综合能源系统供热管网动态耦合模型研究

区域供热网络是综合能源系统中最关键、最敏感的组成部分。在以往对综合能源系统供热管网的模拟研究中,基于稳态水力特性的水热力耦合模型更为普遍,尚未考虑水热力耦合动态特性。文章提出一种考虑水力动态特性和热力动态特性的综合能源系统供热管网耦合计算模型,采用改进的前向反馈迭代法内嵌特征线法和前向迎风差分进行模型求解。通过算例可以看出,所提出的动态耦合模型可以体现综合能源系统供热管网水力瞬态过程以及其对供热管网热力传输的耦合影响,对综合能源系统调度优化过程中的管网安全性具有指导意义。     

考虑热惯性的综合能源系统运行优化方法

针对多种能源间存在惯性影响差异导致的能源供给与负荷需求无法匹配等问题,从热力系统出发,提出一种考虑热惯性的综合能源系统(integrated energy system, IES)运行优化方法,用以降低系统运行成本及提高运行可靠性。该方法综合考虑供热系统的热惯性,首先分析IES典型架构和系统能量转换模型,将IES的能源输送网络作为基础,研究热网管道输送能力的描述参数,建立供热管道的热惯性和蓄热模型;其次,以系统总运行成本最低为目标,结合功率平衡约束和设备运行安全约束等,考虑供热管网热惯性和储热特性,建立相应的IES运行优化模型,并基于遗传算法对模型进行求解;最后,基于优化模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提运行优化方法能够在保障设备平稳安全运行的情况下,有效降低系统运行成本,提高系统灵活性。     

考虑量化储热的多区域电–热综合能源系统优化调度

多区域电–热综合能源系统(integratedpowerand heatingsystem,IPHS)是包含多个独立供热系统的跨区域电热耦合系统,其供热管网储热能力具有巨大调控潜力。但目前IPHS调度未考虑储热量化和储热主动调控,造成管网热损增加、管道加速老化等诸多问题,严重影响管网储热潜力的灵活利用。因此,该文提出一种考虑量化储热的多区域IPHS优化调度方法。首先,考虑供热管网储热特性和多区域调度的计算效率需求,基于一阶隐式迎风差分改进并简化供热管网模型,建立供热管网的虚拟蓄热罐模型;在此基础上,提出供热系统热储能状态指标(state of thermal storage,SOTS),用于一次管网储热量化,并建立管网储热的量化调控指标;最后,结合1–bin机组组合模型构建多区域IPHS优化调度模型,将管网储热调控目标加入IPHS优化调度目标,并利用混合整数二次规划求解器求解,得到IPHS优化调度方案。算例分析验证了该方法在提升IPHS机组经济性、促进风电消纳、降低热损量等方面的有效性。     

大型供热系统水力仿真计算方法的研究

在现有水力计算方法基础上,根据供热系统运行的实际,提出了供回管网相分离的思想,并通过加入管网的热力工况计算．设计出一个能适用于不同工况的通用的大型供热系统的仿真计算模型。该模型不仅可以对热网实际运行工况进行模拟,而且可以求出热网理想工况下的热网参数,并通过实例分析证明其正确有效。为热网的模拟分析和调节提供了依据。从而实现热力管网的管理、调度、网络仿真的集成化,为供热系统的现代化运行和管理提供了一个有力的工具。     

电气-供热管网系统等值模型与静态潮流分析方法

随着光伏、风电等清洁能源的持续增长,电热混合系统将是未来综合能源系统的发展趋势。首先,建立供热管网系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系,保证电力功率流、热力流量流可以在统一的时域尺度下进行分析。在此基础上,分别构建供热管网系统的平均温度响应模型及电锅炉外特性模型,确立供热管网系统响应状态及电、热功率流间相互影响的变量。基于牛顿法和供热管网水力计算基本原理,推导电气-供热管网系统潮流修正方程及其雅可比矩阵元素表达式,提出计及电制热效率随系统运行环境变化的电热混合系统潮流静态分析方法。最后,通过算例分析验证了所提出方法的可行性及实用性。     

供热管网分布参数模型与电热耦合网络协同规划

随着多能源互联的逐步发展,电力系统(power system,PS)和供热管网(heating pipe network,HPN)系统的耦合程度不断加深,耦合形式也趋于多样化。需要适当考虑电力系统和供热管网系统在规划与运行方面的相互影响。在此背景下,对电力系统和供热管网系统的协同规划进行探讨。现有供热管网系统的数学模型和分析方法不够精细,无法满足协同规划的需要。为此,首先发展适用于电气分析的供热管网系统的分布参数模型,并对现有的温度场和压力场并行求解方法进行简化和统一。接着对所构造的分布参数模型进行线性化处理,并发展了基于管道和环境参数计算热能和压力损失的方法。之后构建了热网潮流方程,并与电力系统潮流方程统一求解。在此基础上,发展了电力系统和供热管网系统的协同规划模型,以发电成本与电力网损、热网损耗之和最小为优化目标,并考虑电力网络和供热网络的运行约束。该协同规划模型为0-1混合整数非线性规划问题,采用商业化的YALMIP工具箱求解。最后,以修改的IEEE 30节点电力系统和某实际供热管网系统为基础,构建了电力系统和供热管网系统耦合形成的集成系统,以说明所发展的供热管网电气化模型及协同规划方法的可行性和有效性。     

基于p-中位模型的区域综合能源系统能源站优化规划

综合能源系统能够实现能源的优化利用,有效提高能源使用效率,缓解环境污染问题。以往对于综合能源系统能源站规划的研究主要集中在设备容量的优化配置方面,较少对能源站位置及管网路径的优化规划进行分析。研究了考虑电、热供应的区域综合能源系统能源站选址及能源传输管网路径优化布局问题。首先,根据p-中位模型建立了能源站选址及管网路径布局的优化规划模型。其次,考虑能源站、管网设备初始投资及施工费用,建立了区域综合能源系统投资费用模型。最后,基于枚举法提出了一种改进求解方法对规划模型进行求解,并以某园区为实例进行仿真分析,验证了所提模型及方法的有效性。     

利用富余可再生能源进行清洁供热的最优规划

利用富余的风电、光电等可再生能源进行清洁供热,是解决我国北方地区弃风弃光问题和燃煤供热环境污染问题的有效手段之一。清洁供热的规模过大或过小都不利于供电、供热总系统的节能减排。以供电、供热化石能源消耗总量最小为目标,将规划问题和运行问题相结合,建立最优规划模型,研究清洁供热规模、电供热装置容量和储热装置容量的优化配置。通过对实际电网数据进行仿真计算,得到了最优规划结果以及清洁供热系统的运行情况,分析了可再生能源特性及限制火电供热电量占比对优化结果的影响,为清洁供热系统的发展提供了指导。     

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

随着社会经济的发展与技术的进步,综合能源系统已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一,其中以热电联供为代表的电热耦合综合能源系统发展迅速。电热系统的联合优化可以提高燃料利用效率,节省运行成本,但当前电热耦合系统能流研究主要针对于电力系统,对供热系统的管网特性、热负荷与用户温度需求的关联特性考虑得还不够精细,无法充分反映电热系统的实际运行特性。该文基于热力管网支路特性及散热器、换热器等关键设备的稳态模型,考虑供热系统能量传输与管网约束,建立了供热系统稳态能流计算的精细化模型。在此基础上,以热电联供机组电热出力与电锅炉出力为调节变量,提出了一种基于内点法的电热耦合综合能源系统最优能流求解方法,能够更加准确地反映系统运行特性并实现系统经济运行。最后进行算例测试,验证所提最优能流计算方法的可行性与有效性。     

浅析可再生能源供热与区域热电协同

供热制冷能源消费约占全球终端能源消费总量的50%,提高可再生能源在供热制冷中的利用比重,将是实现发展绿色清洁能源系统的重要组成部分。近年来,中国风、光等可再生能源发电并网规模持续高速增长,然而随之而来的严重"弃风"、"弃光"问题已成为制约可再生能源有效利用的瓶颈。文章对可再生能源直接供热和高比例可再生能源区域能源系统中的热电协同技术进行介绍,总结国内外可再生能源供热的相关经验,结合中国相关能源政策,讨论区域热电互联对于提高可再生能源利用的作用和所需的相关机制。     

基于弃风消纳的热网主动储热优化

为解决由热电联产机组热电耦合特性所引起的弃风现象,基于热负荷可调性,提出基于热网主动储热的综合能源系统运行优化策略。通过分析不同场景下机组输出功率、热网储热效果及等效热负荷变化情况,分别探究了热网被动储热和热负荷可调性对风电消纳和系统运行性能的影响。结果表明：热网被动储热和柔性热负荷都可以提高风电消纳水平,但后者要优于前者。此外,热负荷可调性在一定程度上可以实现热网储热的主动性。     

考虑热网约束和碳交易的多区域综合能源系统优化调度

为了提高可再生能源消纳率及减少发电过程中碳排放对环境的污染,提出了一种考虑热网约束和碳交易的多区域综合能源系统优化调度模型。首先,通过热网管道和节点的基本方程描述热网系统,建立区域综合能源系统与热网耦合模型;其次,分析国内外两种碳交易机制的特点,建立以系统运行成本、碳交易成本和可再生能源消纳惩罚成本之和最小为目标函数的低碳经济调度模型;最后,以冬季某热网连接的多区域综合能源系统为例,采用混合整数线性规划对模型进行求解,分析2种碳交易机制对系统经济运行和碳排放的影响。结果表明,通过热网连接多个区域综合能源系统,能充分利用区域间负荷的互补特性,减少系统碳排放,提高可再生能源的消纳率。     

考虑环境因素的多能源系统交直流混合供能优化策略

有效提高能源利用率、促进新能源消纳以及减少环境污染成本是当下发电用电企业十分关注的问题。提出并建立了一种多能源系统交直流混合并网供能优化模型,实现了电能的交直流柔性变换与多能源的综合利用。综合分析了能源局域网内交直流系统供电特性,结合供热系统供热特性、储能装置的充放特性以及煤炭的全生命周期,考虑功率平衡约束、各装置运行约束以及环境成本约束。利用GAMS优化软件求得调度周期内,传统交流并网模型和所搭建模型各系统的最佳出力及总运行成本,将两者的运行结果从供电供热等方面比较,验证了所述模型在减少运行成本、降低有害气体排放量以及削减煤耗量方面的优势。     

基于重复博弈的区域综合能源系统优化运行分析

文中提出了一种基于重复博弈的区域综合能源系统(RIES)优化运行方法。首先,对RIES各环节进行建模与分析。将配电网重构结合电容器投切作为优化调控手段之一,以微能源网与配电网为博弈参与者,微能源网日运行费用和配电网综合满意度为各自效用函数,建立RIES重复博弈优化模型。然后,通过双方之间的互动博弈动态改变能量交互边界和双方策略集,并采用自适应粒子群算法进行求解,最终得到RIES博弈均衡优化结果。最后,以典型RIES为例对所提博弈模型进行仿真验证,结果表明,所提方法充分发挥了配电网在RIES运行优化中的作用,兼顾了微能源网和配电网的利益,有效降低了微能源网日综合运行成本,实现了RIES的协同经济优化运行。     

Application of SAW method for multiple-criteria comparative analysis of the reliability of heat supply organizations

Heat supply is the most energy-consuming sector of the economy. Approximately 30% of all used primary fuel-and-energy resources is spent on municipal heat-supply needs. One of the key indicators of activity of heat-supply organizations is the reliability of an energy facility. The reliability index of a heat supply organization is of interest to potential investors for assessing risks when investing in projects. The reliability indices established by the federal legislation are actually reduced to a single numerical factor, which depends on the number of heat-supply outages in connection with disturbances in operation of heat networks and the volume of their resource recovery in the calculation year. This factor is rather subjective and may change in a wide range during several years. A technique is proposed for evaluating the reliability of heat-supply organizations with the use of the simple additive weighting (SAW) method. The technique for integrated-index determination satisfies the following conditions: the reliability level of the evaluated heat-supply system is represented maximum fully and objectively; the information used for the reliability-index evaluation is easily available (is located on the Internet in accordance with demands of data-disclosure standards). For reliability estimation of heat-supply organizations, the following indicators were selected: the wear of equipment of thermal energy sources, the wear of heat networks, the number of outages of supply of thermal energy (heat carrier due to technological disturbances on heat networks per 1 km of heat networks), the number of outages of supply of thermal energy (heat carrier due to technologic disturbances on thermal energy sources per 1 Gcal/h of installed power), the share of expenditures in the cost of thermal energy aimed at recovery of the resource (renewal of fixed assets), coefficient of renewal of fixed assets, and a coefficient of fixed asset retirement. A versatile program is developed and the analysis of heat-supply organizations is performed by the example of the Republic of Tatarstan. The assessment system is based on construction of comparative ratings of heat-supply organizations. A rating is the assessment of reliability of the organization, is characterized by a numerical value, and makes it possible to compare organizations engaged in the same kind of activity between each other.     

锅炉燃烧性能优化模型的建立

基于在线学习RBF网络模型,建立了1种用于锅炉燃烧性能优化的模型。经网络模型初始化、误差在线检测和在线学习,实现了模型与锅炉燃烧特性的实时匹配。当锅炉燃烧特性发生变化时,将激活RBF网络隐层的休眠节点,并以新的学习样本作为新增工作节点的中心,根据锅炉最新燃烧过程的数据在线快速修正燃烧性能模型。以某亚临界300MW供热机组为例,建立了锅炉燃烧性能模型并预测锅炉燃烧效率,其结果与实际运行结果吻合较好。     

供热机组以热定电调峰范围的研究

中国东北地区,供热机组在总装机容量中占有相当大的比重,冬季采暖季节,在风电大规模并网条件下,电网低谷调峰压力巨大。为了缓解冬季电网调峰压力,合理安排电量计划,研制开发了“以热定电”在线监测系统。基于供热机组以热定电的在线监测系统,核定了供热机组调峰负荷的边界条件;通过汽轮机变工况计算,确定不同抽汽量下电负荷调峰范围的数学模型,同时考虑汽轮机实际运行效率的修正及初终参数变化对发电功率的修正。通过实例计算验证该方法以热定电数学模型的准确性,为此该方法更符合机组的实际运行状况,对电网公司安排交易计划、调峰及最大限度地吸纳风电起到指导性作用。     

背靠背柔性直流互联的有源配电网合环优化运行

高可靠性供电和大规模分布式电源友好接入推动了有源配电网采取合环运行方式。为满足合环运行的安全性和经济性要求,实现满额消纳清洁能源,提出了基于背靠背柔性直流的配电网安全合环和潮流优化控制方法。分析了背靠背柔性直流的注入功率模型和控制方式,考虑配电网与主网最优运行的差异,建立了以售电企业综合供电成本最低为目标,以网络潮流、分布式能源出力和柔性直流功率平衡等为约束的配电网合环最优运行模型。基于修改的IEEE 33节点系统,多种运行方式下的仿真算例验证了背靠背柔性直流实现配电网安全合环、环网潮流经济分布和规模化分布式电源满额消纳等目标的可行性和有效性。     

考虑降损和平抑峰谷的配电网储能电池Pareto优化模型

为发挥储能电池在配电网运行中降损及平抑峰谷的作用,建立了一种考虑降损和平抑峰谷的配电网储能电池Pareto多目标优化模型。该模型以配电系统中有功损耗最小和1天中各时段负荷方差最小为目标函数,以储能电池的充放电功率为控制变量,以罚函数的形式处理电池容量约束和静态安全约束。依据日负荷曲线获取储能电池最佳充放电时段,结合前推回代潮流计算方法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II）对多目标模型进行求解。基于最大满意度,在Pareto解集中分别分析了网损最小、削峰填谷效果最优和网损与削峰填谷折中最优3种优化方案,以获取不同的储能电池运行优化方案。最后,以IEEE33配电网系统为例,验证了所提方法的实用性和有效性,并分析了不同决策策略下运行方案的优劣,为配电网经济运行提供决策参考。     

风热冲突下热电厂供热问题研究

将热电联产机组的成本分为发电成本和供热成本,实现了两者的分离独立计算。剖析了风热冲突问题的机理和热电机组2种灵活性改造方式(配置储热设备和配置电锅炉)的原理和有效性。以电热综合能源系统整体综合能耗最小为目标建立了供热问题分析模型。研究了热电厂在灵活性改造前后的供热策略,并讨论了配置蓄热设备和电锅炉的有效性以及最佳热负荷水平问题。算例结果验证了理论分析的有效性,相关结论可为热电厂决策提供参考。