综合能源系统混合时间尺度运行优化

综合能源系统融合电、气、热等多种能源子系统,不同能源网络动静态特性与设备控制特性差异显著。为实现电、气、热异质能流网络和设备协同运行,建立综合能源系统混合时间尺度运行优化框架,包含混合分辨率建模与混合指令周期调度。混合分辨率建模采用与气网、热网动态过程相匹配的模型分辨率刻画能流动态过程,平衡模型的精确度与问题的复杂度,实现电气热多能网络动态过程的协同优化;混合指令周期调度立足于多种异质能流的传输特性差异和多类型设备的控制特性差异,兼顾源/荷多重不确定性,确定各子系统的最佳调度指令周期,实现多能子系统间的协调运行。算例结果验证了所提方法的可行性。     

含冰蓄冷空调的冷热电联供型微网多时间尺度优化调度

冷热电联供型微网(CCHP-MG)对实现能源可持续发展和构建绿色低碳社会具有重要的应用价值,而内部复杂的能源结构与设备耦合关系、可再生能源的消纳和负荷波动的平抑给其优化运行带来了挑战。文中提出含冰蓄冷空调的CCHP-MG多时间尺度优化调度模型,研究冰蓄冷空调的不同运行方式对优化调度的影响。日前计划中通过多场景描述可再生能源的不确定性,侧重于一个运行优化周期内CCHP-MG的经济运行;日内调度基于日前计划方案,根据冷热电在不同时间尺度上的相关性和互补性,提出考虑冷热负荷变化的双层滚动优化平抑模型,求解各联供设备的调整出力。仿真结果表明:冰蓄冷空调的运行方式关系到CCHP-MG的综合效益的提高;多时间尺度优化调度模型不仅可以满足用户的冷、热、电能的需求,还能有效平抑日内阶段供需侧随机性波动,实现CCHP-MG经济及稳定运行。行带来了挑战。文中提出含冰蓄冷空调的CCHP-MG多时间尺度优化调度模型,研究冰蓄冷空调的不同运行方式对优化调度的影响。日前计划中通过多场景描述可再生能源的不确定性,侧重于一个运行优化周期内CCHP-MG的经济运行;日内调度基于日前计划方案,根据冷热电在不同时间尺度上的相关性和互补性,提出考虑冷热负荷变化的双层滚动优化平抑模型,求解各联供设备的调整出力。仿真结果表明:冰蓄冷空调的运行方式关系到CCHP-MG的综合效益的提高;多时间尺度优化调度模型不仅可以满足用户的冷、热、电能的需求,还能有效平抑日内阶段供需侧随机性波动,实现CCHP-MG经济及稳定运行。     

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。     

基于需求响应的电-热-气耦合系统综合直接负荷控制协调优化研究

传统能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统,无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。对电–热–气多种能源的优化调度研究,可以实现统筹优化配置,提高多种能源互补利用效率;同时直接负荷控制参与多能源的优化调度为多能源协同调度提供新思路。首先构建了一种电–热–气多源耦合系统结构,分析了供给侧多源耦合系统的特性及需求侧直接负荷控制参与多种能源负荷的特性,其次建立了基于多种能源的直接负荷控制参与电–热–气耦合系统的综合经济优化调度模型;然后仿真分析了电–热–气耦合系统多源互补协调优化调度的场景,以及直接负荷控制参与的电热气耦合调度的特性。结果显示:供应侧多种能源的互支持和备用对于保证多能源系统的安全运行具有重要意义;需求侧调度使供需更趋于平衡,综合直接负荷控制对电–热–气耦合系统需求侧的优化,能够降低峰值负荷,增加需求侧的弹性。     

计及网络动态特性的电—气—热综合能源系统日前优化调度

电—气—热综合能源系统的互联是提高系统运行灵活性与可再生能源消纳能力的有效手段之一。在详细分析热网与气网动态特性基础上,提出一种同时考虑气、热网络动态特性的电—气—热互联系统日前优化调度模型。首先,针对热网与气网的动态特性进行建模分析,挖掘其相应动态特性下所对应的储能能力。然后,建立兼顾气、热网络动态特性的综合能源系统日前优化调度模型,将模型线性化并进行求解。最后,构建仿真系统,计算分析管网动态特性对系统优化运行的影响,以及不同网络间的动态特性作用关系与协同优化潜力,所得结果证明了在综合能源系统中计及网络动态特性的必要性与可行性。     

基于供需能量平衡的用户侧综合能源系统电/热储能设备综合优化配置

针对智慧城市背景下用户侧综合能源系统中电/热储能综合优化配置问题研究不足的现状,从供需能量平衡角度出发,考虑电能替代和冷/热/电耦合,建立了综合能源系统中储能设备的综合优化配置模型?采用K-means聚类算法对用户侧的用能需求进行分析并归纳出典型场景。储能配置考虑典型日系统运行优化调度。以综合能源系统年运行费用最低为目标建立电/热储能综合配置优化模型。约束条件考虑了供需平衡?冷/热/电耦合、电能替代、设备安装运行等多种影响因素。优化变量为电/热储能设备的容量以及系统典型场景内设备调度值?算例分析表明所提方法合理可行,在保障系统运行安全性和可靠性的基础上具有明显的经济性。考虑电能替代不仅有利于环境保护,而且可以降低储能配置成本?     

基于模型预测控制的区域综合能源系统运行优化方法

本文以上海世博园区B片区综合能源系统为研究对象,分析其现有运行策略在夏季和冬季典型工况下的运行效果.首先,针对现有运行策略的不足,结合模型预测控制(MPC)滚动优化方法构建区域综合能源系统运行优化的数学模型;其次,考虑冷、热、电负荷及可再生能源的实时特性,在滚动优化过程中引入动态调整模型,用于对调度策略的实时调节;最后...     

电热综合能源系统多时间尺度优化调度策略研究∗

综合能源系统研究中电热能源动态特性存在差异,为提升系统运行性能、节约成本,提出采用多时间尺度 策略对系统进行优化调度.首先建立电热系统模型并进行日前数据预测,其次考虑到热能的传输惯性较大而电能迅速 响应的特性导致调度周期会影响系统的调度,提出日前预测统一调度和日内电热不同周期调度的多时间尺度协同优化 的调度策略.最后通过场景分析,验证了电热能源多时间尺度调度策略可以提高系统运行的准确性和经济性.     

考虑多能互补的区域综合能源系统多种储能优化配置

在区域综合能源系统中配置多种储能装置可提高系统的经济效益,是区域综合能源系统规划的重要研究方向。基于区域综合能源系统的基础架构和模型,研究了蓄冷、储热、储电和混合储能在冷热电联供(CCHP)机组和电制冷等设备多能互补协同运行情况下的盈利策略,讨论了系统配置不同储能的经济性和可行性,建立了全寿命周期的冷热电储能调度规划双层优化模型,并利用确定性迭代算法进行求解。针对某实际区域综合能源系统的多个供能季不同日负荷曲线,应用双层优化模型求解运行调度方案和储能配置容量。算例结果表明:配置蓄冷和储热在多能互补协同运行系统中有较大的盈利空间,而配置储电的利润空间较小,且考虑多能互补的混合储能方法可以进一步挖掘系统的盈利能力。     

考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度

为充分发挥多能源系统的用能经济性、灵活性和低碳性,提出了考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度方法.在考虑热网动态特性的基础上,通过热电联产机组、热泵、燃气轮机等能源耦合设备,构建了电-热综合能源系统优化调度模型.首先,针对供热管道和采暖建筑的热动态特性进行精细化建模;其次,以综合能源系统运行成本和碳交易...     

考虑阶梯型碳交易机制的区域电-热综合能源系统分布协同调度方法

含多能源站的区域综合能源系统(districtintegrated energysystem,DIES)具有多层级、多运营主体的特征，难以采用传统的集中式方法优化调度。为保证不同运营主体的利益与隐私，该文提出了一种考虑阶梯型碳交易机制的区域电-热综合能源系统分布协同调度方法。首先分析运营主体特性，构建计及热网动态特性和站间互济的综合能源系统模型。在此基础上，构建综合能源系统双层优化调度模型：在系统调度层中，以运营商的经济性和低碳性为目标；在站间调度层中，能源站根据系统调度层的优化结果，调整自身调度策略以实现利益最大化。最后，采用目标级联分析算法(analysis target cascade,ATC)实现交互变量的解耦，并提出了层内迭代、层间互联的求解方法。仿真结果表明，所提调度方法可提高系统运行的低碳经济水平，并通过分布优化兼顾各主体的利益诉求，更满足实际调度需求。     

考虑热动态和碳交易的电-气-热综合能源系统协调调度

随着电-气-热综合能源系统(IES)内多类型能源转换设备广泛接人,热网动态特性对系统运行影响日益显著,能源低碳转型战略的实施使得碳排放成为IES运行关注的焦点之一.对此,文章开展考虑热动态和碳交易的电-气-热IES协调调度的研究.基于动稳态模型构建的供热网络潮流结果,研究其动稳态差异;进一步面向当前碳交易市场发展需求在IES运行中考虑碳交易,构建以购能成本、运行成本及碳交易成本等综合成本最低为目标的电-气-热IES协调调度模型,从多环节挖掘节能减排潜力;构建算例系统进行仿真分析,结果表明,考虑热动态特性和碳交易的IES多网络耦合协调调度,能量跨时空转移特征明显,且有效降低碳排放,实现其能源综合、高效利用的目标.     

考虑空调负荷和柔性热负荷响应的综合能源系统储能鲁棒优化配置

针对园区综合能源系统储能的容量配置问题,为提升在源–荷不确定性下的系统规划与运行的经济性,提出考虑空调负荷和柔性热(冷)负荷日内响应源–荷不确定性的电/热混合储能的鲁棒配置方法。首先构建了空调负荷和柔性热(冷)负荷应对源–荷不确定性的日内响应模型。其次在考虑系统多能互补的基础上,基于日前优化运行与日内响应,以年化运行成本和投资成本最低为目标函数,建立电/热混合储能鲁棒优化配置模型。最后通过算例验证了本文储能的配置方法对系统规划–运行的经济性的提升效果,分析了考虑负荷日内响应源–荷不确定性和源–荷预测精度对储能配置容量的影响。     

电—气互联综合能源系统多时间尺度动态优化调度

对于时空相关的天然气管存,应用多时间尺度/模型预测控制尤为重要。计及天然气管网的慢动态特性,考虑暂态天然气系统变量存在时段耦合的特性,提出了基于模型预测控制的多时间尺度优化调度策略,使机组有功出力和气源产气控制过程更为平滑。其中,以日前优化调度得到的有功出力值和产气量为参考值,基于模型预测控制,进行日内多时段滚动优化。最后,对修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统进行算例分析,验证了所提优化调度方法的可行性以及有效性,并分析了气网管存对电—气互联综合能源系统运行的影响。     

考虑热惯性不确定性的多能源系统两阶段鲁棒优化调度模型

该文提出考虑供热系统热惯性不确定性的多能源系统协调优化方法。首先,基于多能源系统能量输运网络,分析热网热能传递延迟模型和等效储能模型;其次,研究热网管线输运能力描述参数,建立供热管道传输准动态方程。分析热网运行状态监测数据与热能流模型间差异的量化方法,建立热惯性不确定性模型。然后,以电-热-气多能源系统运行成本最低为目标函数,构建考虑热惯性不确定性的多能源系统两阶段鲁棒优化调度模型,并引入列约束生成算法、强对偶理论对于模型进行求解。最后,以东北某地多能源系统实际运行数据为基础建立仿真模型,算例结果表明基于热惯性不确定性的多能源系统鲁棒优化调度模型能够较好地兼顾系统调度成本和可靠性。     

有源配电网下多能互补协调优化策略研究

首先以冷热电联供系统和有源配电网为基础,以经济调度为目的,建立了一种新型的综合系统。该综合系统加入了风力、光伏等分布式能源。研究了综合系统的协调优化调度方法,基于用户的冷-热-电负荷特性,利用以电运行和以热运行策略混合使用,结合联供系统的运行成本、配电网的网损最小为优化目标,建立了多目标联合优化模型,考虑了电网的分时电价与天然气的费用,对联供系统热电运行出力进行了综合优化。以山东省某示范园区的夏季负荷为例进行分析,验证所提方法能够有效提高联供系统的效率以及能源的利用率,显示了多种清洁能源互补发电的作用和经济优势。     

考虑能源重复转换的综合能源系统经济运行

在综合能源系统中引入电转气（power to gas,P2G）设备加强了电力和天然气网络间的耦合,减少了弃风弃光现象,但也使可再生能源在进行优化调度时发生能源重复转换,降低用能效率,产生能源损耗。在此背景下,提出了一种减少能源重复转换的双层优化调度模型,引入KKT条件将双层模型转化为单层模型,优化得到了协调各转换设备的调度运行计划及系统最小运行成本。在算例中采用4种不同的典型场景对系统进行验证,结果表明：所提优化调度模型能够在提高可再生能源消纳的情况下,降低系统运行成本,提高用能效率,与未考虑能源重复转换的传统调度模型相比经济性有显著提高。     

考虑电转气消纳风电的电–气综合能源系统双层优化调度

电转气(power-to-gas,P2G)技术使电力网络与天然气网络的单向耦合转变为双向耦合,其运行特性为风电消纳提供了有效途径。该文提出一种考虑电转气合理利用弃风并考虑天然气系统优化运行的电力–天然气综合能源系统双层优化调度模型。首先,介绍含电转气的天然气系统运行模型;其次,以基于价格的含电转气的天然气系统优化调度为上层模型,基于直流潮流的含风电和电转气的电力系统经济调度为下层模型,构建电–气综合能源系统双层调度模型;再次,根据下层模型的Karush-Kuhn-Tucher(KKT)条件将双层模型转化为单层模型,并对非线性方程进行线性化,从而将非线性模型转化为混合整数线性规划(mix-integerlinear programming,MILP)问题,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过算例分析验证所提出模型的合理性与有效性,并证明电转气可以有效提高电网的风电消纳能力。     

考虑风电预测误差的电-热系统混合时间尺度调度

为了利用热网特性补偿风电预测误差,提出了一种电-热系统混合时间尺度调度策略。考虑到电能和热能传输在时间尺度上的差异性,建立了热网短时间尺度调节模型。在日内调度阶段,将指令周期分为长时间尺度和短时间尺度,由长时间尺度调度确定日内阶段30 min级CHP机组的基本出力,短时间尺度调度则根据长时间尺度CHP机组的基本出力来确定日内15 min级常规机组的基本出力。在实时调度阶段,CHP机组在日内长时间尺度出力的基础上进行15 min级短时间尺度的调整,并协同储能设备补偿风电预测误差。通过算例验证表明,考虑风电预测误差的电-热系统混合时间尺度调度模型,降低了储能设备的使用率,提升了电-热系统的经济性,同时具有良好的风电预测误差补偿效果。     

考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度

在电—热综合能源系统中,利用电力、热力系统的互补特性可提高系统运行的灵活性,从而提升系统消纳可再生能源的能力。电力系统和热力系统通过热电联产、电制热等发生耦合,文中考虑了热力系统中供热管道传输时间延迟和热损失等热动态特性,以及用户供热需求的柔性,建立了考虑供热网储热特性的电—热综合能源系统优化调度模型。算例1以IEEE 39节点电网和26节点热网耦合系统为例进行分析,结果显示所提模型可以通过能量时间平移,优化匹配电—热综合能源系统的源、网、荷,促进可再生能源高比例消纳;算例2则以海宁市尖山新区为例,分析了含高渗透率可再生能源系统中以集中供热拓展能源终端消费的效果。