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。     

计及多能流不确定性的综合能源系统优化配置

综合能源系统存在较大的运行不确定性,规划过程中忽略这种不确定性会导致设备配置容量过于理想化、设备利用率低的问题.针对此问题,本文采用仿射变量建立综合能源系统协同规划模型,将仿射优化模型分解为目标仿射函数的中心值最小及在不确定性因素影响下仿射函数变化量最小两个子问题,前者为仅考虑源荷预测功率的确定性优化模型,后者考虑源荷...     

含风/光互补发电系统可靠性与经济性评估

近年来可再生能源发电技术发展很快,含风力发电、光伏发电等可再生能源发电的互补发电系统越来越受到人们的关注。本文选取内蒙古某地区的风速及太阳能辐射量等天气数据,采用基于well-being模型的蒙特卡罗模拟法综合评估了风/光/柴/储发电系统的可靠性与经济性,并分析了风/光发电总量及其容量配置比例对系统可靠性与经济性的影响。结果可为含风力发电、光伏发电的风/光互补发电系统的规划与设计提供参考。     

基于纳什谈判考虑能源共享的区域综合能源系统优化配置

为了解决“双碳”背景下考虑能源共享的多区域综合能源系统协同规划和分属于不同投资主体的综合能源系统利益竞争问题,提出了基于纳什谈判合作博弈理论的多综合能源系统联合规划方法。首先,建立考虑碳交易和各主体间电能共享的配置与运行优化模型。在此基础上,建立基于纳什谈判的多主体合作规划模型,将其转化为社会成本最小化和支付效益最大化两个子问题,并构造两个子问题的增广拉格朗日函数。其次,为了保护规划阶段各主体的数据隐私以及提高算法计算的容错性,采用交替方向乘子分布式算法求解两个子问题的纳什均衡解。最后,通过算例结果表明各主体经过合作规划后,可以明显地降低各主体的规划成本,且保证各系统的可靠运行,验证了所提合作规划模型和方法的有效性。     

风/光/储微网规划经济性影响因素分析

风/光/储微网是实现分布式能源优势互补、高效利用的有效形式。然而,影响其经济性的因素众多、影响程度各异。对风/光/储微网内经济性影响因素的关键程度进行了量化分析。基于对微网运行方式的分析,建立了微网规划经济性模型。该模型以年净收益最优为目标,考虑了微网中微源特性、与上级电网间功率平衡和供电可靠性等约束,并建立了经济运行评价指标。在此基础上,通过计算影响因子来量化规划层面和运行层面各影响因素的关键程度。以云南某地实际微网为算例,分析结果表明,合理配置储能可提升微网规划经济性;风/光/储微网经济性的关键影响因素在规划层面包括储能等效循环次数、风光发电单元装机成本和贴现率等因素,在运行层面包括风光发电单元售电电量和售电单价以及单位环境收益等因素。     

基于阶梯碳交易机制的园区综合能源系统多阶段规划

针对能源互联背景下的园区综合能源系统规划问题,为了充分考虑园区综合能源系统的低碳性以及建设时序,提出了一种基于阶梯碳交易机制的园区综合能源系统多阶段规划方法.构建了阶梯碳交易机制下的碳交易费用计算模型,以计及碳交易费用的全寿命周期成本最小为目标函数,建立了园区综合能源系统的多阶段规划模型,对各个规划阶段的设备配置进行最优决策.通过仿真探讨了多阶段规划的经济性以及阶梯碳交易机制的碳交易基准价格、碳交易价格区间长度、区间数目等参数与多阶段规划之间的相互耦合影响.仿真结果表明系统的碳排放对阶梯碳交易机制的参数变化较为敏感,且各参数中碳交易基准价格是影响规划结果的主要因素.     

基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划

综合能源系统打破了不同能源子系统之间的壁垒,提高了供能可靠性和能源利用效率。在工程中,综合能源系统规划周期较长,并以单阶段规划方法为主。但该方法易造成规划前期设备利用效率不高、规划后期设备容量不足与供能可靠性下降等问题。针对单阶段规划方法的不足,提出了一种基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划方法。首先建立了广义多能流(multi-energy flow,MEF)模型;其次以全生命周期成本最小为目标、以广义多能流网络方程为约束,建立了综合能源系统多阶段规划模型,采用混合整数线性规划算法对其进行求解,从而得到各规划阶段的设备和线路配置方案;最后,以华北某待建园区综合能源系统为例进行了仿真分析,验证了多阶段规划的有效性和经济性。     

考虑综合需求响应的园区综合能源系统优化配置

园区综合能源系统是用户侧多能源耦合与供应的典型形式,而综合需求响应(integrated demand response,IDR)则是实现多种能源间耦合互补关系的重要应用,而目前的园区综合能源系统规划研究并未考虑IDR的应用。为了进一步激发园区综合能源系统中的多能互补特性,提升规划的灵活性和经济性,文中提出了一种考虑综合需求响应的园区综合能源系统优化配置模型,其在建立PIES内部各能量转换设备和能量存储设备数学模型的基础上,以包含投资、运行、维护和IDR成本的全寿命周期成本最小为目标函数进行建模,考虑了设备运行、功率平衡以及IDR的约束条件。以某热/电耦合商业园区综合能源系统为例进行算例分析,并在MATLAB平台上调用CPLEX求解器对所提模型进行求解。算例分析结果表明,考虑IDR的园区综合能源系统配置结果相比不考虑IDR而言,具有"削峰填谷"作用,可以更好地发挥园区综合能源系统多能互补特性,降低了园区综合能源系统的全寿命周期成本。     

含风电接入的区域综合能源系统电/热储能配置

为解决综合能源电/热储能配置问题,提出了一种含风电接入的区域综合能源系统电/热储能配置方法.首先,构建风电功率预测的动态神经网络预测模型,对区域综合能源系统内的风电场出力进行有效预测.然后,分析区域综合能源系统电/热储能充放能行为,建立储电、储热与区域风电场功率的联系,并考虑电热耦合关系,形成电/热储能的联合优化配置模...     

基于MICP的多能耦合综合能源系统可再生能源消纳能力研究

受限于电力系统资源禀赋,可再生能源消纳能力瓶颈始终制约着可再生能源的大力发展。近年来蓬勃发展的综合能源系统因其多能耦合属性,可将电力系统盈余电量转移至气/热/氢等其他能源子系统进行消纳,为可再生能源消纳提供了全新思路。然而,由于综合能源系统多能耦合复杂、规模大、维度高、非凸非线性强,如何准确评估其可再生能源消纳能力是一项难题。基于电/气/热/冷等能源子系统物理特性构建了综合能源系统可再生能源消纳模型,以评估多能耦合作用下系统对可再生能源的消纳能力极限;然后,提出凸松弛及近似方法将混合整数非线性规划原问题转化为混合整数锥规划问题,实现模型的有效求解;最后,以改进的IEEE-39节点电力系统和比利时20节点天然气系统为基础构建了电-气-氢-热-风-光耦合综合能源系统算例,论证了多能耦合对于可再生能源消纳的提升作用,并深入挖掘了不同节点对于可再生能源的接纳能力差异。     

计及深度信念网络场景生成的风/光/储协同优化规划方法

新能源出力具有随机波动性，考虑具有随机性的新能源出力场景对新能源与储能规划具有重要意义。现有基于随机抽样的场景生成方法难以考虑新能源波动性和出力时序性。基于此，首先提出一种基于深度信念网络的新能源出力时间序列场景生成方法，以充分挖掘新能源出力特性。其次，综合考虑系统经济性和环保性，建立了基于中长期时序电力平衡的风/光/储协同规划模型。为充分计及新能源出力随机性，采用多组风/光出力模拟序列作为规划模型输入，以所有场景期望结果作为最终规划结果，并对规划结果进行可靠性校核。最后，以我国某省级电网为例进行算例分析，研究不同随机场景和参数灵敏度下的风/光/储容量规划方案，为考虑新能源出力随机性的电源规划问题提供解决方案。     

协调可靠性与经济性的园区综合能源系统优化规划

为了确定可靠性与经济性协调的园区综合能源系统规划方案,本文提出了一种由分层经济性优化模型和可靠性校验模型组成的园区综合能源系统优化规划方法。分层经济性优化模型内层以园区年等值费用最小为目标,外层以全寿命周期成本为目标,优化选择设备配置方案;可靠性校验模型对经济优化后的方案进行可靠性校验,分析可靠性提升的边际成本,并提出相应的可靠性提升措施,反馈至经济性优化模型并给出改进方案。通过对优化模型和校验模型的循环迭代,得到可靠经济的园区综合能源系统规划方案。最后,以江苏某综合能源系统园区为实例,给出了其规划方案,验证了所提方法的有效性。     

市场机制下光伏/小水电/抽水蓄能电站系统容量优化配置

在我国电力市场化改革以及新能源发电技术越加成熟的背景下,新能源发电技术在当前电力市场中无疑具有广阔发展前景。基于混合能源系统的经济效益以及清洁环保的现代化能源体系的需求,该文针对电力市场中的新能源发电技术,提出一种市场机制下光伏/小水电/抽水蓄能电站的混合能源系统容量配置优化方法,旨在获得最大的经济效益。首先建立以光伏电站、小水电站和抽水蓄能电站为主体的混合能源系统模型。其次,基于该模型提出以系统投资成本最小为上层目标函数和以系统获得售电收益最大为下层目标函数的双层规划模型,并采用线性递减惯性权重粒子群算法以及序列二次规划算法对模型的上、下层求解。此外,该模型考虑各个主体投资成本的规模效应。最后,基于收集的数据对混合能源系统容量配置进行仿真分析,得出有储能方式下的混合能源系统在整个项目周期内所获经济效益是无储能方式下的2.6倍,结果验证了提出的模型与方法的有效性。     

考虑多元储能差异性的区域综合能源系统储能协同优化配置

储能作为综合能源系统融合的纽带,如何配置电/热/冷多能存储是综合能源系统规划中的重要研究内容.该文提出考虑电/热/冷多元储能差异化建模的区域综合能源系统储能协同配置方法.多元储能协同配置的基础是耦合能量流和储能特性描述,在耦合能流上明确含电/热/冷三种能量形式的综合能源系统结构,并建立电-热网络模型;在储能特性描述上基于储能统一模型建立电储能有功-无功特性模型和热/冷储能精细化模型,并定义多元储能综合效率用于控制不同类型储能效率对能源综合利用效率和经济性的影响.建立多元储能协同配置模型,该模型用于得到多元储能额定容量、功率、位置等规划方案,以经济性、环保性为目标,有机融合了典型日优化运行;采用遗传算法和Gurobi求解器相结合的混合策略求解.算例表明多元储能协同配置、协调运行具有优越性;考虑多元储能之间的统一性和差异性有助于得到更加全面的储能配置方案.     

考虑储能峰谷价差套利的综合能源系统策略性经济配置

计及储能系统分时电价峰谷价差套利,提出了综合能源系统的供热/冷、供电策略,并以此作为经济配置模型的内层仿真优化内核。基于全寿命周期理论和策略性仿真优化内核,建立了综合能源系统双层规划模型:外层兼顾综合能源系统经济与环境效益,以系统年总规划成本最小为优化目标;内层优化模型采用年仿真时域(8760 h)以增强电源侧发电出力与用能侧负荷的匹配特性,提升配置结果的有效性和经济性。运用增强精英保留遗传算法调用内层仿真优化内核对双层配置模型仿真求解,算例分析验证了所提出的综合能源系统策略性经济配置方法的有效性,并探讨了适合配置储能系统能源套利的临界峰谷电价差,可为相关工程项目提供项目前期分析参考。     

独立风/光/储混合微电网多目标电源容量优化配置

海岛和偏远地区远离大电网,但可再生能源丰富,采用含风力、光伏等可再生能源的独立微电网供电是解决其电力紧缺的重要手段。为了充分利用可再生能源及更好地满足海岛和偏远地区电力用户需求,提出独立风/光/储微电网电源容量配置的多目标优化模型,该模型以电源总成本、负荷缺电率、电能浪费率、风/光输出功率波动率4个指标最小为目标函数,并采用具有自适应交叉和变异操作的改进遗传算法进行求解。对某海岛独立微电网,考虑了单峰和多峰2种日负荷特性校验所提出模型和方法的有效性。仿真结果表明:采用该方法可获得多个可行优化方案,便于决策者根据实际规划目标需要进行选择;当负荷缺电率降低时,电源总成本、能量浪费倍率和风/光输出功率波动率均增大;在负荷缺电率相同的情况下,用该方法获得的方案在电能浪费率和风/光输出功率波动率方面均优于HOMER软件配置方案。     

基于能量枢纽的沼–风–光综合能源系统双层协同优化配置

针对沼-风-光乡村综合能源系统协同优化问题,构建了综合能源系统能量枢纽模型,并提出沼-风-光综合能源系统配置-运行协同优化双层规划模型,上层以年化总成本最小和碳排放量最小为目标,采用NSGA-II算法获取配置方案Pareto最优解集;下层以运行成本（包括碳排放成本）最小为目标获取最优运行方案,引入启发性规则,排除上层输入配置方案可能存在的设备冗余,加速上层优化配置。通过对福建某乡村沼-风-光综合能源系统进行算例验证,结果证明了所提优化配置和运行方案的多元性和优越性。     

基于纳什谈判理论的风-光-氢多主体能源系统合作运行方法

以可再生能源制氢为特征的能源系统将是今后能源互联网建设的重要方向之一。该文针对风-光-氢多主体能源系统的合作运行展开研究。首先,考虑主体间的电能交易建立各主体的优化运行模型,然后基于纳什谈判理论建立风-光-氢多主体合作运行模型,接着将其等效为联盟效益最大化和电能交易支付谈判两个子问题。为保护各主体隐私,运用交替方向乘子法提出上述两个子问题的分布式求解方法。最后通过算例验证所提合作运行模型以及分布式算法的有效性。仿真结果表明通过风-光-氢多主体的合作运行,可以较大幅度提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益。此外,风光发电上网电价的降低,将促进风-光-氢多主体展开合作,以提升各自运行效益。     

考虑多能负荷不确定性的区域综合能源系统鲁棒规划

提出了一种考虑冷电热多能负荷不确定性的区域综合能源系统鲁棒规划方法。基于能源集线器(energy hub,EH)模型,建立了含冷电热三联供、燃气锅炉、集中式制冷站在内的区域综合能源系统模型;根据历史/预测年8 760 h多能负荷数据,通过k-means聚类分群方法得到多个典型日负荷场景,以上下界区间描述负荷不确定性,形成鲁棒规划模型;将相应鲁棒规划模型等价转化、形成子问题为凸的混合整数规划模型求解。算例结果证明了该规划方法的有效性,同时体现了综合能源系统多能互补集成优化效益。     

考虑阶梯碳交易和最优建设时序的园区综合能源系统规划

园区综合能源系统可以实现多种能源之间的多能互补、协同优化,对于节能、增效、降碳具有重要意义。针对含电、气、热多种能源类型的园区综合能源系统,提出一种考虑阶梯碳交易和最优建设时序的规划模型及求解方法。文章构建阶梯碳交易成本计算模型,并加入碳达峰、碳中和的“双碳”约束以制约园区的碳排放量;以计及投资成本、运维成本、碳交易成本、残值费用的全寿命周期费用现值最小为优化目标;通过混合整数规划进行模型算法求解,得到园区综合能源系统各设备的投建年份和容量配置方案。通过建立多个典型规划场景进行联合对比,验证了该规划模型在减少碳排放、降低系统成本等方面的有效性,并探讨了碳交易基准价格、投建次数和双碳约束对规划结果的影响。