基于气网动态精细化建模的区域电-气综合能源系统机会约束最优能流计算

随着国家能源转型和“双碳”目标的逐步实施,燃气发电在我国电力系统装机中占比不断提高,日益密切的电、气耦合关系使电-气综合能源系统受到更多关注。为此,研究了考虑气网动态精细化建模对含出力不确定的分布式新能源发电的区域电-气综合能源系统运行策略的影响。提出考虑管道气流方向灵活可变的气网动态复频域建模方法,提升了电-气最优能流的计算精度;采用机会约束建立分布式新能源发电不确定性对电网和气网运行影响的模型;算例测试结果表明气网动态精细化模型可有效提升区域电-气综合能源系统对运行不确定性的应对能力。     

考虑压缩机不同运行状态的IES气网潮流分布式计算方法

压缩机运行状态的改变会造成气网工况变化,进而对电-气-热综合能源系统的稳态潮流产生影响。为求解压缩机不同运行状态下的综合能源系统气网潮流,文中分别对综合能源系统各子网络和能量耦合环节建模。考虑压缩机5种工作模式和2种驱动方式,针对含有多台不同运行状态压缩机的天然气网络,基于牛顿-拉夫逊法,提出保留压缩机管道整体求解的气网潮流计算方法,并拓展一种分离压缩机管道等效求解方法,以分布式计算方法顺序求解综合能源系统潮流。通过2个算例,验证了所提保留压缩机管道整体求解方法的精确性和有效性,弥补了现有气网潮流计算模型无法处理复杂气网工况且收敛性、通用性差的缺点,揭示了压缩机运行状态的改变对综合能源系统潮流的影响。     

考虑需求响应的含P2G电-气综合能源系统优化调度

在综合能源系统日益发展的背景下,提出了一种考虑需求响应的含P2G电-气综合能源系统优化调度模型。首先对天然气网络和电-气关键耦合设备P2G进行建模;然后基于虚拟电厂思想建立了价格型需求响应和激励性需求响应的等效模型,并结合电-气综合能源系统的各层面约束构建了考虑需求响应的电-气综合能源系统优化调度模型;最后,引入通用分布来描述风电功率的概率分布,并利用机会约束方法对模型进行不确定性处理。仿真算例结果验证了本文所提模型的有效性。     

基于随机响应面的电-气互联系统概率最优能流计算方法

电-气互联系统(IEGS)作为一种新型能源供给模式,极具发展潜力.本文提出了一种基于随机响应面的电-气互联系统概率最优能流计算方法.首先,以IEGS总运行成本为目标,考虑电力系统、天然气系统的运行约束,并将电转气细分为电转氢气与电转天然气两种电-气耦合模式,建立了最优能流模型;然后,结合IEGS中不确定性因素的概率特性...     

电-气互联系统预测-校正型仿射能流算法

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素对系统状态变量的影响程度。建立电、气子系统仿射模型及能流方程。提出基于域收缩思想的IEGS预测-校正型仿射能流算法,根据灵敏度对状态量的解域进行保守的预测,并构建优化模型对解域进行压缩校正。同时,采用多能流分布式迭代方法进行求解,其无须考虑复杂耦合网络中的多能流计算顺序。最后通过仿真验证了所提方法在保守性、计算效率方面的优势,并量化分析了不确定因素对系统状态量的影响。     

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。     

基于MES的电-气综合能源系统鲁棒状态估计方法

随着综合能源系统的快速发展,电-气耦合互联系统成为能源互联网体系中的一种典型形式。为保证电-气互联网络安全高效运行,提高智慧能源系统的监控状态感知能力和坏数据防御能力,该文参照电网状态估计方法,分别对电网、气网和耦合元件建立稳态模型。用电网节点电压模值与相角、气网节点压力平方作为状态量,基于最大指数平方法（maximum exponential square,MES）,并考虑电网和气网零注入约束以及边界等式约束,建立了电-气耦合网络的MES状态估计模型,并对电-气耦合网络进行全局统一协调状态估计。基于一个4电网节点-12气网节点耦合系统进行仿真,仿真结果证明了该文所提方法可实现电-气耦合网络运行状态的准确感知,并在此基础上获得电-气耦合网络全局一致解,同时在两者耦合边界还可利用耦合关系,对边界坏数据实现有效辨识。     

电-气互联综合能源系统安全分析与优化控制研究综述

综合能源系统为提高能源利用效率、多能互补及构建低碳可持续能源系统奠定了基础,然而值得注意的是,深度耦合的多能源系统亦面临着不可忽视的运行风险,尤其当耦合系统之间缺乏有效的协同安全控制策略。鉴于此,综述了电-气互联综合能源系统安全分析与优化控制研究,介绍了电-气互联综合能源系统稳态与暂态潮流模型,包括非线性、线性及凸松弛模型;介绍了电-气互联综合能源系统安全分析研究,包括状态估计、安全评估、可靠性分析及韧性分析;介绍了电-气互联综合能源系统优化控制研究,提出了多时段滚动预防与校正控制模型;展望了电-气互联综合能源系统安全分析与优化控制未来可深入研究的方向。     

基于多时间尺度的电-气-热耦合网络动态状态估计

目前能源网络状态估计的研究一般仅对单一系统或双系统。针对多种能源网络联系日益紧密的情况,研究了电-气-热耦合网络中不同子网络间的耦合关系和交互作用,并根据不同网络之间动态特性的差别,提出了基于多时间尺度的电-气-热耦合网络顺序状态估计(state estimation,SE)方法。同时以无迹卡尔曼滤波算法为基础,考虑到不同子网络间的耦合约束,构建了适应多情景的状态估计全局一致算法,保证了耦合网络状态估计结果满足边界耦合约束。仿真算例验证了所提方法的正确性和有效性,其结果对构建面向综合能源系统的新一代能量管理系统提供了数据支撑。     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

计及供气充裕性的电-气互联综合能源系统低碳经济调度

在发展能源互联网和低碳电力背景下,综合能源系统成为节能减排的重要支撑技术,随着电力和天然气系统耦合程度不断加深,天然气供气充裕性对系统影响越来越大.在此背景下,提出一种计及供气充裕性的电-气互联系统优化调度模型,采用气荒因子协调机组调度,建立以系统运行成本、环境污染、弃风光量以及失负荷成本为目标的优化调度模型.通过算例结果分析证明了电-气互联综合能源系统中计及天然气系统供气充裕性的必要性,验证了所提模型可以实现系统可靠、低碳、经济运行的目标,同时表明P2G技术能够消纳过剩新能源,实现互联系统总体经济最优.     

考虑不确定性的综合能源博弈规划

随着电力系统与天然气系统的耦合性不断增强,以电网为核心的综合能源系统应运而生。然而在不确定条件下,当前规划方法仍无法保证各厂商的利益最优,因此本文提出了基于非合作博弈论的电-气系统的协同规划方法。首先,以各能量单元和电、气网公司作为独立的利益团体,以其年净收益最大为优化目标,建立电-气综合系统中风电机组,燃气机组、电转气机组、输电线路和天然气管道的综合非线性规划模型。针对风电、负荷的不确定性,以及经典两阶段鲁棒优化的保守性问题,提出了一种改进的两阶段鲁棒优化方法——期望场景最优,任意场景可行。最后,以修改的IEEE39节点电力系统与比利时20节点天然气系统构造电-气网络,验证了模型及算法的有效性。     

基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识

为有效辨识电-气综合能源系统薄弱环节,防止级联性重大事故,提出一种基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识方法。利用Petri网对系统做抽象化建模,确定故障源的关联区域子系统,并构建基于级联故障路径的时间Petri网模型,描述电-气系统故障传播的动态特性和时序差异,将级联危害评价计算融入到Petri网的运行过程中,寻找引发级联失效的关键环节,以IEEE30节点和25节点天然气系统组成的电-气耦合系统仿真分析,验证所提方法的有效性。     

考虑双向耦合的电-气综合能源系统时序故障恢复方法

电力系统和天然气网络通过双向耦合可以实现高可靠性运行。为解决电-气综合能源系统在发生故障后的恢复问题,提出了一种时序故障恢复方法。一方面,考虑燃气轮机和电转气设备的双向耦合特性,在恢复过程中通过调度其出力大小实现电力-天然气网络的互补共济;另一方面,考虑到恢复过程中大多设备具有时序特性,如储能电池容量、负荷大小、风光机组出力大小以及网络拓扑的变化,建立了一个多时序的故障恢复混合整数规划模型,并通过分段线性化的手段将模型处理得易于求解,从而得出故障恢复过程中最优的拓扑开关操作序列。最后,通过对13节点配电网和6节点配气网的联合仿真证明了所提方法的有效性。     

含氢能气网掺混运输的综合能源系统优化研究

随着能源结构的不断调整,各能源子系统集成耦合的综合能源系统成为重要的发展方向。电转气（P2G）技术的发展缓解了可再生能源发电波动性大、弃风弃光严重的现象,加强了电网和天然气管网的耦合性,因此电-气综合能源系统的协同优化十分必要。在保证安全的前提下,将制得的氢气掺混进入天然气管网进行远距离运输,使天然气管网成为可再生能源的搬运工,充分缓解能源时空供需矛盾,提高了能源利用率,提升系统经济性。本文建立了掺氢电-气综合能源系统的数学模型,并以经济性为目标对系统协同运行优化问题进行求解。算例针对华中地区某电-气综合能源系统分析了不同掺氢比情况下系统的优化结果,并与不同储氢容量的本地储氢系统进行了对比,结果表明气网掺氢和本地储氢均能提高系统的经济性,且气网掺氢收益优于本地储氢,但掺氢导致电网侧的成本和气网侧的收益同时上升,实际运行中需综合考虑气价定价策略与系统的气网结构选择最大掺氢比,从而使系统达到经济性最优。     

考虑运行策略和投资主体利益的电转气容量双层优化配置

电转气(P2G)技术的日益成熟,促进了电网和天然气网间的耦合,使两者间实现大规模互联成为可能。文中利用条件风险价值(CVaR)理论,对风电不确定性给电—气互联系统带来的运行风险及其成本进行了分析。在计及风力发电企业和电—气互联系统两个利益主体后,构建了P2G设备容量配置双层规划模型,以风力发电企业净利润作为上层目标,电—气互联系统运行成本为下层目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。利用IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的仿真系统,验证了配置P2G设备来提高风电消纳率和降低系统弃风风险的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。     

电-气互联系统建模与运行优化研究方法评述

基于燃气轮机和电转气(P2G)双向耦合的电-气互联系统(IEGS)是实现高比例可再生能源消纳、提升终端能源利用效率的重要载体。首先,基于电力-天然气流传输特性的对比,阐述了IEGS的内涵及其优势。其次,介绍了IEGS中耦合新设备——P2G的技术原理和建模方法。进一步,围绕IEGS能流建模求解和优化运行调度2个维度,总结综述了相关技术的研究进展。关于优化运行调度的研究进展,主要从基础调度模型、计及系统随机性、计及能流差异性、计及运营管理机制、模型非线性处理方法等5个方面展开论述。最后,对未来IEGS建模和运行优化的研究进行了展望。     

考虑精细模型的电-气综合能源系统优化运行方法

随着电力系统与天然气系统耦合程度的不断加深,电-气综合能源系统的优化运行成为当下研究热点。然而,电力与天然气系统的非凸非线性为模型的优化求解带来了巨大挑战,诸多研究工作对模型做了简化处理可能导致调度策略不可行。为此,文中构建了电-气综合能源系统优化模型,采用较为精细的电网交流潮流模型和气网稳态模型构成电-气综合能源系统模型,并采用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解。为考虑复杂的耦合系统约束,文中将基于分别循环迭代的电-气综合能源系统能量流计算方法嵌入粒子群算法中,根据粒子位置得到非平衡机组出力、非平衡气井产气量,通过能量流计算得到系统的运行状态,进而将上下限约束作为罚项添加到粒子的评价函数中,并赋以较高的权重。在仿真验证中,文中将13节点电力网络与7节点天然气网络耦合作为测试系统,验证了优化方法的有效性。     

电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。     

基于PSO-Newton法的电-气综合能源系统能流计算

在全球能源形势日趋严峻的情况下,传统单一的电力系统能源结构已经无法满足发展的需求。随着电解制取天然气(P2G)技术及燃气轮机技术的迅速发展,电力系统与天然气系统的联系变得紧密起来。能流计算作为电-气系统耦合分析的基础与关键,对其研究显得尤为重要。文中首先分析了电力系统与天然气系统数学模型,针对牛顿(Newton)法中较难解决天然气系统对压力初值的选取问题,提出利用粒子群(PSO)算法对压力初值进行优选;然后利用Newton法顺序求解电-气综合能源系统(IES)的能流;最后在由IEEE 14节点配电系统和14节点天然气系统组成的电-气耦合系统中验证了所提方法的可行性和准确性。