考虑配电网重构的区域综合能源系统最优混合潮流计算

随着热电联产系统、中央空调及燃气锅炉等单元的广泛使用,区域综合能源系统(ICES)中电力、天然气和热力系统的耦合和联系日益紧密。从“源—网—荷”全环节出发,提出了融合配电网重构的ICES最优混合潮流算法来对ICES进行优化调度。首先,基于能源集线器理论,构建了ICES中能量中心(EC)的数学模型。然后,考虑ICES中三相不平衡配电系统、燃气管网及EC的相关约束,以运行成本最小为目标,提出了融合配电网重构能力的ICES最优混合潮流模型及求解方法。最后,利用典型ICES算例系统测试结果表明,所述方法通过将配电网可重构网络拓扑这一灵活可控元素作为控制变量有效集成到ICES“源—网—荷”最优混合潮流算法中,进一步降低了ICES的运行成本。     

面向区域综合能源系统的分布式优化调度方法

为保障区域综合能源系统(integrated community energy system, ICES)中多元能源主体的信息安全与涉密隐私,满足终端用户电/热等多维度用能需求,提出了一种面向ICES的分布式优化调度方法。首先,分别对ICES中配电系统、配气系统及耦合系统进行建模,并采用合适的数学方法对模型进行线性化处理;其次,以系统运行成本最小化为目标,通过引入共识变量实现对ICES优化调度问题解耦,并给出适用于ICES多元能源主体接入的分布式优化调度算法;最后,采用一个典型的ICES算例对所提方法进行验证。结果表明,基于文章所提方法得到的优化调度方案与采用集中式优化调度方法所得方案一致,能够在满足不同能源系统的运行约束,实现ICES经济最优运行的同时,保障ICES中多元能源主体的信息安全与涉密隐私。     

考虑随机性的区域综合能源系统多目标日前优化调度方法

为了满足终端用户对电力、天然气以及热能等多类型用能需求,实现对区域范围内的配电系统、配气系统以及能量中心（energy center, EC）系统的多维度优化调度和能量管理,同时考虑新能源发电设备以及负荷等不确定性因素带来的影响,该文提出了一种考虑随机性的区域综合能源系统（integrated community energy system, ICES）多目标日前优化调度方法。首先,构建了ICES中配电系统、配气系统以及EC系统的数学模型;随后,基于机会约束法构建了多目标随机优化数学模型,以最小化运行成本和温室气体及污染气体排放量为目标函数,采用NSGA-II优化算法对多目标随机优化问题进行求解;最后,针对一个典型的ICES进行考虑随机性的多目标日前优化调度分析。结果表明所提方法能够为系统调度员提供一系列可选方案,优化结果合理反映了随机性条件下ICES的运行特性,能够满足多种能源系统的潮流约束,实现了ICES在随机性条件下的经济环保运行。     

考虑电转气的电-气耦合系统协同优化规划方法

以燃气机组和电转气(P2G)设施构成的电力-天然气耦合系统提高了不同能源系统的互动性。为实现规划年耦合系统的安全经济运行,文中提出了以年投资成本、年运行成本之和最小为目标的考虑P2G的电-气耦合系统优化规划方法。该优化方法可得到规划年燃气机组、P2G厂站、电力线路、燃气管道的投建状态和典型日燃气机组、P2G厂站的最优出力。然后,基于所提方法对7节点天然气和9节点电力系统进行不同场景的建模计算。最后,免疫算法解算结果表明,P2G厂站位置的合理规划可降低天然气网络管道的建设成本,燃气机组和P2G厂站的出力调整可降低系统的运行成本。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

气电热联供网络规划与运行联合优化

多能源耦合系统是将电力、天然气、热能等通过能源集线器作为能量变换枢纽建立起来的混合能源网络,也是未来能源互联构架的一种发展趋势。该文对多能源耦合系统的结构和运行机制进行了阐述,提出了以能源集线器为调度枢纽的气电热联供网络规划与运行联合优化模型。该模型以规划建设、调度运行、可靠性等方面的总成本最小化为目标函数,同时兼顾了系统满足各能源系统网络约束、能源集线器（energy hub,EH）能量平衡等约束条件,是一个目标函数和约束条件都含有非线性项的混合整数优化问题,采用线性化和大规模优化方法求解,使耦合系统规划和运行共同达到最优。算例仿真将耦合与非耦合规划、耦合系统考虑元件种类不同的情况进行求解和对比,验证了该模型和处理方法的优越性和有效性。     

计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度

为了解耦冷热电联供(combined cool,heat and power system,CCHP)机组“以热定电”的运行约束,提高风电消纳能力,降低社会碳排放,提出了计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度模型。源侧利用冷、热、电、氢4种储能装置,打破CCHP机组热电耦合约束;荷侧引入电价型需求响应改变用户用电行为,通过优化各机组出力与电负荷曲线,增加风机出力。该模型以系统日运行成本最低为目标,引入弃风惩罚成本增加风电消纳,综合功率平衡等约束,调用Gurobi求解器进行优化求解。对不同场景下能量枢纽的优化结果进行分析,并计算燃油汽车的碳排放量以量化氢燃料电池汽车节约的社会碳排放。结果表明:在电价型需求响应策略下,考虑CCHP与含氢储能的能量枢纽系统在增加风电消纳能力的同时降低了系统的日运行总成本,减少了社会碳排放。     

区域分布式供能系统经济性概率分析

文章针对区域多能互补系统协调供应问题开展了不同供能方案的对比分析。首先,提出了燃气机组冷热电联供(combined cooling heating and power,CCHP)系统和环境源热泵系统2种分布式供能方案,制定了相应的运行策略,分析了不同供能方案的安全性和环保性;其次,建立了概率全寿命周期成本(life cycle cost,LCC)模型,给出了燃气机组冷热电联供系统、环境源热泵系统和传统供能系统3种供能方案的经济性计算方法;最后,以北方某市的商业区域为例,评估3种供能方案经济性,并通过灵敏度分析得到了天然气价和电价对不同供能方案经济性的影响。结果表明随着天然气价和电价的变化,经济性最好的方案发生变化,因此实际工程中应结合规划区域的具体内容和当地能源价格,合理选择供能方式。     

电力-天然气集成能源系统的统一规划模型与Benders解耦方法

近年来随着天然气发电渗透率的逐步提高,电力系统规划和运行时就需要适当考虑天然气系统的影响。同时,多能源互联代表了未来能源系统的发展趋势之一。这样,电力系统和天然气系统的统一规划和运行就成为值得研究的重要问题。在此背景下,在考虑天然气系统稳态潮流模型的基础上,对电-气集成能源系统的统一规划进行了初步探索。首先,研究了考虑电力系统和天然气系统边界条件约束的电-气集成能源系统的统一规划问题,对燃气电厂、输电线路、天然气供给站、天然气管道的选址和定容进行优化,构造了混合整数非凸非线性规划模型。接着,采用Benders解耦将该混合整数非凸非线性规划问题简化为双层主、子问题,并分别采用高效的商业求解器CPLEX和IPOPT迭代求解。最后,采用所构建的包括54节点电力系统和19节点天然气网络相互耦合的电-气集成能源系统,说明了所发展的基于Benders解耦的统一规划模型的可行性。     

含冷热电三联供的微能源网能量流计算及综合仿真

首先给出了微能源网的定义,然后基于能源集线器的概念,建立了冷热电三联供(CCHP)系统的能量流模型;并将其作为配电网与天然气网的耦合节点,推导了适用于天然气网能量流计算的有限元节点法,提出了一种电—气耦合微能源网的能量流计算方法。提出了CCHP供能率的指标。以openDSS和MATLAB为平台,对含CCHP的微能源网进行综合仿真,分别计算了以电定热和以热定电两种典型运行方式下夏季典型日的逐时能量流。计算结果表明,所提出的能量流计算和综合仿真方法可用于分析微能源网的能量流,CCHP供能率指标可以反映微能源网电—气能源的耦合程度。     

考虑二氧化碳排放的冷热电联供系统的容量配置

节能减排已被纳入国家经济社会发展规划之中。冷热电联供CCHP(combined cooling,heating and power)系统因其高效、碳排放量少而被广泛应用。针对多种发电单元的CCHP系统容量配置问题,建立了综合考虑二氧化碳排放量、系统总成本的规划模型,并采用CPLEX优化软件求解。采用Energy Plus软件模拟计算某宾馆的全年逐时冷、热、电负荷,仿真分析4种不同CCHP系统的容量配置方案,以及不同权重系数对系统容量配置的影响。最后对系统容量配置关于天然气价格和电价的灵敏度进行分析。本研究内容为CCHP系统的规划提供了一定的理论支持。     

结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划

综合能源系统可实现各类能源的优化利用,有效解决环境污染与能源浪费等问题,具有良好的发展前景。文中重点研究基于冷热电联供(CCHP)系统和热网构建的多区域综合能源系统的规划问题。首先针对各区域CCHP系统之间的环状热网,建立了考虑节点流量平衡、热能—流量约束及热损平衡约束的热网模型。结合CCHP系统能量平衡约束和热网模型,建立了多区域CCHP系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。最后以天津市某综合区域为例进行仿真分析,结果表明多区域协同规划和运行能大幅提高燃气轮机利用率,降低燃气锅炉配置容量,最小化热能传输损耗,从而显著降低运行费用。     

冷热电联供系统能量流函数及运行策略

详细分析系统能量流特性,提出刻画冷热电联供(CCHP)系统在"以热定电"和"以电定热"2种运行策略下的能量流函数。为提升CCHP系统的经济环保效益,建立其经济环保调度优化模型,目标函数包含燃料成本、购电成本及考虑污染气体排放需缴纳惩罚费用的环境成本,能量流函数作为能量平衡等式约束。算例仿真结果表明,所提能量流函数及模型可实现CCHP系统的优化调度,从而降低生产成本,改善环境效益,提高能源利用水平。     

多源区域型分布式冷热电互联系统优化调度

为了提高区域分布式冷热电联供系统的能源利用效率,考虑冷/热环网和电力辐射网的耦合,构建了冷热电联供单元与液态天然气冷能梯阶利用的能源系统。计及负荷需求和可再生能源的不确定性,通过对互联系统的天然气输入量、用户购入和回馈电量进行决策,以天然气购买成本、购电成本、碳排放成本和交互功率不平衡结算成本之和最小化为目标,提出多源区域型分布式冷热电互联系统的协同优化模型。以IEEE-15节点系统为例,详细分析了独立系统和互联系统对配电调峰的影响以及不平衡价格系数对运行成本的影响,结果验证了分布式冷热电联供互联系统具有很好的经济和环境效益、调峰效果和运行可靠性。     

计及附加机会收益的冷热电联供型微电网动态调度

在分时电价及微电网并网运行条件下,为更好地调度储能和可调度型微电源并优化微电网购电及售电功率,建立了计及附加机会收益的冷热电联供(CCHP)型微电网动态调度模型。以一个包含风机、光伏电池、储能、燃料电池、CCHP系统的微电网为例,采用基于模拟退火的粒子群优化算法对调度模型进行动态寻优,从而求得调度周期内各微电源的最佳经济出力,同时比较了CCHP系统相对于分产系统的优势。算例分析验证了所述模型和算法的有效性,仿真结果表明:并网运行条件下,计及附加机会收益的CCHP型微电网调度模型能够在能源梯级利用和节能减排的基础上,优化网内各组成部分的出力从而降低微电网的运行成本。     

基于综合能源系统N-1静态安全评估的燃气轮机接入规划策略

气电综合能源系统的耦合日益紧密，相互影响也愈加强烈。天然气系统故障影响燃气机组燃料供应，影响电力系统稳定运行。燃气轮机在天然气系统中接入点的确定对于保障其燃料供应具有重要作用。对天然气系统的潮流计算进行建模，设立管道N-1静态安全分析预想事故集，以天然气系统运行成本最小化为目标，对开断前后的天然气系统潮流进行仿真。建立天然气管道支路N-1开断事故量化评估指标，评估关键支路和重要节点。通过对评估指标进行排序，确定天然气系统的关键管道支路和重要节点，提出燃气轮机接入规划策略，确定燃气轮机在天然气系统中的接入点。通过所建立的规划策略，可为电力系统中的燃气机组在天然气系统中可靠接入提供整套方案参考。     

含热泵和储能的冷热电联供型微网经济运行

冷热电联供型(combined cooling,heating and power,CCHP)微网能够实现多能源间优势互补和统一协调运行,是一种新型、高效的供能方式。为了分析热泵和储能装置的经济节能作用,在分时电价及微网并网运行的条件下,以调度周期内系统总运行成本最小为目标函数,建立了一个包含风机、光伏、燃料电池、CCHP系统、地源热泵及储能装置在内的微网运行优化模型,采用混合整数规划法对模型求解,并与常见的CCHP型微网优化调度模型对比分析。仿真算例表明:热泵和储能装置可以改变系统中冷、热、电的耦合关系,增强系统的灵活调节能力,具有显著的经济效益。     

考虑电转气设备和风电场协同扩建的气电互联综合能源系统规划

随着电转气技术的发展和燃气机组占比的日益提高,电力、天然气系统间的耦合程度逐渐加深。在此背景下,对气电互联综合能源系统扩建规划时,考虑投建发电机组、输电线路、天然气气井、输气管道、风电场、电转气设备,并探究电转气设备和风电场协同扩建对系统扩建方案、风电消纳和经济性的影响。在计及电力、天然气系统相关运行约束的前提下,建立以系统投资运行总成本之和最小为目标的气电互联综合能源系统长期协调规划扩建模型;通过分段线性法将该模型转化为混合整数规划模型进行求解;通过IEEE 24节点的电力系统和12节点的天然气系统组成的算例系统验证所提模型的有效性,结果表明合理的电转气设备和风电场协同投建可以减少输电线路阻塞和输电线路的过度投建,提高系统经济性和运行安全性。     

天然气网络和电源、电网联合规划的方法研究

为了促进各类能源综合利用、供需互动和高效运行,以电网为核心的新一代能源系统应运而生。不同于传统的电力系统,新一代能源系统中的电力网络和天然气网络通过燃气机组紧密地联系在一起,并相互影响。因此,为保证未来电力网络和天然气网络的安全运行,亟需开展电源、电力网络和天然气网络联合规划的研究。在考虑电力网络和天然气网络安全运行约束后,提出了以投资费用和运行费用最小为目标的天然气网络和电源、电网多阶段联合规划模型。该规划模型是一个复杂的大规模、高维数、非凸、非线性优化问题,很难求解。为了解决这一难题,该文提出采用增量分段线性化方法将原模型转化为一个大规模混合整数线性优化问题,从而可以采用成熟的数学优化方法得到给定误差精度要求的最优解。采用所提方法可以得到电源、输电线路和天然气管道的投建容量、投建位置和投运时间。算例系统验证了所提方法的正确性和有效性。     

冷热电联供系统能量流函数及运行策略

详细分析系统能量流特性,提出刻画冷热电联供（CCHP）系统在“以热定电”和“以电定热” 2种运行策略下的能量流函数。为提升CCHP系统的经济环保效益,建立其经济环保调度优化模型,目标函数包含燃料成本、购电成本及考虑污染气体排放需缴纳惩罚费用的环境成本,能量流函数作为能量平衡等式约束。算例仿真结果表明,所提能量流函数及模型可实现CCHP系统的优化调度,从而降低生产成本,改善环境效益,提高能源利用水平。