电-热综合能源系统能流的区间计算算法

为描述电、热负荷不确定性对综合能源系统的影响,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。首先,计及电-热综合能源系统负荷的不确定性,分别建立了电力网络区间模型和热力网络区间模型。然后,考虑热电联产机组、水泵和热泵建立了一种更符合实际情况的电热耦合元件区间模型。最终,通过电热耦合元件实现了电力网络和热力网络的耦合,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。针对传统的区间迭代法存在的计算结果区间易于扩张的问题,采用基于区间扩展的迭代算法对电-热综合能源系统区间能流模型进行求解。对IEEE33节点系统和32节点热力系统构成的电-热综合系统进行算例分析,结果验证了所建区间模型和所提算法的正确性。     

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。     

面向能源互联网的多能流静态安全分析方法

多能流是能源互联网的重要特征之一,涵盖电、热、冷、气、交通等多个能流子系统,带来诸多效益的同时也使系统更加复杂,安全问题更加突出。提出了面向能源互联网的多能流静态安全分析的概念和方法。多能流系统需要根据能流子系统之间的耦合程度确定合适的边界,其组成可分为耦合元件和非耦合元件。多能流系统静态模型的共性表现为网络拓扑约束和广义基尔霍夫定律,个性表现为支路特性和耦合元件特性。多能流求解方法可以分为联合求解和解耦求解。给出多能流静态安全分析的安全运行约束、运行状态分类、预想事故集和流程。电-热耦合算例验证不同能流子系统之间的相互影响,说明开展多能流静态安全分析的必要性。     

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。     

含P2H、P2G电-气-热综合能源系统多能流算法

作为综合能源系统研究的基础,多种能源协同运行的综合能源系统多能流计算方法的研究有重要的研究价值。该文首先给出了电转热（power to heat, P2H）和电转气（power to gas, P2G）设备等耦合单元的数学模型,并根据P2H的工作特性,给出了热电联产机组（combined heat and power, CHP）联合P2H模型;之后,给出了2种电-气-热综合能源系统多能流计算的算法——含多种耦合单元的多能流联立求解算法和考虑各子系统物理特性的差异及综合能源系统的可扩展性的新型交替迭代多能流计算方法。算例分析表明,2种算法均适用于电-气-热综合能源系统的多能流计算。     

电热耦合系统全流程碳排放计量技术

电能和热能作为二次能源,供热和供电系统产生的碳排放基本都来自产能侧。同时,随着综合能源的的发展,电热网络的耦合变得紧密。因此,如何界定产能、传输以及用户侧碳排放责任对碳排放进行计量是促进电力网络和热力网络各个环节低碳发展的重要措施。针对这一问题,为改进现有宏观计量的局限性,提出了基于碳排放流的电热耦合网络考虑网络损耗的全流程碳计量方法。创新地将电热耦合系统作为整体,提出了网络中的碳排放流定义和指标,并建立了电热耦合网络以及耦合设备的全流程碳排放流模型。提出了一种涉及能量传输全流程的碳排放计量架构,所提方法能够有效地对电热耦合网中产能环节、传输环节以及用能环节进行碳排放的计量。文中给出了示例系统,验证了模型与算法的准确性。     

基于教与学模式改进一致性算法的电—气能量流协同优化

在综合能源网背景下,需考虑将多能量流进行分布式协同优化。针对电力、天然气多主体分布式自治决策的特点,考虑电—气耦合关系,建立了含新能源的多能流局域网优化模型,并通过能源路由器建立了一种合理的规划机制,从而保证各个能源局域网之间能量的有序流动。基于教与学模式优化算法对常规一致性算法进行了改进,并对该优化问题进行了求解,实现了电—气耦合系统的分布式协同优化。能源路由器既是能量装置,又是信息节点,能够将不同能量形式有机整合、协调优化。而基于教与学模式的改进一致性算法有更好的搜索能力和寻优能力,可获得更好的优化结果和计算效率。利用IEEE 118-GAS90电—气互联网络系统算例进行测试,结果验证了所述方法的有效性和可行性。     

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.     

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。     

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。     

基于区间模型的多能互补系统优化运行

构建多能互补下的分布式联供系统已逐渐成为电力行业的发展趋势,其通过发电设备、用电设备以及冷、热、电设备将冷、热、电、气四种能源连接起来,形成了耦合性较强的多能互补系统。基于区间理论描述冷热电负荷、分布式能源出力、运行效率的不确定性,运用传递矩阵构建能源输入输出之间的耦合关系,对多能互补系统进行耦合建模。综合考虑能源、环境、经济等因素,对系统实现多目标优化。采用基于仿射运算的区间线性规划对模型进行求解,有效改善了区间运算过于保守的问题。算例分析对多能互补系统与分产系统、文中提出的算法与传统算法进行比较,验证了该模型和方法的合理性及有效性。     

多能源网络的广义电路分析理论——（一）支路模型

多种能源形式的互补与耦合为多能源系统集成带来巨大价值,但不同能源形式遵循不同的物理规律和数学表征形式,为综合分析与协同优化带来了挑战。文中基于拉普拉斯变换这一分析系统动态过程的有力工具,提出了多能源网络的广义电路分析理论。首先,建立了多能源网络支路层能量流的统一数学方程,提出了以拉普拉斯变换为基础的广义电路建模方法,将多能源网络在时域的复杂传输特性转换为拉普拉斯域简单的代数问题,提出了各能源系统能量流的分布参数电路模型,进一步提出了以"支路"为整体单位的支路层能量流集中参数传输模型。文中提出的多能源网络广义电路支路模型能够科学地分析支路层能量流的稳态与动态特性,揭示多能源网络能量流的共性,为多能源系统全网络分析奠定基础。     

基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法

由于区域综合能源系统中存在电、热等难以耦合分析的多种能源潮流,提出基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法。首先,利用时间序列分析该系统的调频特性,获取该系统的运行频率,并构建区域综合能源系统稳态网络模型。然后,分别计算电力系统与热力系统潮流,并通过电热耦合分析,得到该系统多能潮流计算结果。最后经实验验证：该方法可以精确计算热力系统中不同管道的供热温度与回热温度,还能够计算得出电力系统运行时的电压、有功功率与无功功率,实现较为全面的多能潮流计算。     

微能源网多能源耦合枢纽的模型搭建与优化

多能源耦合枢纽作为微能源网的核心部件,其系统模型的准确性将影响微能源网的运行效率。文中针对一种包含太阳能和风能发电系统、储能系统、有机朗肯循环系统、传统冷热电三联供系统的多能源耦合枢纽,综合考虑负荷需求、价格因素和环境因素,以系统运行成本、一次能源消耗量和碳排放量最小化为目标,建立了微能源网中多能源互补的多目标优化模型;采用粒子群算法对发电机和储能的运行策略进行求解,得到最优目标。最后,与微电网进行对比分析,验证了多能耦合系统在提高能源利用率和减少碳排放方面的优势。     

An integrated multi-energy flow calculation method for electricity-gas-thermal integrated energy systems

The modeling and multi-energy flow calculation of an integrated energy system (IES) are the bases of its operation and planning. This paper establishes the models of various energy sub-systems and the coupling equipment for an electricity-gas-thermal IES, and an integrated multi-energy flow calculation model of the IES is constructed. A simplified calculation method for the compressor model in a natural gas network, one which is not included in a loop and works in constant compression ratio mode, is also proposed based on the concept of model reduction. In addition, a numerical conversion method for dealing with the conflict between nominal value and per unit value in the multi-energy flow calculation of IES is described. A case study is given to verify the correctness and speed of the proposed method, and the electricity-gas-thermal coupling interaction characteristics among sub-systems are studied.     

多能源网络的广义电路分析理论——（二）网络模型

以电力、热力、燃气网络为代表的多能源网络是世界上最为复杂的物理网络之一,是连接能源生产和消费的重要传输环节,也是多能源系统耦合的重要途径。文中借鉴电力系统分析中"矩阵化"与"外端口等值"的思想,基于多能源网络支路层的广义电路模型,提出了网络层的广义电路分析理论。首先,针对多能源网络高维动态特性难以描述的问题,以支路广义电路模型为基础提出了拉普拉斯域通用多能源网络建模方法,并建立了矩阵化的紧凑模型。其次,提出了多能源网络的外端口等值方法,等效地将复杂的内部信息转换为等值的边界条件,既能解决多能源网络的联合分析难题,同时又很好地保护各能源系统数据信息隐私。最后,分别结合热力网络与燃气网络的实际特点,提出了热力网络与燃气网络的全网络广义电路模型与边界等值方法。     

考虑电网气网与城市废物处理协调的多能源系统优化模型

针对"无废城市"发展模式下的城市垃圾减量,及高比例可再生能源城市多能源系统中电网气网调节能力弱的问题,提出了考虑电网气网与城市废物处理协调的多能源系统优化模型.首先,建立了满足城市多时间尺度废物处理需求的废物处理设施能量消耗与产出模型,并提出了减废多能源系统(waste reduction multi-energy s...     

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。     

考虑大量EV接入的电-气-热多能耦合系统协同优化调度

随着能源互联网的发展,在未来多能源网络将深度耦合的大背景下,传统的电网调度模式已不能够满足对多能源系统协同优化的要求,电动汽车的大量推广也给制定更合理的调度策略,支撑多能源系统运行带来了新的挑战和机遇。基于上述背景,文中考虑电网潮流、天然气网潮流、能源中心供能和电动汽车出行及充电需求等约束,利用模糊理论处理电动汽车总体需求及风电出力的不确定性,以全系统供能成本和污染物排放最小为目标,建立了计及大量电动汽车接入下的多能源系统协同调度模型,并采用内点法进行求解。最后,以典型的11节点多能源系统为算例,分析了电动汽车不同充放电模式和不同能源中心结构下的调度策略及效益,并比较了不同接入车数与不同置信水平下的调度结果,验证了电动汽车参与多能源系统的协同调度能够提升系统运行的经济性。     

面向能源互联网的未来配电网优化规划

能源互联网是未来全球能源行业的发展方向,其对电力系统的发展将产生深刻影响。文章分析了未来能源互联网场景下配电网的特殊需求,提出未来配电网将发展为承担多能转换与利用的新型配电网,并给出未来配电网的基本构架,分析其能量流动形态。在此基础上,构建考虑多能转换与存储设备成本构成及运行约束的配电网优化规划模型,在满足多能负荷需求的前提下对多能源接口设备与综合储能设备进行优化设计,并利用粒子群算法对该模型进行求解,仿真算例验证了所提模型的有效性,可为未来配电网的发展与规划提供必要参考。