基于模型预测控制的含压缩空气储能微能网多时间尺度优化调度方法

含压缩空气储能微能网在如今可再生能源大规模发展的背景下为促进清洁能源消纳、加速能源结构转型提供了新思路,但是含压缩空气储能微能网存在的新能源发电出力、用户负荷功率、环境温度等不确定性因素增加了系统优化调度的难度。为解决含压缩空气储能微能网系统内新能源出力、环境温度及负荷需求等不确定性问题,本文聚焦于如何削弱不确定变量对含压缩空气储能微能网系统的不利影响,提出包含“上层长时间尺度日前优化”及“下层短时间尺度日内滚动修正”在内的多时间尺度优化调度方法。通过仿真研究表明,采用基于模型预测控制的含压缩空气储能微能网多时间尺度优化调度方法可以削弱不确定性因素带来的不利影响,减少经济成本和功率波动,有助于含压缩空气储能微能网平稳、经济运行。     

基于相变材料储能的建筑光伏一体化小区电–热联供系统双层优化调度

建筑光伏一体化小区中富余能源并网将导致居民用电经济性欠优,以及与外电网交换功率不够平滑的问题。为此,该文提出一种面向含相变储能系统(phase change material thermal energy storage system,PCMTESS)的小区建筑电–热联供系统双层调度策略。简要介绍PCMTESS的物理构造和运行模式,并分析其规模化储能和热电解耦的特性。在此基础上,评估阳光辐射等环境因素对光伏发电和建筑热需求的影响,建立计及热泄漏过程的电热联供系统模型。进而,以微网最小化购电成本和对外功率波动为目标,设计一种实时滚动的双层优化调度策略,用于消解预测误差在多时间尺度上的影响。最后,提出近似线性化处理和电力侧–热力侧问题交互迭代的算法,实现优化模型的高效求解。仿真结果表明,该文所提的PCMTESS在维持室温舒适的前提下,既能保障用户侧运行经济性的需求,又能平滑对外交换功率,使得电网与用户双方共同受益。该文为微网综合能源消纳问题的解决提供一个新视角。     

计及电热混合储能的多源微网自治优化运行模型

针对传统电池储能存在成本较高,频繁充放电易导致寿命降低的问题,建立基于电热、电氢、氢电及氢热能量转换方程的电热混合储能模型,并在此基础上提出一种微网自治运行策略。该文首先研究无电池储能的热电联合微网系统中加入电转氢(power to hydrogen,P2H)设备,形成了含电热氢综合能量的储能系统,建立一种以微燃机、电转氢设备和电锅炉为核心的电热混合储能(electro-thermal energy storage system,ETSS)模型。其次,以微网内多种能源综合运行成本最低和最大化消纳弃风为目标,建立电热混合储能系统多目标运行模型,进而提出微网多能源自治运行策略。最后以我国北方地区某多能源微网为例,建立基于电热混合储能的多源微网自治优化运行仿真模型。算例结果分析表明,与含传统电池储能热电联合型微网相比,采用电热混合储能的多源微网系统具有较好的灵活性和经济性,并能够提高风电的消纳能力。     

考虑风光出力相关性与共享储能的综合能源微网双层优化

为了提高综合能源微网的能源利用率和经济效益,结合共享储能服务,考虑风光出力不确定性与相关性,联合共享储能电站服务模式,提出一种兼顾风光出力相关性与共享储能的综合能源微网双层优化模型。上层模型旨在最大化共享储能的服务收益,而下层模型则以降低综合能源多微网系统的运营成本为目标。结合Karush-Kuhn-Tucher条件与大M法将双层优化模型转化为混合整数线性规划问题进行求解。算例验证结果表明,在考虑风光出力不确定性与相关性的基础上,所提出的模型不仅能够提高系统对新能源的消纳能力,而且能够提高系统运行经济性。     

微网能源系统的滚动优化管理

以上海某园区微网为例,提出一种包含分布式能源、储能、可平移负荷3类电力资源的能源管理优化方法。该方法首先将可再生能源进行完全消纳,然后运用可控分布式能源、储能和可平移负荷对削减后的微网负荷进行第二轮优化。考虑到优化问题存在大量的非线性规划,提出分解迭代算法,将"源–荷–储"3类可控资源利用粒子群算法进行独立求解,并通过迭代使得整体解逼近全局最优解。同时,本系统针对微网预测困难,提出滚动优化方法,提高整体优化的准确性和实时性。算例结果验证了该方法的有效性。     

考虑储能和需求侧响应的微网光伏消纳能力研究

在光伏发电迅速发展的情况下,分布式光伏的消纳成为人们关注的热点。构建了含有分布式光伏、储能系统以及需求侧响应的光伏微网系统。以光伏发电消纳量最大为首要目标,同时考虑微网系统的用电成本,并加入功率平衡、微网可靠性、储能系统功率上下限、需求侧响应以及光伏出力界限等约束条件。为了对比分析储能和需求侧响应对微网光伏消纳的影响,设立不考虑储能系统和需求侧响应、只考虑储能系统、只考虑需求侧响应、同时考虑储能系统和需求侧响应4种情景,使用改进帝国竞争算法解决约束条件较多的问题。通过对比发现,借助储能系统和需求侧响应能够有效地提高微网中分布式光伏的消纳率,同时也保证了微网用电的经济性。     

面向统一能源系统的氢能规划框架

统一能源系统该如何考虑新能源随机性对供能可靠性的影响,利用多能互补与季节性储能技术,提高能源利用率,确保中长时间尺度上电/热/气/油化产品的可靠供应。首先,提出氢能系统的基本结构(电制氢–储氢–氢转X)及其支撑统一能源系统的运行模式。其次,提出季节性氢储能规划框架,根据季节性氢储能的关键特征,建立其运行分析与能量调控模型;考虑统一能源系统对储能功能的不同需求,建立储能互补机制,以短时储能调节时间的上限作为季节性储能能量调节的时间分辨率,基于此提出季节性氢储能的配置方法,确保季节性氢储能配置后系统无长时能量缺失;再对季节性氢储能规划方案进行综合评估。最后,在统一能源系统背景下,验证所提氢能规划框架的有效性。     

考虑相变储能与建筑蓄能特性的微网分布鲁棒优化调度

基于相变材料特性建立相变储能水箱热力学模型;分析建筑负荷特性,建立建筑室内温度动态模型;运用基于Wasserstein距离的分布鲁棒算法,建立风电预测误差不确定集。提出考虑相变储能与建筑蓄能特性的微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。模型第1阶段是基于风电预测信息,制定日前调度计划,第2阶段考虑风电预测误差,在最恶劣概率分布条件下,获得日内调度计划。最后,运用算例分析相变储能水箱与建筑蓄能特性对风电消纳以及系统调度的影响,并验证分布鲁棒模型的有效性。     

面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述与展望

随着可再生能源并网比例持续提高,储能技术的发展受到广泛的关注。季节性储能作为新兴的储能方式,可以实现长时间以及广域空间范围内的大规模能量转移,是消纳高比例可再生能源的重要技术。文中介绍了季节性储能技术的典型类型与发展现状,总结了各种季节性储能的技术性能与关键特征,从季节性储能的建模、灵活运行分析、储能容量需求分析与效益评估、季节性储能优化规划、长-短期储能的协同运行与合理配置等方面综述了电力系统的季节性储能研究现状,从长时间尺度、多能源形式与跨空间范围3个层面分析了面向高比例可再生能源的季节性储能研究的关键科学问题与挑战,展望了未来在季节性储能精细化建模、协调规划、运行控制、综合能源市场等方面需要解决的重点问题,以期为未来研究提供参考。     

考虑共享储能的冷热电联供型微网低碳经济调度

为促进微网中新能源的消纳与低碳运行,提出考虑共享储能的冷热电联供型微网低碳经济调度方法。将共享储能的概念及其运营模式应用到冷热电联供微网中,进一步引入奖惩阶梯型碳交易机制,建立了以系统运行成本和碳交易成本最低为优化目标的微网低碳经济调度模型。利用共享储能电站的运行特性提高微网运行的灵活性,通过协调微网与共享储能电站的交互功率及各能源设备出力,实现了降低运行成本与碳排放量的双重目标。为了提高模型求解效率,运用分段线性插值与Big-M方法将原模型转化为混合整数线性规划问题。通过典型日3种场景的算例测试结果,验证了所提方法可以提升新能源消纳率,促成微网过剩电功率的时域调配,同时提升微网运行的经济性与环保性。     

考虑风光不确定性的含储能CCHP微网市场环境下两阶段鲁棒优化运行策略

冷热电联产(combined cooling, heating and power,CCHP)微网系统能够实现能源的梯级利用,在提高能源利用效率的同时可以促进可再生能源消纳。文章综合考虑CCHP微网在电力市场环境下运行的特殊性和风光可再生能源出力的不确定性,建立两阶段鲁棒优化模型,提出了一种计及储电和储热综合储能系统的CCHP微网调度策略。算例结果表明考虑不确定性的鲁棒优化运行策略可以有效降低可再生能源出力偏差,提高CCHP微网运行成本的风险,并且可再生能源的预测与实际出力偏差越大,效果越明显。     

电–热联合微网中分布式可再生能源功率波动平抑策略

为提高电–热联合微网消纳可再生能源出力的能力,提出一种深度平抑可再生能源出力波动的热泵–混合储能协同控制策略。分析电–热联合微网的结构特点与能量流控制交换方式,将热泵作为电–热能量转换元件,基于其运行特性建立电–热能流交换模型。功率波动平抑采用模块化分层结构,功率波动优化控制层考虑热泵与混合储能的运行状态,使用模糊控制对可变滤波时间系数进行调整,实现热泵与混合储能分别平抑功率波动中的低频和中高频成分;热供应协调控制层考虑终端用户的用热需求,对热泵出力分量进行修正。算例结果表明该策略能够实现电、热能量流的优化协调,保证功率波动平抑效果,同时提升电–热联合微网控制灵活性与互补经济性。     

基于长时间尺度的园区综合能源系统随机规划

针对已有的综合能源系统规划模型不能很好地评价能源设备全生命周期的利用率,采用设备的年利用小时数作为衡量设备全寿命周期利用率的指标,同时为避免规划中短时间尺度负荷预测误差太大的问题,提出一种计及风、光、荷不确定性的园区综合能源系统长时间尺度规划方法。建立风机、光伏年利用小时数的随机模型以及冷、热、电负荷年需求量的随机分布模型,以计及储能效益的综合能源系统年投资运行费用最小为目标,建立含电储、热储、热电联供等多种能源设备的园区综合能源系统随机规划模型,并探讨了不同置信度水平下的配置结果。同时,结果验证了所提的基于长时间尺度的区域综合能源系统随机规划模型在解决园区综合能源系统容量配置问题时的有效性。     

考虑制氢储能参与的互联电力系统优化调度研究

在能源互联网背景下,可再生能源发电并网比例快速增长,而由于风电出力特性等因素的影响,风电并网时出现大量弃风,未能实现全消纳。以减少弃风为前提,运行成本和环境成本最小为目标,构建含制氢储能的电–气综合能源日前经济调度模型。通过对比系统中制氢储能单元参与前后的弃风电量、运行成本和环境成本,验证了制氢储能对减少弃风,提高系统经济性和环保性的作用。仿真算例表明:构建的电–气综合能源系统,在很大程度上实现了风电全额消纳,且制氢储能的参与使整个系统的经济性和环保性都有所提高。在能源互联网的背景下,该模型的提出对系统能够经济、环保地运行具有重要意义。     

计及需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度

在多微网系统中考虑用户的需求响应行为和加入共享储能装置均会对系统内的能量流动及设备出力情况造成影响。在此背景下,为促进储能装置的高效利用和可再生能源的就地消纳,提出一种同时计及耗能用户需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度策略。对共享储能运行模式、多微网系统和耗能用户自主响应行为进行建模;分别以多微网系统净收益最大、耗能用户总购能成本最低为上、下层目标,形成合作型Stackelberg互动均衡模型;将下层模型转换成KKT最优条件,随后用Big-M法和对偶定理对非线性项进行处理,将Stackelberg博弈模型转换为混合整数线性规划问题,对多微网系统的能源定价策略、共享储能动态容量划分和各微网内设备的运行状态进行求解。为促进微网间的功率交互,提出基于交互贡献度的利润分配方案。最后,采用5个方案作为算例验证了所提策略的有效性。     

基于主从博弈理论的共享储能与综合能源微网优化运行研究

综合能源微网与共享储能在提高系统能源利用率方面具有显著效益，逐渐成为目前研究热点，如何建立一套共享储能背景下综合能源微网优化运行模型是当下亟待解决的问题。文章首先介绍系统运行框架，分析系统内各利益体的功能。然后，分别针对微网运营商、共享储能服务商以及用户聚合商建立优化运行模型。分析微网运营商与用户聚合商间的博弈关系，提出共享储能背景下微网运营商与用户聚合商间的Stackelberg博弈模型，并证明Stackelberg均衡解的存在性与唯一性。最后，在MATLAB平台上进行算例仿真，通过Yalmip工具与CPLEX求解器进行建模与求解，利用启发式算法与求解器结合的方法优化微网运营商与用户聚合商的策略。结果表明，所提模型不仅能有效权衡微网运营商与用户聚合商的利益，也能够实现用户聚合商与共享储能运营商的收益双赢，采用的求解算法能够保护微网运营商与用户聚合商间的数据隐私。     

考虑消纳责任权重和共享储能介入的多微网非对称纳什谈判

在“双碳”政策的影响下,清洁能源成为了国家提倡使用的能源类型,在可再生能源不断发展并投入使用的同时,其浪费问题引起了广泛的关注,因此,储能技术应运而生。在共享储能和微网联盟之间,利益的分配问题是各方共同关注的,在考虑了国家推出的责任消纳的基础上,针对微网与储能电站的利益问题,提出了一种基于非对称的纳什谈判模型。将此非线性问题转化成微网联盟效益最大化和利益分配分配两个子问题依次求解,采用交替乘子法（alternating direction method of multipliers,ADMM）对其进行分布式求解,并将提出的非对称纳什谈判与对称的纳什谈判进行比较。通过对合作谈判的前后对比分析,得出所提的考虑消纳责任权重和共享储能介入的非对称纳什谈判模型能在降低各主体的成本同时,还能促进可再生能源的消纳,有效解决能源浪费问题。     

考虑P2G多源储能型微网日前最优经济调度策略研究

由于新能源发电装机容量不断增加、电网建设不同步等原因,出现了弃风、弃光等现象,造成了能源的浪费。通过综合能源系统形成多元消纳技术和多元存储技术可以增加可再生能源的就地消纳,提高风机利用率。该文首先介绍了电转气(power to gas,P2G)技术的原理,然后基于微网型能源集线器模型,将含P2G多源储能型微网系统划分为供给侧、转换组件和负荷侧三个部分进行模型。在此基础上建立基于经济最优的微网系统日前优化调度模型,考察P2G消纳可再生能源的潜力。最后在算例中采用三种不同场景的微网系统进行验证,结果证明P2G对弃风现象有很大的改善作用,具有良好的应用前景。     

基于新型相变蓄热电暖器移峰作用的综合能源优化运行

针对热电联供型综合能源系统的优化运行问题,本文引入一种新型的相变蓄热电暖器蓄热储能系统,建立了含光伏、风电、微型燃气轮机、蓄热电暖器和储能电池的优化模型;以增加新能源消纳、降低系统运行成本为目标,运用混合线性整数规划方法,利用YAMLIP工具箱和CPLEX进行求解;在算例中对比了2种不同场景的热电联供型综合能源系统运行方式,验证了本文所提模型的可行性和经济性,探索了新型装备增强热、电耦合的可行性。结果表明,含蓄热电暖器的热电联供型综合能源系统能够有效降低成本,利用蓄热电暖器的热惯性可以起到很好的移峰作用,增加可再生能源的消纳。     

考虑电热混合储能的多能互补协同削峰填谷策略

针对电网峰谷负荷波动日益严峻的问题,从负荷侧多类型能源深度耦合的角度,提出将电热互补混合储能系统应用于园区削峰填谷控制.基于电化学储能与相变储能系统电-热联合运行模型,综合考虑净负荷方差及运行成本的多属性决策目标,提出含电热混合储能系统的园区削峰填谷策略.并利用随机波动模型对园区负荷进行预测,分析所提策略应对负荷波动的抗风险能力.基于深圳商业园区的算例分析表明,电热混合储能系统能够在保证满足用户热需求的前提下,充分利用电化学储能灵活双向功率控制和相变储能长时间尺度调节能力,有效提升园区削峰填谷效果及运行经济效益.