考虑碳交易机制与需求响应的园区综合能源系统电热协同运行优化研究

综合能源系统是未来能源系统发展的重要形态之一,在冷、热、电、气多种能源融入系统的情况下,保证系统经济高效运行是综合能源系统发展的关键因素。针对综合能源系统经济运行问题,提出了考虑碳交易机制与需求响应的园区综合能源系统电热协同运行优化方法。考虑园区综合能源系统的阶梯碳交易机制,构建以系统运行成本最小和能效水平最高为目标的双目标运行优化模型,并提出了基于改进差分进化算法的运行优化模型求解方法。对一个典型园区综合能源系统进行仿真,分析参与需求响应前后的系统经济运行工况和能效水平。仿真分析结果表明,建立的运行优化模型可以实现园区综合能源系统在需求响应环境下的最优运行,电网需求响应机制可以有效引导园区综合能源系统提升系统能效、提高关键设备利用率及降低运行成本。     

考虑冷热电需求耦合响应特性的园区综合能源系统优化运行策略研究

近年来,为了促进可再生能源消纳、提高能源利用效率,园区综合能源系统得到大力推广及应用,建立精细化的综合需求响应模型是实现园区综合能源系统供需双侧协调优化运行的关键。该文首先构建了能源供需双侧同时存在耦合的园区综合能源系统运行架构,然后基于电力负荷价格弹性响应模型推导建立了考虑冷热电需求耦合响应特性的精细化综合需求响应模型。在此基础上,以综合能源系统运行成本最小为目标,建立了园区综合能源系统优化运行模型,该模型通过优化能源需求侧的售能价格和能源供给侧的设备运行参数等,实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后基于一个典型综合能源系统对所建综合需求响应模型和园区综合能源系统优化运行模型进行仿真计算,计算结果表明,所提考虑冷热电需求耦合响应特性的综合需求响应模型可以准确描述多种用户参与需求响应的耦合响应过程,所提园区综合能源系统优化运行模型实现综合能源系统经济性的提升,促进可再生能源的消纳。     

基于改进遗传算法的园区综合能源系统规划研究

通过能源综合化建设来实现终端能源的高效化,成为当前支撑碳中和碳达峰的重要途径之一。针对园区能源系统能效提升、规划配置等问题,提出了园区综合能源系统经济-能效多目标优化规划模型。分析园区综合能源系统的基本结构,以年总成本、综合能效为优化目标,并考虑能源规划投资和能源运行安全的各类约束,建立了园区综合能源系统多目标优化规划模型;然后,基于NSGA-II算法和融合模拟退火算法的特点,融合模拟退火算法的搜索机制改进NSGA-II的求解性能;最后,以我国某园区为例验证模型和算法的有效性。     

计及阶梯式碳交易机制的低碳型园区经济运行调度策略

随着碳中和战略目标的提出,园区综合能源系统成为节能减排的重要载体。通过建立碳交易成本模型,将碳交易成本与园区系统运行成本结合作为园区综合能源系统经济优化调度目标,实现园区系统运行的低碳性和经济性。首先,构建碳交易成本模型,并简要分析传统碳交易机制和阶梯式碳交易机制的区别;然后,建立包含风电机组、燃气轮机、电转气设备及电锅炉的园区综合能源系统经济运行模型,以外购能源成本及碳交易成本之和作为园区系统综合运行成本进行调度分析;最后,通过设置3种不同碳交易机制场景,利用改进的PSO算法对此模型进行仿真,对比分析不同碳交易机制下的碳交易成本和系统综合运行成本,并在阶梯式碳交易机制中,分析不同碳交易价格对园区综合成本和碳交易成本的影响,从而验证了阶梯式碳交易机制有利于实现园区综合能源系统运行的经济性和低碳性。     

基于多元能量供需–成本映射分析的园区综合能源系统协同优化运行方法EI北大核心CSCD

园区综合能源系统能够充分发挥多类异质能源互补互济的综合优势,通过协调各类能源设备为用户提供可靠、优质、经济的能量供应。针对园区综合能源系统优化运行模型精度与求解效率之间的矛盾,提出一种基于多元能量供需-成本映射分析的园区综合能源系统协同优化运行方法。首先,建立了考虑多类型能量转换设备变工况运行特性的园区综合能源系统一体化模型;然后,分析了各类型能源设备的净成本-出力特性,进而构建了面向园区多元用能需求的综合成本-能耗曲线,并给出其通用模式;在此基础上,提出一种基于多元能量供需-成本映射分析的协同优化运行方法;最后,以某园区综合能源系统为例进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法可以显著提高优化运行方案准确性,且能够保证较短的优化计算时间。     

多园区综合能源系统分区自治式能量合作社区及联合优化调度

多园区综合能源系统具有能源互济互联、协调合作运行、利益主体多元的重要特征,这对各园区间能量交互与协同管理提出了自主自治、隐私安全等要求。为此就多园区综合能源系统能量交易模式及物理实现架构,提出一种分区自治式能量合作社区及优化调度模式。首先针对能量交易模式,引入能源供需比和讨价还价博弈模型,构建合作社区内部交易及其定价机制,模拟能源供需形势及利益分配对社区内部交易的影响,有效激励园区参与合作;其次针对物理实现架构,构建各园区内综合能源系统模型及园区间输送管网模型,建立多园区系统的联合优化调度模型,应用交替方向乘子法分布式求解架构提出了上、下分层的解算方法,实现合作社区能源交互交易,保证园区交易自主、运行自治、信息隐私;最后算例验证了该合作社区与调度模式能够充分挖掘园区互济效益,实现共享收益公平分配,促进园区可持续合作共赢,提升能源利用效率。     

可再生能源配额制下多园区综合能源系统优化调度

为提高综合能源系统可再生能源消纳能力和满足电力行业节能减排的要求,提出了一种基于可再生能源配额制的多园区综合能源系统优化调度模型.建立了考虑热网的多园区综合能源系统模型;将可再生能源配额制引入模型中,提出了综合考虑绿色证书交易机制和热网的综合能源系统调度模型;分析了不同算例下的系统经济性和可再生能源消纳情况.结果表明,...     

基于源荷双侧主从博弈的园区综合能源系统运行优化策略

园区综合能源系统优化运行需兼顾不同主体利益,但传统集中式优化方法难以描述各主体之间的交易互动。本文提出了一种基于源荷双侧主从博弈的园区综合能源系统运行优化策略。首先,构建了以能源供应商(源侧)、园区服务商和园区用户(荷侧)为主体的园区综合能源系统整体框架;其次,建立了3个主体的详细模型;然后,利用Stackelberg博弈方法分析源、荷两侧的能源供应商、园区服务商与园区用户之间的交易互动,并以能源供应商、园区服务商各自收益最大和园区用户综合成本最小为目标,求解源、荷双侧博弈的纳什均衡点;最后,通过算例仿真,验证了所提方法能够有效提高系统中各主体的经济收益。     

考虑绿色氢能证书和水电制氢的综合能源系统优化运行

利用清洁能源发电富余电力电解水制氢,绿色氢能实现了生产源头的二氧化碳零排放,在全球能源转型中扮演着重要角色。针对绿色氢能证书市场机制不健全等问题,该文提出一种考虑绿色氢能证书组合双向拍卖和水电制氢的综合能源系统优化运行方法。首先,为解决园区内绿色氢能证书价格和数量匹配不均衡的问题,提出绿色氢能证书组合双向拍卖(combinatorial double auction,CDA)交易机制竞价模型;其次,建立含水电制氢的综合能源系统优化模型,并将绿色氢能证书组合双向拍卖机制引入其中;最后,以某省含水电制氢的综合能源系统为例进行仿真分析,结果表明所提模型不仅能有效提高综合能源系统(integrated energy system,IES)的运行经济性,也能提升可再生能源的消纳量。     

碳-绿色证书交易机制下考虑回收P2G余热和需求响应的PIES优化调度

为进一步促进园区级综合能源系统(park integrated energy system, PIES)的可再生能源消纳和碳减排,优化园区级综合能源系统的运行总成本,提出一种碳-绿色证书交易机制下考虑回收电转气(power to gas, P2G)余热和需求响应的园区级综合能源系统优化调度模型。首先,考虑阶梯式碳交易机制和绿色证书交易制度,以促进可再生能源的消纳和碳减排。其次,引入回收余热的电转气设备,优化电-热-气耦合关系来提高系统消纳可再生能源和碳减排水平。然后,建立含可削减、转移、替代负荷的需求侧响应模型,指导用户的用能方式由高能耗、高污染向低碳、可持续转变。最后,以购能成本、弃风惩罚成本、需求响应补偿成本、阶梯式碳交易成本、绿色证书交易收益之和最小为目标,构建PIES优化调度模型。算例结果表明,该模型可以有效促进可再生能源消纳和碳减排并降低系统运行成本。     

园区级综合能源系统优化模型功能综述及展望

物理-数学模型是研究园区级综合能源系统生成与运行机制的基础工具。当前,园区级综合能源系统优化模型集中涌现,结合工程规划设计和系统运行核心需求对已有模型进行检视,有助于促进园区级综合能源系统模型体系的完善。基于园区供用能设施建设、运营核心需求差异的分析,指出宜根据工程项目所处的具体阶段确定相适应的建模粒度和精度,通过相互衔接的多模型体系而非一个大而全的模型满足工程需求。结合解析模型和数值优化模型的特征,归纳了2类模型在不同阶段应用的优缺点。基于园区级综合能源系统运行优化需要,探讨了运行优化中高鲁棒性调控模式的必要性,对优化调控模型的构建进行了展望。     

基于综合优化目标的低碳园区能源系统规划配置

低碳园区复合式能源系统合理的规划与配置对提升系统能效、降低成本、减少污染物排放等具有重要意义。首先,基于园区用能需求快速预测方法和能源系统动态仿真平台,提出了以综合评价指标为导向的低碳园区复合式能源系统优化规划配置方法,建立了虎克-捷夫算法和粒子群算法相融合的混合优化算法。然后,以典型低碳园区冷热电三联供耦合地源热泵、蓄能与燃气锅炉的多能系统为例,对比分析了不同优化算法的配置结果和优化速度,研究了综合优化目标最优、全生命周期成本、能耗最低等不同优化目标对容量优化配置结果和系统典型日运行情况的影响。结果表明,本文提出的优化配置方法和混合优化算法可以保证寻优能力、优化精确度,同时提高了优化计算性能。以综合评价目标最优的能源系统配置结果可以兼顾系统成本、经济运行、环境影响及低碳排放等多方因素,更有利于构建低碳园区最优能源形态。     

综合能源系统规划设计方法

本文研究综合能源系统的优化规划问题,以提高其综合能源利用效率。首先,建立了以电为核心的综合能源系统规划两层优化模型,系统运行调度优化模型以及系统规划优化模型,以系统优化运行指标作为系统规划优化的依据。该模型分别以经济性和环保性最优为目标,重点考虑了在采暖期和空调期综合能源系统的运行约束。其次,针对两层优化模型分别提出了适合的求解算法,禁忌搜索算法和粒子群算法。最后,给出算例验证本模型和算法可得到经济性和环保性目标下的综合能源系统优化规划方案。两种准则下的规划方案存在矛盾,经济性准则下倾向配置储能设备以充分利用分时电价,而环保性准则倾向配置其他高能效的供能设备。     

考虑园区综合能源系统接入的主动配电网多目标优化调度

冷热电能量耦合性日渐加强,实现多能源系统一体化运行优化是重点关注的问题。以园区综合能源系统接入主动配电网为背景,研究了园区综合能源系统和主动配电网的协调调度。首先,建立了以综合成本为优化目标的园区综合能源系统调度模型。其次,建立了含园区综合能源系统、分布式电源、储能设备、柔性负荷的主动配电网的多源协调调度模型,目标函数为调度成本、负荷曲线方差和可再生能源弃电量。再次,采用目标级联法结合粒子群算法对模型进行求解。最后,在改进IEEE 33节点系统进行算例分析,验证了模型和求解方法的有效性。     

基于代理模型加速的园区综合能源系统双目标滚动运行优化

高比例分布式能源的大量接入显著增加了园区综合能源系统运行的不确定性。同时，园区能源系统运行需要兼顾绿色、经济运行目标，成为典型的双目标优化问题。为此，提出了一种基于代理模型加速的园区综合能源系统双目标滚动优化调度算法。首先，以基于三角分解空间搜索的双目标优化算法为基础，利用代理模型对待搜索空间是否有解进行快速预判，有效提高了空间搜索优化效率；其次，进一步将代理模型加速的双目标优化方法应用于模型预测控制框架，在日内运行中根据不断更新的预测信息滚动优化双目标运行策略，提高了对源荷不确定性的应对能力；最后，以某实际园区综合能源系统为例，验证了所提方法的可行性和有效性。     

园区综合能源系统多目标优化调度与合作博弈求解

环境问题和低碳政策加剧了综合能源系统优化运营策略的碳排放压力。针对该问题,建立了园区综合能源系统运行下的多目标优化调度模型,该模型考虑了以总运行成本和碳排放分别描述调度策略的经济性与环保性。针对多目标权重选择易存在主观性偏差的问题,将多目标优化问题转化为经济性与环保性的合作博弈,并提出了基于卡罗需-库恩-塔克（KKT）条件下的多目标Parato前沿求解方法,进而采用基于安德森加速的ADMM算法计算合作博弈解。采用合作竞争博弈思想来确定实现的经济性与环保性两个目标之间的相协调的折中方案和最佳调度运行策略。最终算例部分通过分析四个季节典型日的园区综合能源系统优化调度策略,对所提方法进行了多场景验证,结果表明,所提方法可以在运行成本和碳排放之间做出合理的权衡。     

基于多能互补的综合能源微网优化调度方法研究

针对综合能源系统优化运行方法进行研究,首先,构建了包含多种能源和装置的综合能源微网系统;其次,以系统的运行成本为目标函数,以多种能源和装置的数学关系为约束条件,建立了系统的优化运行模型,并介绍了用于求解运行模型的遗传算法;最后,对提出的优化模型进行了仿真分析,验证了模型的可行性.     

计及上下游市场的园区综合能源商购售能策略

随着能源市场化改革的有序推进,未来有望建成开放完善、充分竞争的综合能源市场体制。综合能源商作为重要市场主体,如何在综合能源市场体制中合理优化交易策略尚待开展研究。为此,该文计及能源批发与零售两级市场,构建一种具有前瞻性的园区综合能源商市场交易策略及协同优化方法。首先,分析综合能源批发市场及零售市场的运行机制,基于离散选择模型量化了零售价格对市场份额的影响,并构建远期收益函数;其次,计及用户综合需求响应,以综合能源商为领导者,以用户为跟随者,建立基于主从博弈的分布式协同优化模型;接着,论证了Stackelberg均衡解的存在性,并采用改进布谷鸟算法与二次规划相结合的方法进行分布式优化求解;最后,仿真验证了该文所提交易策略及优化模型的可行性与优越性,为未来园区综合能源商的市场交易决策提供指导。     

协调可靠性与经济性的园区综合能源系统优化规划

为了确定可靠性与经济性协调的园区综合能源系统规划方案,本文提出了一种由分层经济性优化模型和可靠性校验模型组成的园区综合能源系统优化规划方法。分层经济性优化模型内层以园区年等值费用最小为目标,外层以全寿命周期成本为目标,优化选择设备配置方案;可靠性校验模型对经济优化后的方案进行可靠性校验,分析可靠性提升的边际成本,并提出相应的可靠性提升措施,反馈至经济性优化模型并给出改进方案。通过对优化模型和校验模型的循环迭代,得到可靠经济的园区综合能源系统规划方案。最后,以江苏某综合能源系统园区为实例,给出了其规划方案,验证了所提方法的有效性。     

面向零碳园区的综合能源系统优化运行技术综述

双碳背景下,零碳园区级综合能源系统(integrated energy system,IES)成为我国节能降碳、提质增效政策的重点。然而,园区级综合能源系统具有源-网-荷-储一体化、多能互补、供需方动态博弈等特点,其优化运行技术面临强不确定性和耦合机理不明等诸多挑战。为此,对零碳园区级IES优化运行的研究现状、关键技术与未来发展趋势等方面进行综述至关重要。该文首先聚焦于多类型能源耦合能效提升,系统阐述了零碳园区级综合能源系统架构;进一步,从零碳园区实施路径入手,对零碳园区级综合能源系统优化运行所涉及的多类型储能技术、碳捕集技术、多能协同规划设计、需求响应、能源监测与优化调度等关键技术进行了归纳分析;最后以实现园区零碳为主要目标,从全方位融入零碳理念、综合探索碳吸收/碳排放等方面分析零碳园区优化运行所面临的核心问题,并从数字化、社会环境因素一体化、全域综合能源化等方向指明零碳园区的发展趋势。