能源互联网多能流的耦合模型及动态优化方法综述

将分布式可再生能源和互联网技术相结合的“能源互联网”概念为解决人类的化石能源危机提供了可行路径。能源互联网将打破电、气、热等不同能源系统间的壁垒,实现多种能源的综合高效利用,支持大规模可再生能源的广泛接入,成为耦合多能流的开放互联新型能源供应系统。首先基于能源互联网的相关研究,归纳了能源互联网的多能流耦合特征。接着介绍了多能流耦合模型的构建方法,根据能源组网的结构和用能形式的不同,分析了能源互联网的多能流交互机理。在此基础上对能源互联网的优化模型和多能流多时间尺度动态优化方法、以及计及空间尺度的多源互补动态优化方法进行深入剖析,将为能源互联网建设提供理论基础。     

综合能源系统多能流准稳态分析与计算

多能流计算及互动分析是综合能源系统的重要基础,分析多能流交互机制,建立由电、气、热网和耦合元件组成的综合能源系统模型,提出针对多能流计算的分解法和统一法的求解框架和求解方法。针对目前基于牛顿法的多能流算法对初值较为敏感的不足,提出基于自适应步长因子的改进统一法,对比分析3种算法的准确性、收敛性和收敛时间。考虑扰动后的过渡过程和网络间的多时间尺度特性,将综合能源系统交互过程划分为4个准稳态阶段,分析基于准稳态多能流的交互作用。最后,基于一个双向耦合的综合能源系统,以电网支路开断为例对系统进行分析,验证了所提算法和准稳态分析的有效性。     

大规模综合能源系统电-气-热多能潮流建模与计算方法

为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,综合能源系统IES已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握IES多能流耦合机理,对开展后续系统规划、优化和分析问题的研究具有重要意义。本文提出了一种适用于含电、气、热网络的大规模综合能源系统电-气-热多能潮流计算方法。首先,建立了电力网络、热力网络、天然气网络的稳态数学模型;建立了基于通用能量母线模型的IES耦合环节数学表达形式;在此基础上,采用牛顿-拉夫逊方法对大规模综合能源系统多能潮流计算模型进行解耦求解;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

考虑可再生能源接入的综合能源系统规划评述与展望

建设多能耦合的综合能源系统是解决可再生能源消纳问题的有效途径之一。可再生能源的接入大大增强了综合能源系统的不确定性,如何合理分析并应对不确定性带来的影响是综合能源系统规划研究中的重要课题。文章首先总结了可再生能源接入下综合能源系统的典型结构。然后,梳理了综合能源系统多能负荷预测方法和多能流分析技术的研究成果,进一步从能源站规划、能源网络规划和站网联合规划3个方面归纳总结了考虑可再生能源接入的综合能源系统规划研究进展。最后,从可再生能源消纳新场景探索、考虑可再生能源接入的多能流分析技术、考虑多重不确定性的综合能源系统规划和考虑多能需求侧管理的综合能源系统规划4个角度展望了未来可能的研究方向。     

考虑多能流广义储能作用的配电网协调规划

能源互联网背景下配电网内逐渐形成能源耦合、能量交互的区域综合能源系统,对提高可再生能源渗透率、解决环境问题具有重要意义.通过网侧资源协同利用与多能流优化调度达到存储能量的目的,并构建多能流广义储能系统;在此基础上,考虑多能负荷和分布式电源的多重不确定性,采用随机优化和鲁棒优化相结合的方法建立基于分季节多场景的三阶段鲁棒规划模型;将各阶段模型转化为混合整数线性规划模型并采用CPLEX进行交叉迭代求解.以改进的IEEE 14-NGS14系统为例,仿真结果验证了所提模型得到的规划方案能有效降低建设成本和运行成本,提高能源利用效率和可再生能源消纳水平,相较于传统鲁棒优化和随机优化,所提模型在经济性和保守性之间达到了良好的均衡.     

广义多源储能系统综合建模与能量优化分析

综合能源配电系统(integrated energy distribution system,IEDS)中能量交互密切,能源耦合关系复杂,储能是其经济与稳定运行的关键环节。传统储能往往费用较高,且网络级大规模储能受限于地理环境、物理状态、经济条件等因素而未能广泛应用。针对上述问题,该文利用电力与天然气的灵活耦合与多能互补特性,通过对IEDS多能流优化调度与网络侧资源综合利用,提出了一种广义多源储能系统(generalized multi-source energy storage,GMSES)模型,可以在不改变IEDS网络结构、不新增储能设备的基础上,实现GMSES网络级储能充、放电功能与能量优化管理。在综合考虑能量流和设备约束的基础上,该文结合具体算例,探究了GMSES能量优化方法,验证了GMSES模型可有效提高系统经济性,并具有平抑可再生能源波动的潜力。     

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。     

基于能量价值的多能协同园区能源利用效率指标

考虑多能协同园区(MECP)多能流的复杂耦合特性,解决传统能效评估指标忽略不同品种能量差异性的问题,文中建立了基于能量价值的MECP能源利用效率综合评价指标用以区分不同种能量的价值差异。该方法将成本分摊的热经济学思路与已有能质系数法相结合,引入能量价值参数,可更加灵敏、准确地反映高品位能源变化情况,解决了MECP不同种类能量的加和问题,为MECP规划及运行提供更环保、更科学的指标导向。     

综合能源系统潮流及最优潮流计算模型与方法综述

综合能源系统（IES）对促进能源互补利用、提高综合能源利用率具有重要意义,多能流潮流分析关乎IES的规划、运行和控制。本文探究了IES潮流及最优潮流的研究现状,从计算模型和方法2个方面展开综述。介绍IES的发展、结构、多能流计算模型,分别概括和总结IES潮流及最优潮流的问题和求解方法,综合全文,指出当前IES多能流计算的不足及今后的研究趋势和展望。结果表明:目前缺乏对于电-热-气IES的多能流建模与算法的深入探究,较少涉及准稳态及暂态模型,未充分考虑多种能源的互动;能源集线器虽然能够统一描述耦合环节,但应根据实际情况深化耦合环节的建模方法;IES配置多元储能装置能够进一步提高能效率,便于灵活调用能源,但目前的模型很少计及储能装置;现有潮流及最优潮流的算法不够丰富,较少涉及多目标最优潮流,其安全可靠评估体系有待进一步完善。     

考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度

含电热气多种能源的综合能源系统中,复杂的能量转换关系以及可再生能源和负荷的波动性,给综合能源系统的灵活安全运行带来了挑战。为了减小新能源和负荷不确定性对系统的影响,同时提升系统的功率平抑能力,提出了考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度策略。首先,在日前调度中建立多能灵活性状态方程,以日运行成本最小为目标,构建波动场景下考虑系统多能灵活性的调度模型;日内调度则以日前调度计划为基础,考虑电能和热气能在不同时间尺度上的响应能力,建立分时间尺度的滚动优化模型,对日前计划进行修正,平抑功率波动。算例结果表明:所提出的日前模型可以通过协调设备的出力来提升系统的运行灵活性,日内模型能够平抑电热气能在不同时间尺度上的功率波动。     

基于消息总线的综合能源系统时间序列潮流的协同仿真方法

综合能源系统(Integrated Energy System, IES)中存在复杂的能量耦合关系和多重扰动变量,这给多能流联合潮流计算提出了新的挑战。首先从耦合元件和耦合变量的角度,分析了运用分解法求解联合潮流的思路。然后提出了基于消息总线的电、热、气联合潮流的协同仿真架构,建立了仿真子系统之间的消息发布与订阅机制。接着,为了满足仿真子系统之间迭代的要求以及时间序列潮流计算的要求,提出了IES协同仿真的时间同步规则。最后,以一个典型的区域IES为例进行了仿真计算。结果表明,该方法能支持多能流的时间序列潮流计算,且实现了协同仿真的收敛性。     

基于全景精细化模型的风电场能量管理系统研制及应用

为了提高风电场能量管理和运行控制水平,基于风电场分布式能量管理系统(EMS) 的体系结构,研发了基于全景精细化模型的风电场EMS。首先,阐述了风电场在能量管理层面面临的主要技术挑战及EMS功能层次划分,然后分别从公用数据平台、精细化建模、实时态势感知、评估预警、优化调度、有功/无功协调控制等多个层面介绍各关键模块的信息流和主要功能。所研发的智能化风电场能量管理系统已经在多家风电场投入应用。     

考虑电/热/气耦合需求响应的多能微网多种储能容量综合优化配置

在多能微网中配置多种储能设备有利于平滑可再生能源波动性,提升供能可靠性和用能经济性。以含风光发电和电/热/气负荷的多能微网为研究对象,研究考虑电/热/气耦合需求响应的微能源网多种储能系统优化配置方法。首先,基于人体对温度的模糊度以及电负荷和气负荷的可转移特性建立耦合需求响应模型。在此基础上,以经济成本和碳排放量最小为目标,建立了基于耦合需求响应的多种储能容量综合规划的多目标优化模型。然后,采用自适应动态权重因子以适应规划场景的灵活多变。最后,通过算例比较了应用耦合需求响应以及配置储能系统前后多能微网的经济性以及碳排放量,从而验证了所提方法的有效性。     

区域综合能源系统若干问题研究

区域综合能源系统对提高社会能源利用效率、促进可再生能源规模化开发、提高社会基础设施利用率和能源供应安全,以及实现中国节能减排目标具有重要意义,已成为国际能源领域重要的战略研究方向。区域综合能源系统是符合国家重大战略发展需求的重要研究课题。围绕区域综合能源系统规划和运行优化这一专题,分别对区域综合能源系统的通用建模理论、综合仿真理论与方法、规划理论与方法、安全性理论与方法、运行优化与控制、效益评估与运营机制等方面问题进行了系统归纳,对各问题所涉及的国内外研究方向和现状、存在的问题分别进行了概括和分析。最后结合中国的综合能源战略和未来发展现状,对区域综合能源技术在中国的发展前景和典型应用形式需求进行了探讨。     

能源互联网背景下5G网络能耗管控关键技术及展望

第五代移动通信(5G)网络基础设施建设逐步加快,绿色节能通信网络的构建关乎5G网络能否可持续发展.研究5G网络能耗管控技术,对于探究能源互联网背景下,分布式清洁能源系统、储能系统与需求响应在5G网络能耗管控中如何应用以实现节能减排具有重要意义.文中从基站能耗管控研究的模型、算法、技术路线等角度出发,以配置有能量收集装置的5G基站为基础,介绍和分析了5G网络能耗问题研究现状和5G网络能耗管控相关技术,并对能源互联网背景下5G通信网与电力网的联合电力流优化控制及其技术创新与应用进行了展望,以期通过5G网络能耗管控技术的协同应用降低5G网络运营商与电网运营商的运营成本,为绿色5G网络建设提供思路.     

基于IEC 61970标准的风光储建模方案

IEC 61970系列标准定义了公共信息模型(CIM)的基本包集,提供了能量管理系统(EMS)信息的数据结构和逻辑视图。在对IEC 61970系列标准中CIM研究的基础上,遵循CIM的语义和扩展规范,对原有CIM进行扩展,建立风力发电系统、光伏发电系统、储能系统的CIM扩展模型,并将其应用到包含风光储的电网能量管理系统设计中,为进一步开发能量管理系统高级应用程序提供统一的接口。     

电转气技术的成本特征与运营经济性分析

随着电转气技术的逐渐成熟和商业化,多能源系统的大规模交互式互联运行成为可能。电转气技术可以将电能转换为天然气,利用天然气系统实现电能的消耗、储存和运输,为电力系统电能储存和利用提供了新思路。然而,因为安装容量的技术瓶颈、有限的利用效率、较高的安装和运行成本等因素,所以现阶段电转气技术尚未能大规模普及。在此背景下,参考国外先进的示范工程和运行经验,详细分析和对比了电转气技术的经济成本和多能源系统互联运行的经济效益,并在此基础上初步探讨了电转气设备运营的经济性。综合现阶段的技术经济条件,电转气技术尚不适宜作为储能手段大规模应用于电力系统优化调度,但其在特定场景下可以有效提高多能源互联系统的整体效益。可以预见,随着技术成本降低和电力市场化改革的深化,电转气技术有望在与燃气机组联合优化、参与电力市场辅助服务等方面发挥越来越明显的作用。     

微电网改进多时间尺度能量管理模型

为减小可再生能源随机性和波动性给微电网稳定经济运行带来的影响,考虑到可再生能源预测精度随时间尺度减小而提高的特点以及不同时间尺度能量管理之间的强耦合关系等因素,在常规多时间尺度能量管理框架的基础上,提出了微电网多时间尺度能量管理的改进模型及其协调控制策略,即通过在超短期调度与实时控制之间增加超超短期调度,在长期调度与短期调度之间增加缓冲边界约束,在超短期调度中加入与长期特性有关的储能荷电状态惩罚项等改进措施,实现对微电网能量管理的逐级细化、优化求解以及全局和局部的协调。实际系统验证表明,相比常规多时间尺度能量管理,所提改进模型及其协调控制策略具有精度高、求解速度快、充分协调各时间尺度优化等特点。     

多能互补、集成优化能源系统关键技术及挑战

有效能源的获取、转换、控制和利用是现代人类文明的核心,能源互联网作为能源系统的新一步革新,将分布式能量转化、存储装置和各类型负荷构成的冷、热、电、气等能源节点连接起来,以实现多种能量双向互补与集成优化。文中选取能源互联网在多能互补集成优化方面的关键技术为研究对象。首先,总结了近年来能源互补集成的研究现状。然后,以多能流混合建模为基础,对多能系统规划、智能调控、协同控制与互动、综合评估、系统信息安全与通信及能源交易和商业服务运行模式等关键技术和挑战进行归纳。最后,对未来能源系统在多能互补优化方面的研究进行展望,以期为多能互补、集成优化提供部分研究思路。     

欧洲综合能源系统发展的驱动与现状

随着分布式发电供能技术,能源系统监视、控制和管理技术,以及新的能源交易方式的快速发展和广泛应用,综合能源系统(集成的供电/供气/供暖/供冷/供氢/电气化交通等能源系统)近年来在欧洲迅速发展,引发了欧洲能源系统的深度变革,成为各国新的战略竞争和合作的焦点。文中讨论综合能源系统的特点,介绍欧洲综合能源系统发展的驱动力,并从工业界和学术界两方面介绍欧洲在该领域的发展现状。欧洲的科研和实践说明能源系统间的耦合和互动显著增强,更好地理解和优化这些耦合和互动是提升整个能源系统性能、降低能源价格的关键。优化、可控的综合能源系统是实现端对端能量交易和推动能源互联网发展的物理基础。