考虑风电消纳的区域多微网分层协调优化模型

随着电力市场改革不断深入,研究配电侧多微网间的能量交易问题对提升区域经济性具有重要意义。为减少微网运行经济成本、促进可再生能源消纳以及降低微网大规模接入对配电网运行造成的不利影响,以相邻范围内多微网间能量交易作为研究对象,构建了基于合作博弈的区域多微网分层协调能量优化管理模型。该模型上层为管理中心统一定价,下层为各微网自治优化。下层考虑不同类型负荷的需求响应,并通过协议签订形式形成与用户间的协调运行;采用二阶锥松弛技术将含潮流约束的非凸非线性规划问题转化为可有效求解的二阶锥优化问题,并采用对偶理论、Big-M法等分解理论将原双层规划模型转化为易求解的单层规划模型。上层管理中心制定电价并与微网进行多次决策交互以获得区域多微网经济运行的均衡状态,随后基于Shapley值对区域多微网进行收益分配。最后通过算例验证了该模型对于提升微网收益、促进可再生能源消纳的有效性。     

基于配网节点电价的综合能源系统随机优化

综合能源系统(integrated energy system,IES)以可再生能源为核心,为配电网环境下多能源的接入和耦合利用提供有效载体。为了促进多元能源之间的高效能量转换,首先,引入交直流混合微网结构,建立了基于能量枢纽的IES模型。然后,根据上层配电网和下层能量枢纽之间的交互关系,构建一种二层递归式优化模型。配电网运营商(distribution system operator,DSO)利用能量枢纽的灵活性来提高系统经济收益,能量枢纽则依据配电网节点电价(distribution locational marginal price,DLMP)和用户负荷进行内部运行优化,从而形成配电网与能量枢纽之间利益的制约和平衡。同时,考虑分布式可再生能源出力以及用户用能行为不确定性,采用多场景随机规划方法,实现基于交直流混合型能量枢纽的IES随机优化。最后,结合IEEE-33节点配网算例进行仿真分析,仿真结果验证了该模型的鲁棒性和经济性。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

园区与区域能源互联网需求互动的动态协同优化运行分析

能源互联网在资源禀赋、运行调度、效益需求、能量管理等多要素驱使下产生多维度的分层现象,在考虑下层园区与上层区域能源互联网需求互动背景下,首先提出典型下层园区与上层区域能源互联网需求互动分层基础结构,阐述了分层能源互联网结构中多能源生产、转换、传输、分配、消费系统的基本流程;然后,针对下层园区能源互联网高能效运行需求、上层区域能源互联网高经济运行需求,分别对应提出下层园区能源互联网火用效率能效动态协同优化运行模型、上层区域能源互联网经济动态协同优化运行模型;其次,将火用效率能效、经济多目标优化问题映射到合作博弈策略中,并分别设置各个单目标为合作博弈的参与方,进而提出基于合作博弈的分层协同优化求解方法;最后,通过算例分析对比验证了下层园区与上层区域能源互联网需求互动的动态协同优化运行分析模型及方法的合理性、有效性。     

基于二层规划的能源互联微电网能量优化调度方法

针对能源互联微电网能量优化调度问题,采用二层规划理论进行建模。以能量枢纽转化矩阵为上层决策变量,以系统综合运行成本最小为目标函数,构建上层模型;以电能子网、热能子网、气能子网以及交通子网的优化运行计划为下层决策者,以能源子网运行经济性指标为目标,计及各能源子网运行的必要约束,构建下层模型。分析得到模型的广义Nash均衡和Stackelberg-Nash均衡,采用反向学习机制改进帝国竞争算法,并采用改进的帝国竞争算法对所建立的模型设计求解流程。最后,算例分析表明,所建立的模型适用于多能互补协调的能源互联微电网能量优化调度问题,能充分发挥系统运行的经济性。     

含多微网接入配电网的联合调度及其运行优化

构建了多微网与电网联合调度优化模式,并针对微网集中控制模式的特点建立双层优化模型。上层目标函数考虑微网的动态出力范围、配电网网损和负荷波动方差,运用PSO算法求解上层优化模型。计及微网运行的不确定性随机变量的影响,采用机会约束规划对微网中各微电源运行出力进行第二层优化,并采用基于蒙特卡洛模拟的粒子群算法求解下层模型。在改进的IEEE 30节点算例系统中仿真计算,得到配电网对各微网的日前调度计划和各微网中微电源的能量管控计划。计算结果证明多个微网与电网联合调度优化,可降低可再生能源出力波动对主网的影响,并兼顾微网运行经济性、可靠性。     

计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

含可再生能源的电—气—热互联多能源系统可实现多能源网络互联与多能源优化利用,有效解决资源匮乏与能源浪费等问题。能量枢纽是多能源耦合的关键,但现有的能量枢纽优化配置问题未考虑系统运行可靠性的影响。因此,重点研究多能源系统中计及可靠性的能量枢纽优化配置问题。首先,针对风机、变压器、热电联产、燃气锅炉、电储能、热储能等设备组成的能量枢纽,建立了一种新型多能源系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。然后,根据该双层优化模型计及能量枢纽的运行可靠性,引入失负荷期望等可靠性指标作为约束。最后,为了确定配置方案,结合优化策略进行整体规划,同时得到各机组能量分配情况,对算例进行仿真分析。结果表明,提出的模型有利于负荷供应可靠性的提升。     

基于二层规划的用户侧能源互联网规划

针对能源系统规划中对多个供能区域的协调互济及多能流联合调度考虑不足的现状,研究基于二层规划的用户侧能源互联网规划方法。首先,梳理供能系统结构,对各能量单元建模,并分析用户侧能源互联网内的负荷特性;其次,综合考虑多种能源互联、多个供能区域协调互济及多能流联合调度,建立用户侧能源互联网的二层规划模型,上层以年费用最低为目标,各能量单元的安装容量为优化变量,下层以年运行费最低为目标,各时段能量单元的调度值为优化变量;最后,采用精英保留策略遗传算法对上层规划模型求解,下层为0-1混合整数线性规划模型,采用分支定界法求解。算例表明:所提规划建模方法具有可行性和有效性;多能流联合调度、多区域协调互济可以大幅削减年费用,还可缓解负荷与燃机热电比不匹配等问题;通过多种能源网络实现互联较通过单一电网或热网互联更经济。     

考虑灵活性与经济性的可再生能源电力系统源网联合规划

传统经济性规划方法无法反映电力系统灵活性,难以满足高比例可再生能源电力系统的规划需求,为此,提出一种考虑灵活性与经济性的多目标源网联合规划方法。分析源荷两侧的灵活性需求,并从功率平衡与功率传输两方面实现电源灵活性与电网灵活性的定量评估。在此基础上,综合考虑电源、线路2种灵活性资源,建立兼顾灵活性和经济性的电力系统双层联合规划模型：上层是规划方案的多目标优化决策,实现源网灵活性和经济性的协同优化;下层是多场景运行模拟,对规划方案的灵活性与经济性进行定量评价。IEEE RTS-24节点系统与IEEE 118节点系统的算例结果表明,所提规划方法能够有效响应并平复可再生能源电源与负荷的不确定性功率波动,提高系统的灵活性以及对可再生能源的消纳能力。     

基于合作博弈的能源互联网经济能效分层协同优化调度

在考虑园区与区域能源互联网互动的背景下,提出了园区与区域能源互联网互动分层基本架构,说明了地理因素、调度因素、能量管理因素下的分层现象;在建立下层园区与上层区域能源互联网模型的基础上,提出了下层园区能源互联网日前?效率能效优化调度模型和上层区域能源互联网日前经济优化调度模型,并将能效、经济多目标协同优化调度问题映射到合作博弈策略中;详细构建了基于合作博弈的分层协同优化调度求解流程,阐述了外层合作博弈和内层合作博弈的效果与作用。最后,通过算例分析对比验证了基于合作博弈的分层协同优化模型与方法的合理性和优越性。     

考虑碳约束的区域电源多阶段双层扩展规划方法

能源电力行业占据碳排放的比例较大,其中以新能源为主的电源结构调整是重要手段。提出了一种考虑碳约束的区域电源多阶段双层扩展规划方法,该方法适用于多区域电力系统协调可再生能源拓展规划与电网建设的多阶段决策,实现考虑碳约束和可再生能源出力不确定的双层优化。在上层模型中,分别计算每个区域的扩展成本和碳排放量。在下层模型中,将上层得到的总扩展成本和碳排放量作为多区域扩展规划中的约束,对区域发电和跨区输电进行同步扩容。所提双层规划模型可避免某地区在没有补偿的情况下承担额外的扩展成本,并为多区域电力系统扩展中的参与地区提供积极互动。应用算例表明了所提长期规划模型的可行性和有效性。     

计及需求响应柔性调节的可再生能源优化配置

考虑分布式可再生能源的波动性和在能源互联网背景下供需双侧协调互动的特征，本文提出计及需求响应柔性调节的分布式可再生能源双层优化配置方法。首先，采用多场景分析法表征分布式可再生能源和负荷的不确定性。然后，建立分布式可再生能源的规划-运行耦合模型，提出基于多策略融合粒子群优化算法，即：上层规划模型以配电网综合费用最小为目标，确定分布式可再生能源的优化配置方案；下层运行模型基于上层的优化配置方案，以考虑无功的拟直流潮流模型对潮流方程中电压幅值和相角进行解耦，以有功网损最小为目标优化各时段电价。最后，基于IEEE 33节点系统的仿真结果和对比分析，验证了模型及求解方法的合理性和有效性。     

基于分层约束强化学习的综合能源多微网系统优化调度

构建多微网系统是消纳可再生能源、提升电网稳定性的有效方式。通过各微网的协调调度,可有效提升微网的运行效益以及可再生能源的消纳水平。现有多微网优化问题场景多元,变量众多,再加上源荷不确定性及多微网主体的数据隐私保护等问题,为模型的高效求解带来了巨大挑战。为此,该文提出了一种分层约束强化学习优化方法。首先,构建了多微网分层强化学习优化框架,上层由智能体给出各微网储能优化策略和微网间功率交互策略;下层各微网以上层策略为约束,基于自身状态信息采用数学规划法对各微网内部的分布式电源出力进行自治优化。通过分层架构,减小通信压力,保护微网内部数据隐私,充分发挥强化学习对源荷不确定性的自适应能力,大幅提升了模型求解速度,并有效兼顾了数学规划法的求解精度。此外,将拉格朗日乘子法与传统强化学习方法相结合,提出一种约束强化学习求解方法,有效地解决了传统强化学习方法难以处理的约束越限问题。最后通过算例验证了该方法的有效性和优势。     

基于能源集线器的区域综合能源系统分层优化调度

针对时变电价且运行方法灵活的中小型区域综合能源系统,提出一种基于能源集线器的分层优化模型。研究区域综合能源系统耦合关系和热电比可调机理,建立能源集线器扩展模型。计及包括用能替代的综合需求侧响应,以综合用能成本较低和用能能效较高为目标建立双层优化模型,采用Lagrange乘子法将下层目标KKT条件作为上层优化的可行性度量进行求解。对于具体ICES网络拓扑,考虑能量连接器的动态过程并计算混合潮流,选取电/热/气网运行状态评价指标,对多目标问题进行Pareto决策面搜索,应用模糊综合决策方法在机组分配方案中择优。算例验证了所提方法的有效性。     

基于双层优化模型的能源互联网自愈及优化运行策略研究

电网和天然气网通过双向耦合可实现高可靠性运行。为解决电-气耦合的能源互联网故障自愈问题,提出了一种能源互联网自愈及优化运行方法。首先,该方法基于电-气耦合特性,充分利用天然气网对电网的能量补充,在考虑天然气网经济性和新能源出力不确定性的基础上,建立双层优化模型,实现综合能源系统的故障快速自愈及优化运行。上层模型利用基于广度优先搜索法的改进蚁群算法,优化供电恢复路径,得到系统开关状态。下层模型基于电-气耦合特性分析,以天然气网经济性为主要目标,采用条件风险价值理论(conditional value at risk, CVaR),同时考虑新能源出力不确定性带来的运行风险,构建电-气耦合的能源互联网优化重构模型。然后,对双层优化模型进行求解并进行全局优化,得到电-气互联型能量调度最优的故障恢复和优化运行方案。最后,通过IEEE33节点配电网和7节点天然气网耦合的能源互联网仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

含多能微网群的区域电热综合能源系统分层自治优化调度

分布式能源与负荷聚合形成多能微网群连接至区域供热系统和上级配电网,构成区域电热综合能源系统.为保护多利益主体隐私并满足其利益诉求,提出了基于分布自治、集中协调设计架构的区域电热综合能源系统分层优化调度方法.在上层,计及多能流异质动态特性,提出了区域电热综合能源系统的动态经济调度模型;在下层,考虑用户柔性热需求和分布式光伏不确定性,建立了多能微网自治能量管理的机会约束模型.基于目标级联分析法将上下层解耦,层间仅需交换边界电功率和热功率,通过微网并行计算与层间迭代求解获得全局最优策略.算例结果证明,该方法能够在保证收敛性的前提下,为含多能微网群的区域电热综合能源系统提供高精度的多能互补优化调度结果.此外,对缩放因子进行灵敏度分析,讨论了算法误差来源并说明了算法最优性.     

基于多源协同的区域分层能源综合调度优化

为解决区域综合能源的调度优化问题,提出了基于多级能源协同的区域分层能源综合调度方案。分析了多级能源区域协调系统特点以及分层优化需求;建立了双层优化模型,上层优化输电网经济成本,下层优化微网运行成本,二者通过联络线交换功率形成信息流,利用典型算法对本文提出模型进行求解。通过仿真分析了所提方法的有效性,对比了微网联网运行和孤岛运行模式下的系统经济性,说明了双层优化的合理性,即在不同的可响应负荷水平下,相比孤岛模式系统成本下降在11%~17%之间。     

计及多主体能源交易的综合能源系统规划方法研究

随着对综合能源系统的进一步发展和应用,以及日益增长的综合能源服务需求,综合能源站将会成为未来用户终端的主流形式,来满足冷热电能源及节能减排的需求,由此区域综合能源系统及综合能源市场将逐步形成。文章将综合能源系统(冷、热、电、气)划分为2层进行建模分析,下层为需求侧终端的综合能源站,基于能量枢纽模型进行建模;上层为多个单主体综合能源站组成的区域综合能源系统。在构建区域综合能源系统框架和模型的基础上,参考博弈理论并基于实际情景分析,建立综合能源系统多主体利益均衡规划模型,最终协同运算误差及运算速度得到计及多主体能源交易的区域综合能源系统规划方法。为了验证规划方法的正确性并体现区域综合能源系统的作用,以含3个单主体综合能源站的区域综合能源系统为对象进行算例分析,同时给出站间能源交互以及综合能源站设备容量配置与调度对各站供能成本以及对各站加入区域综合能源系统的收益的影响。     

计及混合能源共享站的多微网系统双层混合整数规划

为解决高比例可再生能源背景下的区域综合能源系统季节性电量不平衡的问题，提出一种计及季节性氢储的混合能源共享站，并以此构建含混合能源共享站的多微网能源系统。随后，为突出能源共享站在季节性电能互补中的作用，提出以联盟微网系统运行成本最低为上层优化目标，系统内净负荷均方差最小为下层优化目标的双层混合整数规划，并对模型的求解过程进行说明。由于能源共享站由联盟微网系统自身建造，各微网之间还存在着合作关系，因此，提出基于交互价值贡献度大小的纳什议价方法，对能源共享站成本及联盟额外利润进行分配。算例结果表明，该模型可有效减少各微网的运行成本和微网内负荷均方差。为解决区域综合能源系统中可再生能源季节性不平衡问题提供参考。     

耦合能量枢纽多区域电—气互联能源系统分布式协同优化调度

能量枢纽概念已广泛应用于集成电力、天然气及其他多种异质能源的综合能源系统的数学建模和优化。当多区域互联综合能源系统的基本决策主体转变为多个相互连接且自治运行的能量枢纽时,多个决策主体之间的交互将更为频繁和复杂,对整个综合能源系统进行集中式优化将难以为继。为避免集中式优化方法存在的数据采集量大、模型复杂、与实际运行管理模式不匹配等现实问题,针对多区域电—气互联能源系统的多主体分布自治决策特点,构建了以能量枢纽为基本决策主体的电—气能量流解耦机制,提出了与能量枢纽分布式粒度相适应的多主体协同优化调度模型,并给出了基于交替方向乘子法的分布式求解流程。针对两个耦合能量枢纽的电—气互联能源系统开展的算例测试结果验证了所述方法的有效性和准确性。