计及差异化能量惯性的电-热-气综合能源系统日前优化调度

针对不同能源系统的多元异质性,建立了兼顾热力系统源–网–荷以及气网管道差异化能量惯性的电–热–气综合能源系统优化调度方法.首先,针对热惯性展开研究,为克服热传输延时连续性和调度时段离散化的矛盾,提出一种基于流量分段法的热网传输惯性模型,并将该方法引入热源侧的模型构建,进而结合负荷侧的建筑热惯性,共同构建了考虑源–网–荷多种热惯性的热力系统模型.其次,为刻画天然气网络气惯性的动态特征,利用虚拟节点构建稳态模型代替原有的暂态模型,避免了偏微分方程的直接求解,大福降低了计算的难度.最后,基于不同能量惯性全面精确的建模,并综合考虑了各子系统的网络约束和耦合约束,以系统运行成本最小为目标构建了电–热–气综合能源系统日前优化调度模型,并用混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)软件进行求解.结合具体算例,研究结果表明精细刻画热、气系统的差异化能量惯性,能够提高电–热–气综合能源系统运行的经济性和灵活性.     

考虑热网传输延迟的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度

为应对弃风现象及风电出力的不确定性问题,考虑热网传输延迟特性对应的储能特性,提出一种电-热综合能源系统(integrated electricity and district heating system,IEDHS)的鲁棒区间优化调度模型。首先,对热网的物理结构及传输延迟、温度损耗特性进行建模,并参与IEDHS优化调度;其次,以区间形式考虑风电的不确定性,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足运行约束条件;再次,建立了一种考虑热网传输延迟的IEDHS鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型进一步转化为单层模型,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过对PJM-5节点测试系统与6节点热力系统、IEEE-39节点测试系统与12节点热力系统组成的IEDHS进行算例分析,验证了所提模型的有效性。算例结果表明,热网的传输延迟可提高风电利用率,降低系统运行成本,鲁棒区间优化调度结果较常规调度更具可靠性。     

固定噪声元的预测–校正型仿射潮流迭代算法

仿射潮流算法是求解不确定潮流的重要手段,如何提高该类算法的计算效率、降低算法的保守性是目前亟需解决的重要问题。针对该问题,该文首先在仿射运算中固定噪声元,构建预测–校正型的仿射方程组迭代模型,并提出一种最优校正策略,以校正噪声元系数的方式来保证完备性和降低保守性;然后根据用户运行特性,构建具有噪声元关联性的节点功率–电压仿射模型;在此基础上建立仿射型电网潮流方程,最后提出基于预测–校正的高斯仿射潮流和牛顿仿射潮流算法,实现快速且准确的计算,得到各节点电压和幅值的区间范围。经算例验证,该方法具有更小的保守性,且计算量小、收敛速度快。     

配电网电压不确定水平区间分析模型

为定量评估配电网运行状态不确定性条件下强不确定因素对各节点电压的不确定性影响边界,该文从线性建模的角度出发,提出一种用于电压不确定水平分析的区间线性模型。首先,利用虚拟期望运行点与仿射潮流估计不确定因素作用下的节点电压响应区间,进而构造出回归分析样本用于区间线性模型的参数辨识。然后,针对区间回归分析保守性的不同要求,分别建立了基于二次规划与基于随机规划的两种参数求解模型。最后,采用IEEE 33节点与实际113节点配电系统验证了所提区间线性模型及求解方法的有效性,且验证结果表明所提模型能准确评估出运行状态多不确定性条件下不确定因素对节点电压的影响边界。     

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。     

基于可能度的冷热电联供微网区间优化调度模型

提出了含多种能量转换途径的冷热电联供微网非线性区间优化调度模型。首先,以充分利用光伏、风电等新能源为目标,确定了实现电冷、电热、热冷能量转化的灵活冷热电联供微网系统。然后以此系统为对象,针对光伏、风电、冷热电负荷随机性问题,考虑分时电价、环境效益等因素,建立以系统综合运行成本最低为目标的非线性区间优化模型。根据区间可能度模型,将不确定性模型转化为确定性模型,结合改进粒子群算法进行求解。最后通过算例验证了该模型的合理性、灵活性,并结合仿真结果分析了区间可能度和负荷波动对综合运行成本的影响。     

基于区间理论的油田综合能源系统优化规划

针对油田的能源结构和用能负荷的特征,构建了油田综合能源系统架构;考虑可再生能源出力的不确定性和油田多元负荷用能的随机性,建立了光伏、光热出力的区间模型,热负荷区间模型和基于价格型响应的电负荷区间模型;通过分析设备投资成本的时间价值和区域碳中和途径,建立一种计及源荷不确定性的综合能源系统规划模型,并结合仿射算法和区间序关系,将不确定性优化问题转化为确定性的多目标优化问题进行求解。算例分析表明,油田综合能源系统架构符合油田能源禀赋和负荷实际耦合情况,设备配置方案投资回收年限短,不确定性权重系数越高,投资越大,年净收益区间越大,结果验证了规划方法的有效性。与传统鲁棒凸规划优化方法相比,所提方法为决策者提供了满足区间约束的解集,避免了规划方案的保守性。     

电-热互联综合能源系统区间潮流计算方法

由于电力网络与热力网络耦合逐步加深,有必要研究电-热互联综合能源系统的安全分析与评估。考虑到电-热负荷波动的不确定性,提出一种电-热互联综合能源系统区间潮流计算方法,以定量评估不确定因素对系统运行状态的影响。首先推导和建立了管道压降方程的等值函数;然后提出一种基于线性优化的区间潮流方法,通过变量代换得到迭代初值,并采用优化方法求出各状态变量的上/下限。进一步的,考虑到实际负荷很难同时达到上限或下限,引入负荷不确定预算概念,可有效克服区间潮流的保守性。算例结果验证了所提区间线性规划方法的有效性。     

考虑荷源双侧不确定性的跨区域灵活性鲁棒优化运行策略

为了提升系统灵活响应不确定性的能力,及应对跨区互联线路给系统运行调度带来的挑战,构建了大规模可再生能源并网的跨区域运行调度模型。该模型考虑各区域传输的安全性,利用鲁棒理论构建随机变量的不确定集,并考虑风电与负荷的空间集群效应,通过引入不确定性的空间约束参数来弥补传统鲁棒优化的不足,从而协调系统内发电经济性与鲁棒性。同时,针对模型特征提出了一种基于滤子技术的协同进化算法对模型进行求解。研究结果表明:不确定变量的置信概率在20%～55%之间,且预测精度在置信概率较小时对系统成本的影响显著;增大空间约束参数可以获得更好的调度结果与运行方案。研究结果对在兼顾系统保守性的同时提高经济性具有一定的理论指导意义。     

电-气互联系统预测-校正型仿射能流算法

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素对系统状态变量的影响程度。建立电、气子系统仿射模型及能流方程。提出基于域收缩思想的IEGS预测-校正型仿射能流算法,根据灵敏度对状态量的解域进行保守的预测,并构建优化模型对解域进行压缩校正。同时,采用多能流分布式迭代方法进行求解,其无须考虑复杂耦合网络中的多能流计算顺序。最后通过仿真验证了所提方法在保守性、计算效率方面的优势,并量化分析了不确定因素对系统状态量的影响。     

考虑源荷双重不确定性的电气互联综合能源系统分布鲁棒优化调度

针对电气互联综合能源系统中不确定因素对运行调度带来的风险问题,提出一种考虑新能源负荷双重不确定性的电气互联综合能源系统分布鲁棒优化调度模型。以系统运行总成本最小为目标函数,建立电气互联综合能源系统随机规划模型,采用矩不确定分布鲁棒优化方法(DRO-MU),构建风电出力和电力负荷的矩不确定集合,在源荷双重不确定集合下将随机规划模型转化为矩不确定分布鲁棒优化模型,通过拉格朗日对偶原理将鲁棒模型转化为确定性的半正定规划模型进行求解。仿真结果表明,与不考虑或仅考虑新能源、负荷不确定性相比,考虑源荷双重不确定性的DRO-MU模型运行成本有所增加,但方案降低了不确定性因素给系统运行带来的风险,且更加符合实际。与随机优化方法和传统鲁棒方法相比,DRO-MU方法既保证了调度策略的鲁棒性,又克服了其过于保守的问题;随着源荷矩不确定集范围的增大,系统运行成本增加,通过合理设置二者矩不确定集范围,实现系统经济性与鲁棒性的平衡。     

电–热综合能源系统仿射型区间多能流算法EI北大核心CSCD

针对综合能源系统区间能流算法仅能分析多个不确定性因素共同作用的结果,而无法量化分析各不确定性因素的传递过程及其对系统状态量影响的不足。该文采用仿射算术建立系统不确定性模型,提出电热综合能源系统仿射型区间能流算法。首先,基于泰勒公式简化热网温度方程,建立仿射形式的热网温度传递模型,进一步地,计及耦合元件的不确定性,建立电热综合能源系统仿射模型。在此基础上,考虑管道流量约束进行多源互补,提出热网仿射能流前推回代算法;同时,以耦合元件的仿射功率作为电热网络间的边界条件,提出电热互联系统仿射能流的并行迭代方法。最后,基于IEEE33节点配电网与23节点配热网构成的电热互联系统,分析不同节点负荷变化对系统状态量的影响程度以及电–热系统之间的交互影响过程,验证该文所提方法的可行性和优势。     

考虑不确定性的分布式家庭并网光伏系统鲁棒优化能量调度

分布式家庭并网光伏系统是太阳能产业规划的重要组成部分,其能量优化调度模型是一项重要研究课题。针对系统中光伏出力的不确定性,对其采取区间形式表示。以系统运行成本最小为目标,计及系统功率平衡约束等多项必要约束条件,建立分布式家庭并网光伏系统的能量优化基本模型。通过鲁棒优化框架将能量优化调度基本模型中含不确定变量的约束条件转化为确定性约束,从而建立分布式家庭并网光伏系统鲁棒优化能量调度模型。采用改进萤火虫算法对所建立的模型进行求解。仿真算例表明,所建立模型得到的系统运行方案能够在实际运行中具备良好的鲁棒性,降低系统经济风险。     

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

该文采用鲁棒区间法挖掘电-热综合能源系统协调运行的潜力,以缓解风电功率的不确定性对电力系统的运行稳定性的影响,并构建风力发电与氢储能系统相结合的风-氢混合系统,考虑氢储能系统的热平衡需求,以充分发挥氢储能系统的储能效率,平抑风电的波动性。首先,介绍了考虑氢储能系统接入的电-热综合能源系统结构,并构建其数学模型;然后,以区间形式考虑风电的不确定性,构建含风电的鲁棒区间优化调度模型,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足允许约束条件;再次,建立一种含风-氢混合系统的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型转化为单层模型进行求解,最坏情况下的风电不平衡功率由可调机组根据时变参与因子进行调整;最后,以PJM-5节点电力系统与6节点热力系统和辽宁省北部太和综合能源系统为例对所提模型进行分析,验证了模型的有效性。     

考虑来水多区间不确定集的跨年梯级水电鲁棒优化调度

中长期来水的不确定性以及时序相关性是影响跨年梯级水电优化调度的重要因素。为了保证所有可能来水情况下系统均能更好地优化调度,在跨年的梯级水电优化调度中引入鲁棒优化理论。同时考虑到梯级水电站之间来水的时序分布特性以及流域相关性,提出多区间不确定集来描述水电运行的随机因素,克服传统鲁棒优化的保守性。最终构建经济性和安全性协调的两阶段鲁棒优化模型,并结合对偶理论及混合整数二次规划法获得具有鲁棒可行性的优化调度方案。算例分析表明,所提跨年梯级水电的鲁棒优化调度方法比场景规划法求解效率更高,并且多区间不确定集可以有效改善调度方案的经济性。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

考虑氢混燃机动态混氢特性的电-气互联系统优化调度

电–气互联系统是综合能源系统的重要组成部分,燃气机组是其中关键的能源耦合元件,而随着能源系统低碳化转型,燃气机组掺氢燃烧发电的技术应运而生。传统氢混燃机相关研究大多只考虑固定掺氢比运行的情况,并未考虑机组动态调整掺氢比运行的影响。传统电–气互联系统优化调度相关研究主要面向运行经济性,而对计及氢混燃机的能量与备用统一出清鲜有研究。为此,该文提出了一种考虑氢混燃机动态混氢比的电–气互联系统优化调度方法,基于动态混氢特性建立氢混燃机精细化模型,并通过电解水制氢技术为氢混燃机提供氢气来源,配置储氢罐和储气罐作为联合体为系统提供备用;采用二项式松弛方法对氢混燃机耗气流量方程进行线性转化,将原有非凸非线性模型转化为混合整数线性规划模型求解;最后通过仿真验证所提方法的有效性,分析不同场景下系统运行状态,实现了“风电–电解水制氢–氢混燃机”模式下风电消纳潜力的深度挖掘。     

考虑风光出力不确定性的电–气互联系统脆弱线路辨识

在电力系统和天然气系统紧密耦合的背景下,任意子系统中任意脆弱线路的扰动或故障都可能会传播到另一个子系统,进而引起整个电–气互联系统的故障。为此,提出一种电–气互联系统脆弱线路辨识方法。首先,提出考虑风光出力不确定性的电–气互联系统协调调度随机优化模型,求解得到电–气互联系统故障前后的运行状态;而后,基于局部集中度和潮流变化熵分别从拓扑结构脆弱性和运行特性脆弱性两方面分析电–气互联系统中线路的脆弱性,构建综合考虑线路拓扑结构脆弱性和运行特性脆弱性的电–气互联系统线路脆弱度指标,对互联系统的脆弱线路进行辨识。通过计算脆弱线路断开后互联系统的测地线脆弱度(geodesic vulnerability)及供需不平衡量,对所辨识的脆弱线路进行评估。6节点电网–7节点气网和24节点电网–20节点气网2个电–气互联系统的算例分析结果验证了所提脆弱线路辨识方法的有效性。     

考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度

为推动我国高比例清洁能源接入和高比例跨区电力输送的新型互联电力系统建设,降低源荷不确定性对清洁能源跨区消纳和省内-省间电力平衡的影响,提出考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统优化调度方法。首先,设计了计划-市场双轨制下新型互联电力系统省内-省间双层优化调度模式。其次,采用矩不确定集合刻画风光发电和负荷功率的不确定性,并提出由此引起的系统弃风弃光分布鲁棒条件风险度量模型。最后,以省间和省内总购电成本最小为目标,建立新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度模型,并通过对偶优化理论将该模型转化为易求解的半定规划问题。数值仿真结果表明,所提模型促进了西部地区清洁能源跨省跨区消纳,降低受端系统运行成本的同时,有效提高了系统应对源荷功率不确定性波动的能力。     

含风力发电的电动汽车充电站区间优化调度

针对风机出力的间歇性与波动性和电动汽车充电负荷的随机性使含风力发电的电动汽车充电站内的源、荷在一定范围内变化的问题,需要采用不确定性分析方法对其进行优化调度.不同于其他调度模型,文中以多场景方法模拟出的区间值代替点值作为风机出力和基础负荷的预测结果,并根据区间运算规则建立了含风力发电的电动汽车充电站区间优化调度模型.其次,由于辅助模型直接优化求解得出的调度方案和目标函数不一定是最优区间,因此提出了一种转换目标函数的方法,能够迅速求解得出模型中决策变量最优区间解和相应的目标函数最优区间值.最后通过算例仿真表明区间调度结果囊括了点值调度的所有可能运行工况,并且与鲁棒优化结果相比,区间优化结果的保守性有所降低,区间调度结果波动性更小,削峰填谷效果更好,证明了区间调度在处理不确定性调度问题时的优越性和有效性.