面向弃风消纳的电储能-热电分级协调优化方法

中国北方地区存在高比例的热电联产机组,受冬季采暖负荷制约,调节能力有限,引发冬季弃风问题,增加电储能和储热设备是提高热电联产机组调节能力的重要手段。研究在电力辅助服务市场环境下的热电联产机组与电储能、储热设备的协调优化运行方法,分别建立以电储能设备和热电联产机组调峰效益最大和蓄热效益最大为目标,考虑弃风最大化消纳、系统供热需求以及热电联产机组、电储能和储热设备运行约束的分级协调优化模型。系统仿真测试表明：所提方法能够协调优化电储能和储热装置的运行,充分利用储热设备的多日调节能力,提高系统在电力市场中的运行收益,有效减少弃风。研究结果对解决当前电力市场环境下北方地区的冬季弃风问题具有一定价值。     

面向弃风消纳的电储能-热电分级协调优化方法

中国北方地区存在高比例的热电联产机组,受冬季采暖负荷制约,调节能力有限,引发冬季弃风问题,增加电储能和储热设备是提高热电联产机组调节能力的重要手段。研究在电力辅助服务市场环境下的热电联产机组与电储能、储热设备的协调优化运行方法,分别建立以电储能设备和热电联产机组调峰效益最大和蓄热效益最大为目标,考虑弃风最大化消纳、系统供热需求以及热电联产机组、电储能和储热设备运行约束的分级协调优化模型。系统仿真测试表明：所提方法能够协调优化电储能和储热装置的运行,充分利用储热设备的多日调节能力,提高系统在电力市场中的运行收益,有效减少弃风。研究结果对解决当前电力市场环境下北方地区的冬季弃风问题具有一定价值。     

考虑用户舒适度的虚拟电厂热电联合调度模型

热电联产（combined heat and power，CHP）机组“以热定电”的运行模式极大制约了系统调峰能力，导致弃风限电形势严峻，突破CHP机组热电间刚性耦合关系成为促进风电消纳的关键。基于此，采用虚拟电厂模式聚合CHP机组等分布式能源作为整体参与电网运行，充分考虑用户舒适度，将固定负荷曲线转换为需求区间，使热、电负荷在时间轴上具备柔性可调能力，在满足用户舒适度的同时灵活调整CHP机组出力，有效缓解弃风现象。此外，采用多场景法处理风电出力不确定性，以虚拟电厂自身收益最大化为目标构建热电协调调度随机规划模型，实现热、电系统的协调优化运行。最后，通过算例验证所构建模型的有效性和合理性，结果表明：考虑用户舒适度能够有效促进风电消纳，提升虚拟电厂经济效益。     

含电转气的热电联产微网电/热综合储能优化配置

电转气技术提升了多能源系统运行的灵活性,在此背景下,针对综合能源系统中电/热综合储能配置优化问题研究不足的现状,构建了包含电转气装置的热电联产微网电/热综合储能优化配置模型,提出包含电/热储能系统额定容量和功率的配置方法。首先考虑用户侧电能替代,建立随机“以电代热”负荷模型,并以此修正负荷曲线。其次针对成本、供能可靠性和新能源接纳率的多目标,并计及电储能寿命的折损,构建双层优化模型,外层为配置优化,内层为运行优化。基于内层模型的Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将内层模型转化为外层模型的附加约束,将双层模型转化为单层模型,调用Gurobi求解器对模型进行求解。最后,算例验证了所提模型的正确性,并对比分析了电转气技术对储能系统优化配置的影响。     

计及储能与需求响应的电-气虚拟电厂双层优化调度

随着分布式新能源并网规模的不断扩大,风电光伏出力的波动性和不确定性给电网的稳定运行带来了巨大的 挑战.为了应对新能源的不确定性以及提高电力系统新能源的消纳水平,构建计及储能与需求响应的电-气虚拟电厂双 层优化调度模型.首先,上层模型考虑储能运维、需求响应成本,下层模型考虑虚拟电厂日前运行成本;其次,将双层 模型通过 Karush-Kuhn-Tucher (KKT)条件转化为单层模型,运用线性化方法将模型线性化;最后,通过不同场景的算 例分析验证所提模型的有效性,结果表明所提模型能够有效提高系统的新能源消纳水平,降低电网运行成本.     

含碳捕集热电机组的虚拟电厂热电联合优化调度

燃煤热电机组特有的以热定电工作模式,会导致系统缺乏新能源消纳能力与调峰能力,且在运行过程中排放大量二氧化碳。为了促进新能源消纳和减少系统碳排放,同时提升热电机组的调峰能力,引入风电供热设备与碳捕集技术,将一定供热区域内的碳捕集热电厂、风电供热设备、风电场与光伏电站组成虚拟电厂。论文根据虚拟电厂的电源构成及其运行机理,建立了虚拟电厂热电联合优化调度模型,使用自适应免疫遗传算法对其寻优求解,并对3种运行策略进行比较研究。由算例仿真结果可知,虚拟电厂引入碳捕集技术与风电供热设备,不但可以有效地提升热电联产机组的调峰能力,提高系统经济效益,促进新能源消纳,还可以降低系统二氧化碳排放量。     

计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳策略

为解决传统热电联产机组的热电耦合特性以及冬季采暖期间弃风消纳问题,提出了计及碳交易含储热热电联产机组和电锅炉联合运行的弃风消纳策略。首先将储热设备、电锅炉与热电联产机组联合运行来满足系统所需热负荷,从而提高热电联产机组电调峰能力。其次,为进一步控制碳排放量,引入阶梯式碳交易与优化电锅炉运行模式,兼顾系统运行成本、弃风消纳量以及碳排放量,构建计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳模型并进行求解。最后,以IEEE-30节点为例进行算例分析,结果表明所提策略能够有效促进风电消纳、减少碳排放量且有效降低系统运行成本。     

计及燃料电池热-电综合利用的能源网日前调度优化策略

为解决风电消纳的问题,从优化热电耦合、提升能源网调节能力的角度出发,提出基于氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)储能系统的能源网综合调度优化策略。首先建立精确的HFC热、电产出模型,分析其在不同氢气输入量下的热电产出特性。在此基础上,以能源网运行成本最小化为目标对网内热电联产机组、纯凝机组、HFC、风电及制氢设备进行日调度经济性优化。仿真结果表明,考虑HFC热电联产特性可制定出更为精准、灵活、经济的调度运行策略,在"变废为宝"的同时,缓解了热电联产机组"以热定电"的机组特性限制,降低了系统"弃风",提高了能源网整体的运行经济性。该文为含风电场、热电联产机组、纯凝机组、HFC的能源网的经济运行策略制定提供了一个全新的视角。     

考虑风电消纳的风电-电储能-蓄热式电锅炉联合系统能量优化

为解耦传统的"以热定电"约束,提高风电消纳能力,针对一种风电-电储能-蓄热式电锅炉的联合系统,充分地考虑了电储能装置对功率和能量的时间迁移能力以及电、热系统互补的物理特性。分别研究火电机组、热电联产机组、电储能系统和蓄热式电锅炉的数学模型,引入弃风成本参数,建立以实现最低运行成本为目标的综合调度方法。结合能量平衡约束、常规机组运行约束、电储能约束以及蓄热式电锅炉运行约束,通过粒子群算法实现能量调度最优解的求取。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真实验模型,对系统在传统的热电联产、热电机组融合蓄热式电锅炉和风电-电储能-蓄热式电锅炉联合运行3种不同调度方式下对风电消纳效果进行对比,验证了能量优化方法的有效性。     

考虑多重不确定性的虚拟电厂随机优化调度

高比例可再生能源的接入对电力系统注入了大量的不确定性,研究多重不确定性的精确建模对于提升虚拟电厂调度策略的有效性具有重要意义。文中的虚拟电厂集成了光伏机组、风力发电机组、储能系统、热电联产机组和燃气锅炉。基于场景决策对虚拟电厂的多重不确定性进行建模,根据每个不确定参数的平均值和分布式机组的运行参数,确定每个场景的起点和终点,得到每个场景的概率,并将每个不确定参数的定义空间划分为具有特定权重的可数有限场景。计及虚拟电厂的售电收益、与主网交互收益、需求响应成本、削负荷成本以及机组运行成本,建立以虚拟电厂的预期日前收益最高为目标的优化调度模型。仿真结果表明：VPP内电、热负荷功率平衡,未出现弃风、弃光情况,经济性较好;同时未出现中断供电的情况,可靠性较高。     

含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰能力分析

大规模发展可再生能源是构建低碳可持续能源系统的重要保障,源-荷协同调峰是消纳可再生能源的有效途径。为此,研究含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰,分析冬季典型场景下的热电厂热电耦合机理,建立热电耦合调峰约束;针对油田综合负荷的用能特性和分布式光伏发电的特点,建立负荷集群的用电数学模型和用热数学模型,考虑热电机组、负荷响应及源-荷系统运行技术约束,以油田全局能耗成本最小为目标建立自备热电厂和需求响应协同调峰优化模型,制定油田电网源-荷协同调峰策略,通过循环寻优求解源-荷协同最大调峰能力。算例分析表明,源-荷协同光伏发电调峰能有效地提高油田电网对光伏发电的消纳能力,供暖负荷的需求响应使冬季热电厂“以热定电”的刚性约束弹性化,调峰贡献度在需求响应中占比最大。     

热电联产参与电网调峰补偿定价与利益分配方法

合理的调峰补偿可以有效激励热电联产机组参与电网调峰、促进风电消纳。该文对热电联产机组的调峰补偿问题进行研究,通过优化有偿调峰补偿价格和热力系统内调峰收益分配策略,激励热电联产机组充分利用热力系统的储热装置和辅助热源提升电力系统调峰灵活性。首先,考虑热力系统的详细运行模型与热电联产机组时序调峰能力的供热耦合特性,建立热电联产调峰补偿优化定价模型,并提出有效求解算法;然后,分析热力系统中各热源和储热装置对热电联产调峰能力的贡献,基于Shapley值方法,提出热力系统内部调峰收益分配策略。最后,通过仿真验证方法的有效性,并分析优化调峰补偿价格和调峰收益分配策略随供热、风电场景的变化规律。     

考虑电热综合需求响应的虚拟电厂优化调度

针对配电网中以电、热为代表的多类型负荷的快速增长,以及可控机组、储能装置、风机等分布式能源的协调调度问题,提出了考虑电热综合需求响应的虚拟电厂（virtual power plant,VPP）优化调度模型。首先,将风机、热电联产系统、多种储能装置、电锅炉、电热负荷集成为虚拟电厂,在用户侧,将基于电价型和激励型需求响应措施相结合,建立电热综合需求响应模型;然后,以最大化虚拟电厂运营利润为目标,采用机会约束模型描述风机、负荷预测的不确定性和内部功率平衡,并考虑各机组运行约束和网络安全约束;在合理控制和协调各组件出力的基础上生成调度方案,最后采用量子粒子群算法对模型进行求解。在算例中比较了不同需求响应方案对热电负荷曲线优化结果、网络安全、虚拟电厂经济性的影响,比较了不同置信水平下虚拟电厂的调度结果,从而验证了模型的可行性。     

含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组“以热定电”约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。     

阶梯式碳交易机制下计及电-气-热综合能源系统需求响应优化运行

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善,传统电力需求响应已经不能满足双碳背景下多能耦合综合能源系统（IES）的发展现状。为了更深入地挖掘需求侧响应在节能减排中的作用,本文提出一种阶梯式碳交易机制下计及电-气-热IES需求响应的优化运行模型。首先将负荷分为价格类和替代类,分别建立价格替代和热能替代需求响应模型;其次考虑IES参与碳交易市场,结合热电联产机组（CHP）和燃气锅炉（GB）的实际碳排放量,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;最后以购能成本、阶梯式碳交易成本与运维成本之和最小为目标函数,建立电-气-热IES优化运行模型,并通过四种场景对所建立的模型进行验证。通过对需求侧响应负荷占比及阶梯式碳交易基价和区间长度的分析发现,合理地分配价格型、替代型负荷占比,以及碳交易基价和区间长度,有利于提升系统运行的经济性。     

基于生物质热电混合供能的城镇综合能源双层优化

生物质发电相当于小型火电,单独发电时效率低,且现有研究对含生物质热电联产机组系统的优化调度关注较少。针对上述问题,提出了适用于城镇综合能源系统的多种新能源高效消纳的综合能源运行双层优化方法。通过补燃设备调整热天然气和生物质电联产机组的运行状态,建立可补燃生物质热电联产运行模型;研究了多个可补燃热电联产机组的联合控制,分别以综合供能费用和能源利用效率作为上下层优化目标,同时对热电联产机组间的能源分配调度和各热电联产机组内部运行状态进行优化,构建包含光伏生物质和天然气在内的区域能量枢纽双层优化模型。算例验证了可补燃的生物质热电混合供能对提高系统能效、降低供能费用的设计目标。     

考虑热电联合调度的虚拟电厂交易策略研究

为优化能源配置和用能效率,采用虚拟电厂模式聚合热电联产(Combined Heat and Power,CHP)机组等分布式能源作为整体参与市场交易,考虑CHP机组热电比可调运行模式突破传统以热定电的限制,实现CHP机组的热电解耦,提升机组调度的灵活性。此外针对虚拟电厂面临的风电不确定性,采用鲁棒优化进行处理,构建min-maxmin两阶段鲁棒优化模型,寻找不确定变量在不确定集合内朝着最恶劣场景变化时经济性最优的交易方案,并通过列约束生成算法对主子问题进行交替迭代求解。算例结果表明,采用CHP热电比可调运行模式并合理考虑风电出力不确定性能够提升系统调峰能力、降低出力偏差,对促进清洁能源消纳具有积极作用;也验证了通过虚拟电厂实现热电联合优化调度,作为整体参与市场运行具有较强的经济性优势。     

计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

含可再生能源的电—气—热互联多能源系统可实现多能源网络互联与多能源优化利用,有效解决资源匮乏与能源浪费等问题。能量枢纽是多能源耦合的关键,但现有的能量枢纽优化配置问题未考虑系统运行可靠性的影响。因此,重点研究多能源系统中计及可靠性的能量枢纽优化配置问题。首先,针对风机、变压器、热电联产、燃气锅炉、电储能、热储能等设备组成的能量枢纽,建立了一种新型多能源系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。然后,根据该双层优化模型计及能量枢纽的运行可靠性,引入失负荷期望等可靠性指标作为约束。最后,为了确定配置方案,结合优化策略进行整体规划,同时得到各机组能量分配情况,对算例进行仿真分析。结果表明,提出的模型有利于负荷供应可靠性的提升。     

基于热电耦合的区域能源系统稳态功率分布计算的研究

由于热电联产机组具有热电耦合特性,热电联产机组电功率和热功率耦合性较强,机组调峰能力受热负荷影响较大,而电功率和热功率分布缺乏统一的计算分析方法,制约了通过控制机组热功率出力来提高机组调峰能力手段,通过建立主要电力设备、热力设备的稳态功率模型,掌握热电耦合的区域能源系统稳态功率分析计算方法,实现通过调节热负荷相关参数来提高热电机组调峰能力。     

基于热电比可调模式的区域综合能源系统双层优化运行

目前基于能量枢纽(energy hub,EH)的区域综合能源系统的优化运行缺乏对EH内热电联产(combined heat and power,CHP)机组热电比可调的考虑,且在此类场景中参与需求侧响应的负荷种类单一。针对此状况,构建双层优化模型,建立EH机组内部能效特性与外部能源分配的联系,实现内部机组高效运行和外部能源经济分配。模型通过卡罗需-库恩-塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker Conditions,KKT)将双层优化转换为单层优化,并用确定性优化软件求解。算例结果表明,EH双层优化运行模型可减少用能成本,提高用能效率。通过调节CHP热电比,同时利用广义弹性负荷参与响应,可以减小CHP热电比与区域内热电负荷比之间差距,从而提高CHP供能比例,实现区域综合能源系统高效经济运行。