交易成本的阶梯型计算模型;综合考虑碳交易成本和外购能源成本,建立了适用于电—热—气联供系统的低碳经济调度模型。通过对比分析3种调度模型的调度结果,验证了所提模型在兼顾系统低碳性和经济性方面的有效性。最后,分析了碳交易价格和耦合元件容量对调度结果的影响。     

综合能源系统电-气-冷-热互济协调规划模型研究

传统能源系统往往单独进行运行分析而忽略掉各能源系统之间的耦合关系，导致不同能源之间无法充分互补。综合能源系统能够整合一定区域内的多种能源以保证满足多元化需求，同时提高能源利用效率，已成为支撑能源转型的重要技术。首先介绍综合能源系统中电-气-冷-热各个耦合设备的建模，并在此基础上进行综合能源系统潮流分析，进一步构建各能源协同互济的综合能源系统协调规划模型，最后结合实例验证综合能源系统的可行性与实用性。     

基于双层优化的电-热综合能源系统调峰运行方法

针对高比例新能源并网引起的电网峰谷波动问题,提出了基于双层优化的电-热综合能源系统（IES）调峰运行方法。首先,分析了风光并网功率和综合需求响应（IDR）对负荷的影响,提出了源荷侧协同调峰的运行方法。其次,构建了双层优化调度的电-热IES模型,上层模型优化电网的负荷曲线,下层模型优化IES的运行经济性。最后,通过Gurobi求解器和深度确定性策略梯度（DDPG）算法联合求解双层优化模型。以某高校实际微能源系统为算例,验证了所提方法和模型的有效性。     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。