考虑综合能源聚合商与配电公司利益均衡的配电网故障恢复方法

综合能源系统（IES）可以通过内部调度调节向电网购/售电功率,大量IES接入对配电网故障恢复的支援能力随之增强。针对当前配电网故障恢复未充分考虑IES主体利益需求的问题,提出了一种均衡综合能源聚合商与配电公司利益的配电网故障恢复方法。建立了配电网故障功率缺额计算与分配模型,实现了综合能源聚合商内部配电网功率缺额在各个IES之间的最优分配;考虑负荷损失量、网络损耗以及对综合能源聚合商的补偿费用,提出了综合能源聚合商与配电公司不同利益主体的博弈策略。算例仿真结果表明所提方法在满足综合能源聚合商利益的前提下能实现配电网故障最优恢复,同时表明电网与综合能源聚合商之间的电价补偿机制、IES接入规模对配电网故障恢复效果影响显著。     

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统（CPS）仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。     

考虑故障处理全过程的配电网信息物理系统可靠性评估

提出一种考虑故障处理全过程的配电网信息物理系统可靠性评估方法。建立表征信息系统支撑作用的网络连通性模型和信息传输时延模型,在此基础上研究故障定位、隔离和供电恢复各阶段的可靠性模型,并进行故障后果分析。利用事件树分析故障处理的时序过程,定量描述信息系统失效对物理系统故障处理结果的影响。利用序贯蒙特卡洛方法模拟信息物理系统的时序状态序列和故障处理的动态过程,并计算系统可靠性指标。最后,针对影响信息系统功能的2个主要因素:信息元件自检率和信息传输时延,进行灵敏度分析。算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度

在能源互联网迅速发展的背景下,综合能源系统多能耦合互补特性为需求侧参与系统调度提供了更大的优化空间,如何建立切实有效的多能源、多类型需求响应模型对提升系统运行性能具有重要意义。为此,建立了考虑激励型、替代型和基于实时定价机制的价格型多能源、多类型需求响应精细化模型,在此基础上,以电、气、热、冷多能耦合园区系统为研究对象,考虑系统运行、需求响应、用户用能满意度等约束条件,提出了考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度策略。算例分析结果表明所提优化策略能够充分挖掘需求侧资源的调节潜力,在促进能源供需平衡的同时实现了系统多能协同互补与经济运行。     

考虑碳捕集与综合需求响应互补的综合能源系统优化调度

能源产业是当前碳排放的主要来源,实现“双碳”目标亟需能源产业提高碳减排力度。基于此背景,提出一种阶梯型碳交易机制下源荷低碳互补的综合能源系统优化调度方法。分析源侧碳捕集与负荷侧综合需求响应的低碳互补机理;引入阶梯型碳交易机制,以综合能源系统运行总成本最小为目标建立源荷低碳互补的优化调度模型;求解模型时,为应对风力发电的不确定性,采用序列运算理论将风电的概率分布离散化,将机会约束转化为确定性约束。通过算例分析验证了所提调度模型在不同碳交易机制下都能优化电热负荷曲线,提高风电消纳水平和减少碳排放量,并且该模型在阶梯型碳交易机制下具有更好的低碳经济性。     

考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气（P2G）工业园区运行能效,文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先,构建含P2G综合能源系统架构。其次,针对系统风电消纳问题,提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后,针对系统能效较低的问题,挖掘系统能量耦合及梯级利用关系,建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型,结合氢能实际使用需求,实现氢能高品位使用。最后,计及风电出力预测误差,以系统运行成本最小为目标,采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标,构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。     

考虑碳排放流及需求响应的综合能源系统双层优化调度

针对综合能源系统低碳经济调度问题,将碳排放流理论和需求响应引入到综合能源系统优化调度中。首先,在电-气综合能源系统框架下,利用碳排放流模型,计算出各负荷的碳排放量。其次,将Shapley值法引入到综合能源系统碳交易模型中,并且建立价格型需求响应模型,分析其减排激励作用。最后建立综合能源系统双层调度模型,上层为电网和气网系统,下层为能量枢纽系统,以运行成本最小为目标函数进行低碳经济调度。通过算例验证,该碳交易模型可降低7.06%的碳排放量,结合需求响应,可降低4.37%的系统运行成本。该模型具有提高能源利用率、降低运行成本和减少碳排放的作用,可实现低碳经济运行。     

考虑氢能交通运输时空特性的电-氢综合能源系统协同优化方法

电-氢综合能源系统(EH-IES)在新时代背景下有巨大潜力,受限于现有输氢管道长度,EHIES可视为由多个氢能子系统(HES)和电力网络耦合而成。若要充分利用EH-IES运行灵活性,可在考虑EH-IES协同优化的同时,利用氢储能的可移动性实现氢能在多个HES之间的最优调度。为此,提出了一种“就地制氢-交互运氢”的运行模式。以EH-IES为研究对象、总运行成本最小为目标函数,考虑氢气长管拖车(HT)运输所需时间与HES交互运行,建立了包含可再生能源、电制氢储氢站(PHSS)、HT、电氢负荷的综合能源系统联合优化模型。通过9辆HT、3座PHSS接入IEEE 30节点系统的算例对比分析了各HES交互对系统优化的影响,结果表明：所建立的优化模型能够减少总运行成本,提升风电消纳水平,提高电力系统运行灵活性,验证了所提模式的有效性与可行性。     

考虑设备变工况特性和灵活性供需匹配的园区综合能源系统优化配置模型

在综合能源系统中,建立合理有效的优化配置模型是实现系统经济运行和多能源供需平衡的关键。针对园区综合能源系统,提出一种考虑设备变工况特性和系统灵活性供需匹配的优化配置模型。考虑系统中设备能效的不确定性,建立其受多因素影响的变工况特性模型;为提升系统应对可再生能源输入及负荷需求不确定性的能力,提出灵活性供需匹配指标;以系统配置成本最优为目标、灵活性供需匹配指标为约束,建立园区综合能源系统优化配置模型。最后,以北方某园区为例进行仿真分析,结果表明在系统优化配置中考虑设备的变工况特性和灵活性供需匹配程度,可进一步提高系统配置的科学性和合理性。     

考虑灵活爬坡产品的能源枢纽低碳经济调度

在碳达峰、碳中和与能源互联网背景下,能源枢纽成为碳减排的重要环节。随着能源枢纽中可再生能源渗透率不断提高,对能源枢纽爬坡能力提出了挑战。对此,提出了考虑灵活爬坡产品（FRP）的能源枢纽调度模型;将碳交易机制引入调度模型中,基于碳排放权配额与碳交易价格建立考虑FRP的能源枢纽低碳经济调度模型。针对低碳经济调度模型中碳排量不确定性问题,采用信息间隙决策理论（IGDT）来模拟碳排量不确定性,建立考虑FRP的能源枢纽IGDT低碳经济调度模型。最后,通过IEEE 34节点系统的算例分析,验证了所提模型的有效性,同时研究了碳交易价格、FRP价格、预期部署概率、模型规避系数对调度结果的影响。     

计及云边协同的园区综合能源系统双层能量优化

深入挖掘园区综合能源系统内部多能耦合利用以及综合需求响应潜力,对系统内灵活性资源进行储能化建模,并将虚拟储能资源按照参与优化调度的时间尺度进行划分,提出了日前、日内2个阶段的园区综合能源系统优化调度方法,在日前阶段建立了热电协同优化模型,在日内阶段基于日前调度结果建立了电功率快速调整模型。进一步地,为充分发挥综合能源系统中各园区资源的时空互补优势,从多时间尺度、多主体角度提出适用于实时阶段的计及云边协同的综合能源系统双层能量优化方法。基于各园区可再生能源发电和电负荷的最新预测结果,在能量管理云平台建立了满足系统整体运行经济性目标的实时能量优化模型,在边缘控制器利用模型预测控制方法建立了以日内优化结果为参考值的精细化调控模型,并采用交替方向乘子法求解,以实现园区自身利益与综合能源系统总体效益的均衡。仿真结果表明,通过园区间联络线的传输功率协调以及电储能、动态可控负荷的辅助调用,可有效平抑可再生能源出力和电负荷需求的实时波动,提高系统整体运行调控的鲁棒性与有效性。     

多区互联综合能源系统分散协调低碳经济调度

为研究多区域综合能源系统互联对碳排放量的影响,首先构建了通过柔性直流互联的相临区域综合能源系统分解策略,然后计及电转气(power to gas,P2G)过程中的碳消耗,并引入阶梯式碳交易机制,基于目标级联法建立了以燃料成本、碳交易成本、联络线费用、弃风惩罚之和最小为目标函数的多区互联综合能源系统分散协调调度模型,最后通过算例仿真分析了区域互联、碳交易参数、区域特性、P2G容量对系统碳排放量的影响。研究表明,多区域互联有利于提高能源利用率、降低碳排放量,合理选择碳交易参数、配置电转气设备以及选择与热电机组占比较低、负荷特性相差较大的区域互联能够更加有效地控制系统碳排放量,促进系统的风电消纳。     

信息物理视角下能源互联网可靠性评估方法综述

能源互联网是能源高效清洁利用的发展趋势,可靠性是其实现高品质供能的基础。信息和能源的深度融合在为传统能源系统赋能的同时也引入了多元风险,使能源互联网可靠性问题更加突出。以一次系统为主的可靠性分析手段难以适用,而针对能源互联网可靠性的理论与方法尚处于起步阶段。对能源互联网可靠性的理论和方法进行综述,并提出信息物理视角下能源互联网可靠性评估的研究思路和关键问题。     

计及实时需求响应的综合能源信息物理系统可靠性分析

信息通信技术的飞速发展促使能源网络和信息网络耦合程度不断加深,为实时需求响应的实施提供了有效的技术支撑。为充分考察信息网络和需求响应技术对综合能源系统可靠性的影响,提出一种计及实时需求响应的能源-信息耦合系统可靠性评估方法。首先,构建综合能源信息物理系统框架并分析其实时需求响应机理;其次,建立信息传输可靠性模型,并采用混合蒙特卡洛法抽样元件状态、生成多时段故障场景;再次,将元件状态变量纳入能量平衡约束,以购能成本、负荷削减成本和需求响应成本最低为目标,建立最优负荷削减模型;然后,提出能源信息物理系统可靠性评估指标及评估流程;最后,通过算例分析了实时需求响应、物理域元件以及信息域元件对可靠性的影响,同时量化分析了物理元件和信息元件在系统中的重要程度。算例结果表明,不同元件对能源信息物理系统可靠性的影响不同,实时需求响应能够有效提升其运行经济性和可靠性;文章所述方法能够有效识别能源信息物理系统物理域和信息域薄弱环节,为其经济运行和强化建设提供参考。     

城镇能源互联网示范应用综述：现状、经验及展望

中国在城镇化进程中城镇能源系统存在着综合能效偏低、清洁能源占比不足、碳减排压力大等共性问题,建立城镇能源互联网示范样板工程,对推动中国城镇化建设具有重要意义。中国的城镇能源系统不同于其他国家,其示范工程的建设与示范也应有其特殊性。为此,文中首先综述了国内外在城镇能源互联网示范工程建设与示范方面的探索与实践,着重介绍江苏扬中和天津北辰两个中国南北典型特色城镇在新型城镇能源互联网示范工程方面做出的探索。在此基础上,进一步提炼出中国城镇能源互联网示范工程实践的普遍性问题,并结合中国新型电力系统建设的现状与挑战,对中国未来推动城镇能源互联网建设提出了相关建议。     

考虑扩展碳排放流和碳交易议价模型的园区综合能源优化调度

文中建立了一种基于供需双侧双重博弈的园区综合能源优化调度模型。首先,引入储能“荷碳率”的概念和调度周期内碳排放守恒原则,建立了扩展的碳排放流模型。基于该模型,在园区内部实施以碳为主导的定价机制,并建立园区和用户的上下双层博弈模型。而在多个园区之间则采用纳什议价模型来模拟各主体参与碳交易市场的博弈行为,从而形成双重博弈机制。采用数据驱动的两阶段鲁棒优化结合自适应交替方向乘子法进行求解,获得最优碳配额交易量和交易价格。最后,算例仿真结果表明所提扩展碳排放流模型的正确性和碳排放流定价机制在降低碳排放方面的作用。同时,也分析了碳交易市场和碳捕集对不同资源禀赋主体的作用以及文中采用算法的有效性。     

面向综合能源系统的(火用)流计算模型

综合能源系统(火用)流机理与分析方法的提出为能源品质分析提供了新思路。针对不同应用场景,如何系统性地求解(火用)流分布成为亟须解决的问题。基于网络化(火用)流机理,建立了两种适应于不同场景的综合能源系统(火用)流计算模型：一是建立关联矩阵,在已知非平衡节点功率的条件下,基于多能潮流提出间接计算方法;二是基于三相电力潮流、(火用)流与气压关系、(火用)流与水流-温度关系,建立电力、天然气、热力系统(火用)流计算模型以及能源站(火用)集线器模型,在已知非平衡节点(火用)的条件下,提出直接计算方法。最后,通过算例系统验证了两种计算模型的合理性与优越性,分析了算例系统的能源品质特征。     

不确定性环境下基于合作博弈的综合能源系统分布式优化

对于含有多个园区级主体的多园区综合能源系统,其优化运行过程中面临着多主体利益分配冲突、信息隐私保护以及风光出力随机波动等挑战性问题。对此,在考虑风光不确定性影响下,提出一种基于合作博弈的多园区综合能源系统分布式优化方法。首先,基于博弈论建立多园区系统合作博弈模型,并根据Shapley值进行利益分配;其次,采用交替方向乘子法解耦不同园区级系统,通过交互迭代实现分布式求解,解决多主体参与下的信息隐私保护问题;再次,结合场景法与条件风险价值理论量化表达风光出力的随机波动特性,建立不确定性环境下的系统优化模型并求解;最后,通过算例仿真验证了所提模型在提升整体经济效益、确保各主体信息安全性以及适应不确定性环境方面的有效性。     

基于叠加原理的综合能源系统动态潮流追踪及碳熵分析

用户侧碳排放指标的精确计算是引导用户低碳用能的关键。目前,综合能源系统的碳轨迹追踪方法仅停留在稳态,无法精准计算负荷变化大且动态过程长的气、热系统的碳排放指标。为此,基于叠加原理对动态气、热系统进行了潮流追踪与碳熵分析。首先,建立了基于气、热系统叠加特性的动态潮流模型,计及气网管存与热网传热时延,对系统进行动态潮流追踪,明确了系统内的源-荷潮流关系。然后,基于碳熵理论提出了气、热系统的动态碳熵分析方法,进一步明确了源-荷碳排放关系,形成了用户侧精细化碳指标。最后,以中国吉林省某地区综合能源系统为例进行动态潮流分析和碳熵分析,验证了模型的有效性,并与稳态碳轨迹追踪方法对比,验证了动态碳轨迹追踪的必要性。     

氢能驱动下钢铁园区能源系统优化配置

加快实施电能替代是实现“碳达峰·碳中和”目标的重要举措,但有相当一部分碳排放无法通过直接电能替代来消除,这其中就包括以钢铁为代表的工业领域的碳排放。新能源和氢能的大力发展,尤其是二者之间的耦合加深为减少工业领域碳排放提供了契机。文中重点分析了钢铁园区能源系统特点,通过引入新能源发电、电解水制氢以及氢能重卡等元素,优化了传统钢铁园区能源系统。基于耦合环节建模,构建了以钢铁园区收益净现值最大为目标函数、以各组分转换关系和连接特性为约束条件的规划模型。分析了电力市场、碳市场与去产能政策以及设备价格对系统规划配置的影响,通过刻画系统投资风险进一步解释了规划方案呈现的“偏好”特性。最后,从系统建设、系统调控和项目推广3个方面阐述了需要注意的关键问题。