考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略

为减少电力行业发电过程中碳排放对环境的污染、提升风电消纳比例,文章提出了综合考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略。首先,在分析系统产生弃风原因的基础上,对引入电储能提升系统灵活性进而促进风电消纳的机理进行研究;其次,分析碳交易机制对电热联合系统的影响并建立碳交易成本模型;然后,构建以总成本最低为目标的优化调度模型,综合考虑火电、热电机组运行成本、风电运行维护成本及弃风惩罚费用、储能装置运行成本、碳交易成本及系统各单元约束;在保证系统安全可靠的基础上采用Yalmip/Gurobi对所建模型进行求解;最后,通过算例对比分析,验证了碳交易对电热联合系统能源结构的优化作用,以及在碳交易下,储能的参与对于进一步提升系统新能源利用率和经济环境效益的有效性。     

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。     

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。     

计及电热混合储能的多源微网自治优化运行模型

针对传统电池储能存在成本较高,频繁充放电易导致寿命降低的问题,建立基于电热、电氢、氢电及氢热能量转换方程的电热混合储能模型,并在此基础上提出一种微网自治运行策略。该文首先研究无电池储能的热电联合微网系统中加入电转氢(power to hydrogen,P2H)设备,形成了含电热氢综合能量的储能系统,建立一种以微燃机、电转氢设备和电锅炉为核心的电热混合储能(electro-thermal energy storage system,ETSS)模型。其次,以微网内多种能源综合运行成本最低和最大化消纳弃风为目标,建立电热混合储能系统多目标运行模型,进而提出微网多能源自治运行策略。最后以我国北方地区某多能源微网为例,建立基于电热混合储能的多源微网自治优化运行仿真模型。算例结果分析表明,与含传统电池储能热电联合型微网相比,采用电热混合储能的多源微网系统具有较好的灵活性和经济性,并能够提高风电的消纳能力。     

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。     

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

在“双碳”目标背景下,针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题,提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上,深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理,分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响,讨论了热电机组-储热联合系统运行机制,并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比,所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡,求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明,热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束,增加系统调峰容量,降低弃风量。     

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

在“双碳”目标背景下,针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题,提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上,深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理,分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响,讨论了热电机组-储热联合系统运行机制,并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比,所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡,求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明,热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束,增加系统调峰容量,降低弃风量。     

电锅炉实现风电消纳的综合能源系统最优经济调度北大核心CSCD

在东北地区的供暖季,采用电锅炉协调热网和电网,对减小弃风有重要意义。本文综合考虑常规机组发电功率、风机电功率、储热热功率、热电联产机组电热功率和电锅炉电热功率等多种约束条件,基于电锅炉阶段性的电热调节,以总运行成本和弃风成本最小为目标函数,建立含风电的电力系统电热最优经济调度模型。通过分析热电联产机组供热、热电联产机组+储热设备供热、热电联产机组+储热设备+电锅炉联合供热的热网平衡,分析含风电的以热定电、无电锅炉、有电锅炉三种不同场景经济调度问题,对比研究储热和电锅炉对弃风量和耗煤量的影响。最后,在6节点的热电系统算例中,采用CPLEX工具箱,验证方法的有效性,并提出最优热电联合运行方式。     

电锅炉实现风电消纳的综合能源系统最优经济调度

在东北地区的供暖季,采用电锅炉协调热网和电网,对减小弃风有重要意义。本文综合考虑常规机组发电功率、风机电功率、储热热功率、热电联产机组电热功率和电锅炉电热功率等多种约束条件,基于电锅炉阶段性的电热调节,以总运行成本和弃风成本最小为目标函数,建立含风电的电力系统电热最优经济调度模型。通过分析热电联产机组供热、热电联产机组+储热设备供热、热电联产机组+储热设备+电锅炉联合供热的热网平衡,分析含风电的以热定电、无电锅炉、有电锅炉三种不同场景经济调度问题,对比研究储热和电锅炉对弃风量和耗煤量的影响。最后,在6节点的热电系统算例中,采用CPLEX工具箱,验证方法的有效性,并提出最优热电联合运行方式。     

考虑风电消纳的电热联合系统源荷协调优化调度

能源互联网的范畴内,电热联合系统是消纳风电的一种有效手段,为此构建了包含储热、热电联产和需求响应资源的综合电热系统调度模型。提出了风电消纳日前日内两阶段调度方法:在日前调度阶段,机组、储热装置以及电价型需求响应配合消纳风电短期预测出力;在日内调度阶段,机组以及激励型需求响应配合消纳风电超短期预测出力。以系统发电运行成本最小为目标函数,综合考虑弃风惩罚费用和需求响应成本建立了电热联合系统调度模型,使用改进帝国竞争算法解决电热系统约束条件过多的问题,使得到的解更可行。算例分析表明,使用所提调度模型和方法能够有效提高电热联合系统风电消纳水平。     

考虑储热装置与碳捕集设备的风电消纳低碳经济调度

在电力系统低碳经济调度的背景下,针对"三北"地区供暖期热电机组因供热导致机组强迫出力过高,造成夜晚弃风严重的问题,提出了一种计及配置了储热装置的热电联产电厂及碳捕集电厂的电力系统优化调度模型,考虑热电机组的热电耦合相关约束、热、电平衡及机组爬坡等约束,兼顾系统的总发电煤耗成本最低以及CO_2排放最少两个目标,采用多目标细菌群体趋药性算法(MOBCC)对模型进行求解。对不同场景下系统的风电消纳情况以及系统的经济成本和碳排放进行了分析。算例结果验证了所提模型及求解方法的有效性和正确性。     

考虑风电消纳的电热混合储能系统优化定容方法

大规模风电并网影响了电力系统的安全稳定运行,导致电网出现弃风现象,限制了风电的发展。考虑电力系统与热力系统的协调运行,使用电热混合储能系统与电网进行电量交换可以有效提升风电消纳水平,文章提出了一种考虑风电消纳的电热混合储能系统优化定容方法。首先,基于历史风电数据对风电功率建模,获得满足并网要求的目标并网风电功率;随后,采用电储能、电锅炉和储热设备组成电热混合储能系统,建立考虑电热混合储能系统运行约束,以系统总成本最低为目标的优化定容模型,并求解出电热混合储能系统的经济优化定容结果;最后,使用某电热综合能源系统的实测数据进行仿真计算,算例结果验证了所提方法对电热混合储能系统优化定容的有效性,在提高系统风电消纳能力的情况下保证了系统整体的经济效益。     

考虑电锅炉辅助供热碳捕集机组的电热系统低碳调度

我国北方地区的热电联产机组(combined heat and power,CHP)装机容量较大,在供暖期受“以热定电”约束产生大量碳排放。在CHP机组中加入碳捕集设备(carbon capture and storage,CCS)能减少其碳排放,但加剧了CHP机组的电、热耦合,因此,该文引入电锅炉及储热装置,为CCS辅助供热,针对含电锅炉辅助供热的CHP-CCS机组的电热系统低碳调度开展研究。首先研究具有储热CHP-CCS机组的运行特性模型,然后建立考虑碳交易成本的含CHP-CCS机组的电热系统低碳调度模型,其中采用模糊机会约束描述风电及负荷的不确定性。最后以改进的IEEE 30节点系统和西北地区某实际系统为算例,分析不同热源容量及置信水平对电热系统运行经济性、碳排放及弃风的作用,给出了电热系统日优化调度方案。     

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。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型EI北大核心CSCD

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

含储热的电力系统电热综合调度模型

分析了热电机组配置储热前后运行特性与调峰能力的变化情况,讨论了利用储热消纳弃风的基本运行机理,建立了含储热的电力系统电热综合调度模型。与传统模型相比,新模型增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束、储热装置运行约束等,且模型目标扩展为供电和供热总煤耗最低。算例分析表明:所提模型是有效的;在热电厂中配置储热可有效提高电网的风电消纳水平,且消纳单位电量风电的节煤量要高于电锅炉消纳方案。     

计及机组组合与线路重构协同的电热联合系统消纳弃风研究

现有文献仅以线路传输功率限制或“热电耦合”约束为单一弃风原因研究电热联合系统的消纳弃风策略,因而仅适用于消纳单种原因产生的弃风。针对这一问题,同时考虑两种弃风原因,研究进一步提高风电消纳的调度策略,提出了一种计及电网线路重构的直流潮流改进算法。在此基础上构建了考虑优化机组组合与线路重构的电热联合系统源网协同调度模型。通过实例仿真,验证了该模型能够根据弃风量大小和弃风原因的不同,通过机组出力优化、机组组合和输电线路重构3种策略的合理选取或组合,同时消纳由两种原因引起的弃风。并且该模型能够在不新增投资的情况下,实现风电消纳最大化。     

含光热电站的热-电系统供暖期优化调度

为解决西北地区热电联产机组“以热定电”特性导致供暖期产生弃风的问题,提出一种含光热电站的热电联供系统优化调度策略。该模型将含储热的光热电站与电加热装置联合进行辅助供热,同时考虑能量损耗的影响,以系统综合成本最小、弃风率最低为目标,制订最优日前调度计划。模型对光热电站供热潜力进行深度开发,减弱了常规热电联产机组热电耦合程度,大大提高了风电消纳水平。最后利用西北某地区实际数据进行算例分析,验证模型有效性。结果表明,所提策略在促进风电消纳的同时降低系统综合成本。