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.     

计及相关性及改进交叉熵法的电-热互联综合能源系统风险评估

电-热互联综合能源系统负荷及风电随机性加剧,导致系统运行风险水平增加.为解决上述问题,提出了一种计及变量相关性及改进交叉熵法的电-热互联综合能源系统风险评估方法.首先,构建了电-热互联综合能源系统潮流模型,采用高斯混合模型建立风电出力不确定性场景,基于概率潮流对系统风险进行评估.接着,针对现有单峰最优抽样函数的交叉熵法...     

综合能源背景下的配电网多场景规划

随着能源利用设备的发展,综合能源系统成为能源供应的一个重要发展方向。与单一形式的能源供应相比,综合能源供应系统可以为用户提供更加经济、高效、多样化的能源供应。其中,包含冷热电联产机组(CCHP)、电制冷等设备的配电网是综合能源系统的主要物理载体。基于此,提出考虑新能源、电、热、冷负荷不确定性的综合能源系统设备和配电网变电站容量协同规划的多场景规划方法,实现电、气、热能源的高效、可靠供应。首先,根据CCHP机组、电制冷装置、燃气热水锅炉的物理特性,建立相应能量转化的数学模型。考虑综合能源系统中诸多元件对配电网节点电压的影响,采用Distflow模型建立交流潮流模型。其次,针对新能源出力和电、气、热负荷需求的不确定性对规划结果的影响,采用典型场景来描述电、气、热负荷的季节特性和新能源出力的波动性,进而建立基于多场景的综合能源系统和配电网协同规划模型。对改造的IEEE 33节点配电网系统进行规划计算,算例结果验证了所提规划方法的有效性及合理性。     

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。     

考虑需求响应与光伏不确定性的综合能源系统鲁棒优化

光伏接入和用电负荷需求响应给能源系统运行带来了诸多的不确定性,增加了综合能源系统优化调度的复杂度。基于多源信息融合的综合能源系统,可以实时收集和处理海量运行数据,实现终端供能系统高效经济运行。在介绍基于多源信息融合的综合能源系统基础上,建立了用电负荷需求响应模型,用来描述可平移负荷需求响应特性,针对光伏出力不确定性,采用拉丁超立方采样和K-均值场景缩减技术生成典型场景集,以此确定光伏出力不确定性区间。建立了综合能源系统的典型设备数学模型,构建考虑用电负荷需求响应的综合能源系统经济运行鲁棒优化目标函数,并采用鲁棒优化算法进行求解。案例仿真结果显示,鲁棒优化在提高系统运行安全性的同时,增加了系统运行费用;同时,考虑需求响应后区域综合能源系统运行经济性得到提升,用户需求响应参与度越高,经济性提升效果越明显。     

计及灵活性多目标电-热-交通综合能源系统区间优化运行

大量新能源和电动汽车接入后,导致电-热-交通综合能源系统有较大的净负荷变化,需要系统具有一定的灵活性以匹配源荷两侧的不确定性。如何处理不确定性与灵活性的矛盾,以及如何实现经济性和灵活性的平衡,是电-热-交通综合能源系统目前面临的难题。鉴于此,提出一种计及灵活性多目标电-热-交通综合能源系统区间优化运行模型,以经济成本最小和系统灵活性最大为目标,综合平衡系统的经济性和灵活性。利用区间数学描述风电出力和电动汽车负荷的不确定性,将传统等式约束转化为区间表达的形式,使其更具合理性。利用改进的多目标量子免疫算法对优化模型进行求解。以辽北某综合能源系统为例,设定3种不同场景以验证所提方法的有效性。     

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。     

计及能源利用效率的含生物质沼气发电农村能源系统优化运行

农村能源是中国能源体系的重要组成部分,随着生物质沼气发电的推广应用,农村综合能源系统的应用前景更加广泛。以农村地区综合能源系统为研究对象,重点构建了含生物质沼气发电的能源系统模型,采用机会约束对负荷及可再生能源出力不确定性进行描述,提出综合考虑系统经济性与能源利用效率的优化运行模型。经济优化运行考虑了系统购售电购气费用最低。能源利用效率考虑了标准煤能效指标。为综合考虑经济性与能源利用效率,通过定义目标隶属度函数,利用最大化满意度指标法将多目标问题转化成单目标进行优化求解。仿真结果表明所提方法能够统筹兼顾系统经济性与能源利用效率。     

计及源荷不确定性的独立型交直流混合微网多能源协调优化调度

传统独立型交直流混合微网的可再生能源供电比例高,但储能和其他可控电源容量有限,易出现切负荷或弃风弃光现象.首先,为提高系统的供能可靠性和可再生能源的消纳水平,设计出一种基于氢储系统实现交流、直流、氢气、热力与天然气能源系统深度耦合的能量枢纽结构;其次,为实现设计系统的多能源协调优化调度,构建出一种计及源荷不确定性的两阶段鲁棒优化模型,模型中第一阶段确定所有能源转换和存储设备的运行状态,第二阶段确定最恶劣场景及各设备出力方案,并且可利用不确定度参数灵活调整调度结果的保守性;然后,基于强对偶理论和大M法将优化模型转换为具有混合整数线性形式的主问题和子问题,并采用列与约束生成算法求解;最后,算例分析结果表明所建模型的合理性,求解算法的有效性以及调度结果的鲁棒性和经济性.     

计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度

可再生能源接入的综合能源系统具有不确定性特征,然而随机规划与鲁棒优化等求解方法存在鲁棒性不足或过于保守等问题。气网管存是综合能源系统中重要的灵活性资源,可以有效平抑不确定性的影响。鉴于此,提出计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度方法,通过充分利用系统中的灵活性资源,促进可再生能源消纳,实现系统安全稳定运行。在分析天然气管道中气体流动特性和管存效应的基础上,以系统综合成本最低为目标,建立计及气网管存效应的综合能源系统优化调度模型。针对风电出力和电负荷不确定性特征的差异性,分别采用概率分布集和梯形模糊函数对风电出力和电负荷不确定性进行刻画。在此基础上,建立综合能源系统分布鲁棒优化调度模型,并采用列约束生成算法进行求解。最后,通过算例分析验证了所提方法的准确性与有效性,并且结果表明所提方法在应对不确定场景时具有较强的调节能力和良好的经济性。     

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。     

基于定额投资条件下的综合能源系统规划效益研究

现有的综合能源系统规划研究缺乏对投资定额约束的考虑,且以总运行成本最低、碳排放量最低或能效最高等为单一目标的规划策略无法满足在投资定额下最佳的设备规划需求。基于此,建立了基于投资定额的综合能源系统规划模型,来解决定额投资下的设备最佳的容量配置问题。首先,建立了包含冷热电负荷的综合能源系统典型场景;其次,以年化等值综合成本、碳排放量以及综合能效为目标函数,并考虑能量平衡、设备出力、定额投资、能量交互、场景环境等多种约束条件建立规划模型;最后,通过NWSFA算法获取帕累托前沿解集,并利用VIKOP算法解得全局最佳配置方案。在定额投资下既满足负荷需求又能达到运行效果最优,实现经济性、环境性、社会性的3重效益。最后通过算例分析,验证文中所述模型与方法的有效性。     

基于配网节点电价的综合能源系统随机优化

综合能源系统(integrated energy system,IES)以可再生能源为核心,为配电网环境下多能源的接入和耦合利用提供有效载体。为了促进多元能源之间的高效能量转换,首先,引入交直流混合微网结构,建立了基于能量枢纽的IES模型。然后,根据上层配电网和下层能量枢纽之间的交互关系,构建一种二层递归式优化模型。配电网运营商(distribution system operator,DSO)利用能量枢纽的灵活性来提高系统经济收益,能量枢纽则依据配电网节点电价(distribution locational marginal price,DLMP)和用户负荷进行内部运行优化,从而形成配电网与能量枢纽之间利益的制约和平衡。同时,考虑分布式可再生能源出力以及用户用能行为不确定性,采用多场景随机规划方法,实现基于交直流混合型能量枢纽的IES随机优化。最后,结合IEEE-33节点配网算例进行仿真分析,仿真结果验证了该模型的鲁棒性和经济性。     

区域综合能源系统参与电力-天然气市场优化调度研究

可再生能源出力的不稳定及间歇性增加了其参与电力市场交易报价难度,区域综合能源系统通过调度系统内部能源,能够减小其在市场中的报价偏差,提高能源利用效率,有助于系统及市场稳定运行。考虑风电、储能、电转气和微型燃气轮机等设备以及负荷侧需求响应,构建区域综合能源系统参与电力-天然气市场运行优化调度策略。首先,建立涵盖多类型能源设备的区域综合能源系统,描述电力、热力及天然气等能源互补转换关系;其次,考虑风电出力不确定性,构建基于两阶段鲁棒优化的区域综合能源系统优化调度模型,进一步将综合能源系统作为一个市场主体参与电力及天然气市场交易;最后,算例验证了区域综合能源系统内部调度可以降低风电出力偏差影响,提高系统稳定性和经济性。     

基于条件风险价值的综合能源系统日前-日内两阶段调度模型

冷热电联供型综合能源微网（combined cooling heating and power micgrid,CCHP-MG）的普及和应用对提高能源利用效率和实现双碳目标具有重要的意义,但同时其资源聚合的复杂性和不确定性同样给其运行优化带来了挑战。基于此,构建了考虑风光出力不确定性的CCHP-MG日前-日内两阶段调度模型。在日前阶段,以运行成本最低为目标优化综合能源系统各设备运行策略,采用场景法处理风光出力的不确定性,并基于条件风险价值法对系统运行风险进行客观量化;在日内,风光预测值更加精确,以平抑联络线功率偏差为目标调整部分设备出力,在保证经济性的同时,尽可能的保证电网的安全稳定运行。最后,以某综合能源系统为例,验证了所构模型的有效性。     

基于风电场景概率的电热混合储能优化配置

本文提出一种考虑风电典型场景概率的电热混合储能优化配置方案,以提高风电入网的经济性和可行性。首先通过场景分析,利用k-means聚类法将大量风机历史出力数据简化为6个典型出力场景,确定各场景发生的概率,其中聚类数目由肘部曲线法和Dunn指数法综合确定;其次提出电热混合储能系统控制策略,建立适用于多场景的风储联合系统模型;最后,以经济性成本最低与弃风量最小为目标,建立包含电、热负荷综合响应的容量配置优化模型,并将场景概率以权值的形式加入到目标函数中,利用粒子群算法对模型进行求解。通过仿真分析和与其他储能配置场景对比,我们发现所提出的配置策略能够提高风电利用率约11.04%,同时减少系统综合成本约44.52%,验证所提策略的合理性和有效性。     

基于深度Q学习的电热综合能源系统能量管理

能量管理是电热综合能源系统运行优化的重要组成部分.然而,系统中可再生能源出力的波动性以及用户负荷的随机性使得能量优化管理问题充满挑战.针对此问题,文章提出了一种计及可再生能源和负荷需求不确定性的综合能源系统能量管理方法.将电热综合能源系统的能量管理问题表述为转移概率未知的马尔科夫决策过程,定义了系统的状态空间、动作空间...     

基于鲁棒随机模型预测控制的园区综合能源系统两阶段优化

可再生能源发电与负荷的不确定性给园区综合能源系统的安全准确调度带来了巨大挑战,为了提高系统调度的准确度和运行经济性,提出了一种基于鲁棒随机模型预测控制的两阶段优化调度策略.该模型考虑到园区综合能源系统中负荷预测误差分布的规律性和可再生能源出力波动的概率分布难以准确刻画的特点,分别利用随机优化和鲁棒优化处理负荷侧和发电侧...     

基于机会约束规划的楼宇综合能源系统经济调度

综合能源系统为多能源互补利用提供有效载体,而楼宇级的综合能源系统由于容易受到外界环境以及用户用能规律的影响,存在着大量的不确定性因素。基于一个由冷热电联产系统、储热装置以及插电式混合动力汽车等组成的居民能源集线器(residential energy hub,REH),研究了在不确定性因素下楼宇级综合能源系统经济运行问题。建立了基于机会约束规划的REH经济调度模型,该模型以最小运行成本为目标,冷热电联产系统备用出力以及备用市场购电为机会约束,在python环境中进行建模,利用Gurobipy求解器进行求解。讨论了关于插电式混合动力汽车运行状态的几种典型场景、不同置信水平下REH调度方案及运行成本,以期为平衡经济性和可靠性的REH运行调度提供参考。     

基于双层优化模型的能源互联网自愈及优化运行策略研究

电网和天然气网通过双向耦合可实现高可靠性运行。为解决电-气耦合的能源互联网故障自愈问题,提出了一种能源互联网自愈及优化运行方法。首先,该方法基于电-气耦合特性,充分利用天然气网对电网的能量补充,在考虑天然气网经济性和新能源出力不确定性的基础上,建立双层优化模型,实现综合能源系统的故障快速自愈及优化运行。上层模型利用基于广度优先搜索法的改进蚁群算法,优化供电恢复路径,得到系统开关状态。下层模型基于电-气耦合特性分析,以天然气网经济性为主要目标,采用条件风险价值理论(conditional value at risk, CVaR),同时考虑新能源出力不确定性带来的运行风险,构建电-气耦合的能源互联网优化重构模型。然后,对双层优化模型进行求解并进行全局优化,得到电-气互联型能量调度最优的故障恢复和优化运行方案。最后,通过IEEE33节点配电网和7节点天然气网耦合的能源互联网仿真模型,验证了所提方法的有效性。