考虑不确定性及电/热储能的综合能源系统两阶段规划-运行联合优化方法

随着高比例可再生能源接入综合能源系统,在系统规划及运行优化过程中充分考虑不确定性及电/热储能灵活性的问题至关重要。提出了一种考虑可再生能源及多能负载不确定性的综合能源系统两阶段规划-运行联合优化方法。充分挖掘电/热储能的灵活性与上述不确定性的关系,进行互补平衡并改善系统的可靠性与经济性。所提出的两阶段优化问题在第一阶段主要考虑综合能源系统及储能设备的规划问题,包含0-1变量;第二阶段考虑系统运行问题,包含不确定性参数及多种连续变量。通过仿真算例分析了多类型储能配置对综合能源系统规划问题的影响和不确定性参数的场景数量在两阶段随机优化问题中的影响,并对比分析了两阶段随机优化与两阶段鲁棒优化的优缺点。分析结果为综合能源系统灵活配置电/热储能设备、考虑不确定性参数问题提供建模求解的策略及建议。     

考虑不确定性的电-热-氢综合能源系统规划

在综合能源系统(IES)高速发展的背景下,提出考虑风光不确定性的电-热-氢综合能源系统多目标规划方法.首先,介绍了电-热-氢综合能源系统模型结构框架和关键设备运行策略,针对模型中现有电转气(P2G)技术和热电联产机组(CHP)运行策略的不足,提出将P2G生成的氢气优先供应燃料电池汽车,以及根据可再生能源出力大小切换CHP运行模式等改进措施;其次,针对可再生能源出力不确定性对系统规划的影响,基于场景法实现了不确定性场景描述,同时以经济成本最小、风光消纳率最大和供能不足最小为优化目标,提出考虑风光不确定性的多目标规划方法,达到应对不确定性因素影响以及兼顾经济性、高效性和可靠性的目的;最后,采用改进的混合多目标粒子群算法和模糊隶属度函数求解设备容量配置方案,结果验证了该文所提方法的有效性及合理性.     

计及风光不确定性的电-热-氢综合能源系统分布鲁棒优化

为了提高可再生能源消纳,促进综合能源系统发展,该文提出一种计及风光不确定性的电-热-氢综合能源系统（EHH-IES）分布鲁棒优化方法。给出EHH-IES结构和氢储能（HES）耦合模型;基于分布鲁棒条件风险价值（DRCVaR）方法,以系统收益最大、全生命周期碳排放量最小和不确定性风险成本最小为目标,建立EHH-IES优化问题的博弈模型;应用拉格朗日对偶原理,将模型转换成半定规划问题并求解。算例结果表明,该优化方法可使EHH-IES总收益提高1.4%,全生命周期碳排放量减少2.9%,显著降低风光不确定性造成的经济风险。     

考虑可再生能源不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法

由于可再生能源出力具有高度随机性和间歇性,其大规模并网会严重影响电力系统的安全稳定运行.为促进可再生能源消纳,可通过大力发展热-电耦合微能源系统解决此问题.为此,提出一种考虑风电不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法.以投资运行成本最小及系统峰谷波动最小为目标,构建热-电耦合微型综合能源系统多目标鲁棒规划模型...     

满足非水可再生能源发电量占比目标的“源-网-储”协调规划

“源-网-储”协调规划是提高非水可再生能源发电量占比的关键技术之一。计及非水可再生能源和负荷的时序特征,提出了基于时序生产模拟的“源-网-储”协调规划方法。在静态规划的基础上,考虑电源、网架和储能的动态运行特征,将非水可再生能源发电量占比作为约束条件以提高模型的适用性。采用多面体集合刻画非水可再生能源和负荷的不确定性,建立满足非水可再生能源发电量占比目标的两阶段鲁棒优化模型,并引入不确定性调节参数以降低决策方案的保守性。通过强对偶理论和大M法将难以直接求解的min-max-min问题转化为双层规划问题,并采用列和约束生成算法求解得到非水可再生能源和储能的多点布局方案以及线路扩展方案。以IEEE 118节点系统为算例,分析了非水可再生能源消纳目标及不确定性对规划方案的影响,结果验证了所提方法的有效性。     

考虑多重不确定性的综合能源系统日前优化调度

可再生能源出力和负荷的不确定性对综合能源系统优化调度提出了挑战。由可再生能源、大电网、热电联产机组、储电系统、储热系统和燃气锅炉等设备以及热、电负荷组合构成的综合能源系统经济调度模型,考虑到系统中可再生能源发电和负荷预测误差等多重不确定性特征,提出一种基于区间线性随机机会约束规划的优化调度策略。用概率分布函数描述系统中可再生能源发电预测的不确定性,用区间数描述负荷预测不确定性,由此构建了一个区间线性随机机会约束规划模型,利用Gurobi求解器对模型进行求解。通过一个热电综合系统将所提方法与单一的区间线性规划和随机机会约束规划模型进行了对比研究。结果表明,所提方法平均运行成本更低,对预测精度的依赖性更低,在保证系统安全运行的同时能提高综合能源系统运行的经济性。     

考虑风光不确定性的含储能CCHP微网市场环境下两阶段鲁棒优化运行策略

冷热电联产(combined cooling, heating and power,CCHP)微网系统能够实现能源的梯级利用,在提高能源利用效率的同时可以促进可再生能源消纳。文章综合考虑CCHP微网在电力市场环境下运行的特殊性和风光可再生能源出力的不确定性,建立两阶段鲁棒优化模型,提出了一种计及储电和储热综合储能系统的CCHP微网调度策略。算例结果表明考虑不确定性的鲁棒优化运行策略可以有效降低可再生能源出力偏差,提高CCHP微网运行成本的风险,并且可再生能源的预测与实际出力偏差越大,效果越明显。     

计及不确定性的综合能源系统容量规划方法

计及分布式可再生能源不确定性因素的综合能源系统(Integrated Energy System,IES)规划更加接近实际情况,也是实现多能协调和IES优化运行的基础。考虑光伏发电出力的间歇性和波动性,提出了一种计及不确定性的含冷、热、电、气多能流的综合能源系统容量规划模型及其求解方法。首先,为了精确地模拟光伏发电的不确定性,利用场景法描述其不确定性并运用基于Wasserstein概率距离的场景削减0-1规划模型对大量不确定性场景进行削减。在此基础上,建立以投资运行成本之和最小为目标函数的IES容量规划模型。其次,由于场景分析法难以直接得到最优规划方案,采用基于场景分析法的两阶段规划策略对此模型进行求解得到含整数变量的多能源容量规划方案。基于算例的仿真结果表明:所提出方法能够经济且可靠地满足整个规划周期内系统各节点、各类型负荷需求。     

考虑天然气混氢的园区综合能源系统电制氢优化配置

电制氢和天然气混氢技术在促进可再生能源消纳、降低系统碳排放量方面具有良好的理论研究和工程应用前景。面向含高比例可再生能源的园区综合能源系统,提出一种计及天然气混氢及跨季节存储的电制氢优化配置方法。首先梳理了含氢园区综合能源系统的运行框架和能量流动关系,建立园区内部能源生产、转换与存储设备的数学模型,其次以设备的年化投资成本、园区综合能源系统的年度运行成本和碳交易成本最优为目标,提出电制氢优化配置模型。最后通过算例分析表明电制氢及天然气混氢技术的引入可提升可再生能源的消纳能力,降低系统的整体经济成本和碳排放量,并分析了电解槽投资成本、混氢体积分数上限以及经济性和低碳性成本权重系数变化对规划运行结果的影响。关键词：园区综合能源系统;电制氢;天然气混氢;碳交易;跨季节储氢;优化配置 中图分类号：TM732     

考虑热惯性的热电联产系统两阶段优化调度方法

热电联产(CHP)系统具有环保、经济、运行方式灵活的突出优势,有较好的发展前景。文中基于电、热在传输和存储方式上的不同特性,提出一种考虑热惯性的CHP系统两阶段优化调度方法。第一阶段考虑供热网络结构和运行特性,建立基于模型预测控制(MPC)的CHP系统优化调度模型,优化日内可控设备出力及电网交互功率策略;第二阶段以CHP系统内各单元出力调整量最小为目标,综合考虑可再生能源及负荷的实时预测误差,动态调整第一阶段日内调度策略。算例表明,该两阶段优化调度模型可提高系统运行的经济性,弥补供需不平衡;结合系统热惯性,建筑物根据负荷需求和分时电价进行蓄热或放热可降低可再生能源及负荷不确定性对调度的影响,平抑功率波动,促进热电互补。     

面向平稳氢气需求的综合制氢系统鲁棒优化配置方法

为解决可再生能源高不确定性与平稳氢气需求间的冲突,提出一种耦合光伏电解水、生物质气化、天然气重整技术的综合制氢系统鲁棒优化配置方法。该方法同时考虑了光伏出力和生物质含水量不确定性,并利用不同制氢技术间物质和能量双重耦合提高系统运行能效。所提两阶段鲁棒优化模型在第一阶段确定各种制氢装置和储电、储氧、储气装置投资决策,第二阶段确定满足运行约束的综合制氢系统优化调度方案,并得到最差场景。针对鲁棒优化模型特点,采用适用于内层含整数变量的嵌套列和约束生成算法求解所提模型。通过算例验证了所提配置方法可以在保证平稳、绿色氢气的同时显著提升经济效益,具有较好鲁棒性,为综合制氢系统的元件选择和规划提供理论参考。     

计及最恶劣场景概率和供需灵活性的综合能源系统分布鲁棒低碳优化调度

随着可再生能源渗透率的提升,其不确定性给综合能源系统(integrated energy system, IES)的经济性和鲁棒性带来了极大挑战。为了促进可再生能源消纳以及降低碳排放量,提出了一种基于数据驱动的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization, DRO)调度策略。首先,构建了由有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)、氢燃料电池和电动汽车等构成的供需灵活响应模型,并引入阶梯碳交易机制来约束系统碳排放量。其次,为了能获取最恶劣情况下的场景概率分布,采用综合范数对风电输出场景的概率分布置信集合进行约束。然后,以在最恶劣场景概率分布下综合能源系统运行总成本最低为目标建立两阶段鲁棒优化模型,并通过列和约束生成(column and constraint generation, CCG)算法对模型进行迭代求解。最后,算例仿真结果表明了所提模型和求解方法的有效性,并分析了阶梯碳交易机制和供需灵活响应模型对提高系统灵活性和低碳经济性的影响。     

考虑越限风险的主动配电网中DG、SOP与ESS的两阶段协调规划

双碳和新型配电系统构建目标下优化多种灵活型资源位置与容量是实现该目标的重要技术路线。为此,兼顾规划运行的经济性和安全性,提出一种考虑越限风险的主动配电网中可再生分布式电源(distributed genevation,DG)、智能软开关(soft open point, SOP)、储能(energy storage, ESS)的两阶段协调规划方法。阶段1以综合成本与越限风险最小为目标优化DG、SOP与ESS的位置和容量。阶段2属于联合SOP、网络重构、有载调压变压器、电容器组、需求响应和储能多种调节手段的多目标运行优化。同时,以基于灰靶决策技术的LDBAS算法和二阶锥优化的混合方法为规划优化的求解工具。在IEEE 33节点配电系统上仿真,测试结果证明了所提两阶段协调规划模型能够有效地提高系统运行效率、增强灵活性、降低运行安全风险及经济成本。     

计及高阶方程分段线性化的港口电-氢综合能源系统优化调度

现有电-氢综合能源系统模型存在制氢、储氢装置模型不准确的问题，影响了系统运行调度的安全性。考虑储氢装置内氢气在高压状态下温度-压强的动态特性，建立港口电-氢综合能源系统优化调度模型。通过电解水制氢技术储存风光发电多余的电能，在此基础上协调电力和氢气的负荷需求，有效地提高了新能源利用率并保证了系统的安全稳定运行。对高压储气罐的温度-压强高阶非线性模型进行分段线性化处理，在保障较高精度的同时大幅提高了求解效率。典型港口综合能源系统算例验证了所提方法的有效性。     

考虑供需双侧响应和碳交易的氢能综合能源系统鲁棒调度

双碳”背景下,为促进可再生能源消纳,约束园区碳排放和应对可再生能源的随机性,构建了含可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell, RSOC)的园区氢能综合能源系统,并提出考虑供需双侧响应、阶梯碳交易机制和可再生能源出力不确定的鲁棒调度模型。首先,采用RSOC和储氢罐消纳可再生能源富余出力。其次,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电和综合需求响应构成供需双侧响应优化热电运行。然后,通过鲁棒优化理论处理可再生能源的不确定性。接着以系统购能成本、碳交易成本、弃风光惩罚成本和需求响应成本之和最小为目标构建鲁棒调度模型,并采用CPLEX求解。最后通过算例仿真结果验证了模型的有效性。     

基于VaR理论的综合能源零售市场最优策略

随着综合能源系统推广,多能源供给传输使用耦合程度加深,用户用能形式逐渐多样化,能源市场改革形成的零售市场内涵不断丰富.传统单一能源独立供给定价的零售市场不能有效引导用户用能、提高系统经济性,综合能源系统零售市场的定价策略亟待研究.计及用户多能负荷、现货价格的随机性和用户需求响应提出基于风险价值(value at ris...     

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接入容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

含氢能气网掺混运输的综合能源系统优化研究

随着能源结构的不断调整,各能源子系统集成耦合的综合能源系统成为重要的发展方向。电转气（P2G）技术的发展缓解了可再生能源发电波动性大、弃风弃光严重的现象,加强了电网和天然气管网的耦合性,因此电-气综合能源系统的协同优化十分必要。在保证安全的前提下,将制得的氢气掺混进入天然气管网进行远距离运输,使天然气管网成为可再生能源的搬运工,充分缓解能源时空供需矛盾,提高了能源利用率,提升系统经济性。本文建立了掺氢电-气综合能源系统的数学模型,并以经济性为目标对系统协同运行优化问题进行求解。算例针对华中地区某电-气综合能源系统分析了不同掺氢比情况下系统的优化结果,并与不同储氢容量的本地储氢系统进行了对比,结果表明气网掺氢和本地储氢均能提高系统的经济性,且气网掺氢收益优于本地储氢,但掺氢导致电网侧的成本和气网侧的收益同时上升,实际运行中需综合考虑气价定价策略与系统的气网结构选择最大掺氢比,从而使系统达到经济性最优。     

计及氢能多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统优化运行

为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点，提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性，建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型，并考虑氢能利用过程中产生的余热，在氢能多元利用模型中引入热回收装置，提出氢能精细化多元利用结构；为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量，分别建立碳交易机制和绿证交易机制，并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制；兼顾综合能源系统的经济性和环保性，建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明，所提模型能够提高新能源消纳能力，显著降低碳排放量，实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。