电-气-氢-热-风-光耦合综合能源系统分层级Energy Hub建模方法

随着多能融合的不断深入,综合能源系统可实现大规模可再生能源消纳。由于综合能源系统广泛涉及电、气、氢、热、风、光等多种能源形式,经典Energy Hub方法与图论Energy Hub方法在建模效率与复杂度等方面均存在局限性。文章提出了分层级Energy Hub建模方法,将综合能源系统从能量输入到输出的耦合过程建模为分配层、转换层、集成层、储能层、网络层5个环节,全面涵盖了综合能源系统复杂多元的多能耦合关系,为输入与输出搭建桥梁,确保能量供需平衡。最后,通过算例分析论证了所提方法的优势与可行性,以及与传统方法在可再生能源消纳量上的提升。     

面向碳中和的多源异质全可再生能源系统优化规划方法研究

为有效应对气候变化与能源危机,早日实现碳达峰与碳中和目标,提出多源异质全可再生能源热电气储耦合系统,在供能侧实现100%全可再生能源。首先,构建了全可再生能源系统的物理架构,并对系统内典型设备进行建模;然后,以系统年总经济成本最小为目标函数,构建了可实现系统结构、设备配置与运行策略协同优化的混合整数线性规划模型;最后,通过具体算例分析,验证了所提优化模型的正确性和可行性,确立了所提出的多源异质全可再生能源热电气储耦合系统在降低碳排放、实现全额消纳可再生能源等方面的有效性。     

面向可再生能源高比例消纳的综合能源系统优化规划模型研究

为解决"三弃"问题,提高可再生能源消纳能力,文章基于能量枢纽模型,提出了能够提升系统灵活性与可再生能源消纳能力的方案,并以高比例可再生能源消纳与系统综合经济性为目标,考虑典型日系统冷热电功率平衡约束、设备输入-输出耦合约束(能量枢纽模型)、设备出力限制、电网联络线功率约束等约束条件,建立面向可再生能源高比例消纳的综合能源系统优化规划模型。针对模型的非线性特性,采用数学等效变换将其转化为0～1混合整数线性规划模型,并求取全局最优解。最后,以江苏某区域为实例,分析了高比例可再生能源接入对能量枢纽容量配置及其关键设备在不同典型日出力的影响,并基于灵敏度分析法,分别分析了设备单位容量造价、能源价格及热电负荷比对规划结果的影响,验证了所提规划模型的正确性与合理性。     

电热气氢综合能源系统随机优化调度

首先,分析电解槽以及燃料电池等设备工作特点,计及设备的动态能效,建立氢系统设备的精细化模型;其次,建立各种能源间的耦合关系模型,通过电热氢多种储能实现电热气氢系统的能量平衡;最后,计及电热气负荷的波动与可再生能源的不确定性,以日运行成本最小为目标,建立电热气氢综合能源系统随机优化调度模型。算例分析验证了该优化模型能有效消纳风光资源、降低日运行成本、减少环境污染,具有较好的经济性与环保性。     

计及(火用)分析的综合能源系统多目标优化调度

建立综合能源系统优化调度模型并进行高效求解有利于可再生能源的开发利用,发掘综合能源系统降本增效的潜力。针对含光伏发电的综合能源系统,以系统■效率倒数最小和总运行成本最小为目标,结合电-热-冷综合需求响应模型和运行约束,构建综合能源系统多目标运行模型。针对模型中存在的非凸非线性项进行等价线性转化处理,将问题由多目标混合整数线性分式规划等价转换为多目标混合整数线性规划,进一步采用ε约束法将其转换为一系列单目标混合整数线性规划问题进行高效求解获得帕累托Pareto前沿,并采用TOPSIS法进行决策。算例仿真表明,所建立的含光伏发电的综合能源系统能提升系统运行灵活性,相比于单目标运行,计及■分析的综合能源系统多目标优化调度能够实现系统运行成本和效率的折衷。     

计及需求侧灵活资源的综合能源系统合作博弈优化运行

综合能源系统能够提高能源的综合利用效率,是能源领域未来的发展趋势。为了充分发挥需求侧灵活资源对综合能源系统运行的优化作用,提出一种计及需求侧灵活资源的综合能源系统合作博弈优化运行方法。首先,构建综合能源系统的需求侧灵活资源运行模型,包括综合需求响应和多类型储能设备;接着,考虑多个综合能源系统间的电能交易合作,以合作联盟效益最大化为目标函数,构建计及需求侧灵活资源的综合能源系统合作博弈优化运行模型;然后,运用数学方法对所提模型进行两阶段等效转换,使其易于求解;最后,通过算例分析验证了所提模型能够充分发挥需求侧灵活资源的优势,提高综合能源系统的运行经济性。     

考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化研究

针对综合能源系统规划面临可再生能源波动性强、出力不确定性等问题,文章提出了一种考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化方法。首先,运用拉丁超立方抽样生成基础风、光场景集,并基于改进的k-means算法进行场景削减;其次,以运行成本最低、碳减排最优、污染物减排最优构建多目标优化模型;最后,提出系统容量-成本两阶段规划优化求解策略,并选取南方某商业园区进行规划仿真。仿真结果表明,文章所构建的综合能源系统两阶段规划模型能够在保证系统经济性的同时兼顾环保性,并满足用户多种用能需求。     

考虑多能源协同的可再生能源电网快速解列电压优化控制策略北大核心CSCD

针对含可再生能源接入的电力系统在发生故障后,使得电网中部分机组运行解列,其对电网电压造成影响的问题,提出了一种考虑多能源协同的可再生能源电网快速解列电压优化控制策略。首先,分析电/气/热等多种能源间的转换特性和可调节特性,并分析含电/气/热等多种能源转换系统接入可再生能源电网后系统的运行特性,建立含多能源转换系统的可再生能源电网稳态模型;然后,考虑可再生能源电网解列时系统中重要负荷电能恢复量、系统电压波动量两个优化目标,建立可再生能源电网快速解列电压优化控制模型,并对控制模型进行求解;最后,以西北某地区电网运行数据为基础,搭建含多能源转换系统的可再生能源电网等值模型,分析并验证文章提出的电网快速解列电压优化控制模型的可行性和有效性。     

抽蓄联合全可再生能源孤岛微网配置优化模型

针对全可再生能源孤岛微电网中的源荷功率平衡问题,研究基于抽水蓄能快速启停和强调节能力的风-光-抽蓄联合孤岛微电网电源与储能系统容量配置多场景鲁棒优化方法。针对海岛负荷需求特性及可再生能源、抽蓄资源分布特性,研究了适用于海岛的包含风、光、抽蓄和蓄电池组的孤岛微网拓扑结构模型;考虑海岛抽水蓄能及蓄电池电能储放特性、可再生能源出力不确定性以及岛内负荷需求不确定性,研究了微网功率协调优化方法,建立以孤岛微网成本最小为目标的容量配置鲁棒优化模型及其求解算法。以某海岛的实际负荷需求及可再生能源发电资源数据为基础的仿真结果表明,文章所提出的抽蓄联合孤岛微电网的容量优化配置方法,在实现经济性目标的同时,可以有效地提升可再生能源利用率和微网在多种场景下的运行可靠性。     

计及碳交易和源-荷侧资源的综合能源系统低碳经济优化

“双碳”目标下,综合能源系统多种能源进行融合,对推动电力行业低碳化具有重要意义。为了进一步提高IES的环保性,该文提出一种计及碳交易和源-荷侧资源的综合能源系统低碳经济优化调度模型。首先,从源侧引入光热电站充当热电联产机组;其次,根据负荷侧电能和热能的传输性质不同,分别采用价格型需求响应和考虑供热系统热惯性和模糊性的热负荷需求响应模型;然后,通过引入阶梯式碳交易机制,构建包含P2G装置的碳排放成本模型;最后,以运行成本、碳交易成本、弃风弃光惩罚成本最小为目标函数,建立综合能源系统低碳经济优化模型;通过设置4个场景进行仿真分析,综合考虑CSP电站、综合需求响应和阶梯式碳交易机制后能够使系统外购成本、碳排放量和弃风弃光率分别减少25.65%、14.36%和21.54%,验证了所提模型的有效性。     

影响区域电网可再生能源消纳能力的边界条件分析

首先阐述可再生能源消纳能力评估相关指标的定义,然后从源-网-荷3个方面分析影响可再生能源消纳能力的关键因素,并以可再生能源消纳量最大为目标,基于时序生产模拟的方法建立可再生能源消纳能力的多时段耦合评估模型。最后,以IEEE-30节点系统为算例,评估多场景下电网可再生能源消纳能力,并研究约束边界变化对消纳能力的影响。算例验证了模型的有效性与合理性,可为可再生能源消纳能力的评估与优化提供依据。     

全可再生能源热电气储耦合供能系统优化调控模型研究

针对全可再生能源热电气储耦合供能系统源、荷双侧不确性、多能耦合等问题,文中基于分层递阶理论建立了针对系统复杂的优化调度决策和快速的实时控制问题的分层调控框架及多时间尺度优化调控模型。在日前优化中通过鲁棒算法解决可再生能源出力及负荷预测不确性对系统安全运行的影响,在日内优化中基于模型预测控制原理对日前优化结果进行反馈校正与滚动优化,应对可再生能源出力及负荷随机性波动,从而实现系统的安全经济运行。     

基于风电不确定性模糊量化的综合能源系统规划方法研究

综合能源系统是能源结构转型与发展过程中的关键环节,也是高比例可再生能源并网型能源互联网的具体实现。由于多种能源耦合以及可再生能源不确定性等因素的影响,综合能源系统规划设计对经济性和环保性提出了更高要求。文章提出了考虑风电不确定性的综合能源系统能源供给单元容量协调规划决策方法。首先结合风电不确定性集合的区间数量化方法,建立了基于直觉模糊集的风电不确定性量化模型;然后通过对电力系统、热力系统、天然气系统的能源供给单元经济成本和环境成本进行分析,提出考虑风电不确定性的综合能源系统能源供给单元容量协调规划决策模型及求解方法,最大限度降低综合能源系统经济成本和环境成本,提高风电的并网容量;最后通过算例仿真验证了所提规划方法的正确性和有效性。     

100％可再生能源综合能源系统容量优化配置

为实现100％可再生能源综合能源系统的安全稳定运行,合理的容量配置至关重要.首先,考虑氢能的利用特性,构建电热氢多能耦合的综合能源系统.其次,以运行成本最低和污染物排放量最小为目标,建立一种100％可再生能源综合能源系统的容量优化配置模型,并采用折衷规划和模糊方法构造Pareto前沿对多目标问题进行求解.最后,基于3个...     

双碳目标下考虑风光不确定性的综合能源系统规划研究

可再生能源大规模并网,使配电系统及各类负荷运行稳定性降低。文章研究了可再生能源发电的不确定性综合能源系统（Integrated Energy System,IES）优化调度问题。首先,构建考虑风光不确定性的综合能源模型,采用不确定区间表达风机和光伏出力的不确定性;其次,利用鲁棒转换,可以将相关不确定性的问题转变成确定性多目标的优化问题进行求解;然后,以经济性与环境性为目标建立能源平衡与供应约束,并采用粒子群算法进行求解;最后,以某地园区的数据为基础进行仿真验证,证明了所提规划方法能够充分的考虑到风光不确定性,极大地提高系统的经济性,同时有效降低系统的碳排量,具有一定合理性和实用性。     

基于"端-边-云"架构的园区综合能源系统协调优化调度

园区综合能源系统具有供能子系统繁多的特点,亟需对多个供能子系统进行协调优化调度以提高系统运行经济性.为此,提出一种基于"端-边-云"架构的园区综合能源系统协调优化调度方法.该方法考虑园区中相邻供能子系统之间的电、热、气互济互补,在云端建立综合能源系统优化模型,在边缘侧利用同步型ADMM算法求解调度方案,在端侧将最优化调度方案下控至各用能设备.算例结果表明,所提优化调度方法可有提升系统运行的经济性与可靠性,并缓解调度中心的计算压力.     

考虑碳减排的多能源系统网格化优化调度方法

为促进碳减排,提高多能源系统运行的经济性、灵活性和环保性,充分发挥多种能源协调优势,文章提出考虑碳减排的多能源系统网格化优化调度方法。首先,研究计及电力系统、热力系统和天然气系统相互耦合的多能源系统能量平衡模型,在此基础上,为应对可再生能源不确定性,缓解能量调节所引起的能源网络阻塞,以能量输运支路传输的阻塞风险作为网格划分指标,采用最小图分割算法,对多能源系统网络进行网格划分;然后,考虑多能源系统内部各个网格自治特性以及不同网格之间的协调特性,以多能源系统对外调节成本、网格化多能源系统运行成本和多能源系统碳交易成本为目标,提出多能源系统优化调度模型;最后,进行仿真算例分析,结果表明,文中提出的多能源系统网格化优化调度方法能够有效提高多能源系统能量平衡的经济性和低碳运行能力。     

计及源荷不确定性和变工况特性的区域综合能源系统优化调度

为保证系统的经济可靠运行,考虑了荷源不确定性及能源耦合设备的变工况特性对系统运行的影响。首先,基于能源梯级利用原理,建立了包含风电、燃气轮机、电转气（P2G）及多种能源耦合设备的区域综合能源系统（RIES）架构;其次,通过构建动态能源集线器（DEH）模型,分别从能源供需双侧反映设备变工况特性对系统能源耦合的影响。同时,以系统调度成本最小和碳排放量最少为目标,将确定性的系统约束转换为基于可信性理论的模糊机会约束,构建了考虑源荷不确定性和设备变工况特性的RIES模型。最后调用CPLEX求解器对模型进行求解。结果表明,所建模型可以有效描述系统的不确定性风险,促进风电消纳,提升系统的经济性与低碳性。     

区域多能源电网可再生能源发电容量规划及投资收益优化模型

针对地区型多种能源形式接入的区域电网,研究了可再生能源发电容量与区域电网内其他多能源形式协调优化及可再生能源发电设备运行效益问题。以高比例风力发电、光伏发电、固体蓄热式电锅炉、电制天然气、燃气储能、热力储能系统构成的区域多能源系统模型研究为基础,提出基于不同调度时间尺度的区域可再生能源发电容量规划和投资效益优化模型。首先,研究区域电网内多能源供能、传输和负荷设备的能源供给和消耗特性,建立基于高比例可再生能源发电不确定性的多能源电网功率平衡模型;其次,研究大规模可再生能源不确定性、动态电价响应、系统运行状态的约束模型,建立区域可再生能源容量配置与收益多目标优化模型及其求解方法;最后,利用东北某地区多能源电网实际运行数据,建立可再生能源发电容量规划及投资收益优化仿真模型。仿真结果表明,文章所建立的可再生能源容量和效益优化模型,能够在保证较高投资效益的前提下,实现较小的可再生能源容量配置。     

考虑可再生能源不确定性和数据异构的送端电网电源出力优化控制模型

针对可再生能源异构数据及一次能源不确定性导致的电源出力控制问题,提出了基于多能源数据网络动态特性及负荷跟踪性能约束的风、光、火打捆送出的送端电网功率优化控制模型。根据多种类的一次能源、能源转换及电能输出数据异构特性,建立考虑多电源节点数据测量采样间隔内一次能源不确定性的送端电网多能源异构数据网络模型;在此基础上,研究了基于送端电网负荷扰动下的一次能源输入不确定性的电能出力输出控制的动态误差优化方法,建立基于送端电网负荷跟踪性能优化的H_2/H_∞控制模型。以东北某送端电网数据及IEEE3机9节点模型为基础,建立基于可再生能源异构数据及不确定性的送端电网功率动态优化控制仿真模型。仿真分析表明,文章所提出的电源出力控制算法能够在提高对一次能源不确定性适应能力的同时,有效提升送端电网的负荷波动跟踪性能。