计及源荷不确定性与设备变工况特性的园区综合能源系统协同优化运行方法

园区综合能源系统可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,但源荷的不确定性和设备的变工况运行特性易导致较大的供/用能偏差。针对此问题,该文提出一种计及源荷不确定性与设备变工况特性的园区综合能源系统协同优化运行方法。首先,建立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协同优化一体化模型,并利用非线性区间数表征源荷的不确定性;然后,利用区间可能度对非线性区间数进行确定性转换,并采用自适应分段线性化处理能量转换设备的变工况运行特性曲线;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,所提方法能够有效地减小源荷不确定性与设备变工况特性带来的不利影响。     

计及设备变负载率特性的综合能源系统“源-荷-储”协同优化调度策略

针对传统综合能源系统忽略设备变负载率特性建模而导致调度方案经济性降低等问题,提出了一种计及设备变负载率特性的综合能源系统“源-荷-储”协同优化调度策略。首先,基于对系统“源-储”两侧设备运行特性的研究,建立了设备的变负载率模型,以减少传统恒定效率模型带来的调度误差;其次,引入主从博弈理论分析了综合能源系统供需两侧之间的交互过程,建立了计及设备变负载率特性的供需两侧主从博弈模型,进而证明了所提模型存在唯一博弈均衡,并提出相应求解流程;最后,对某园区综合能源系统进行仿真分析,结果表明：本文所提策略能够实现综合能源系统“源-荷-储”协同运行,提升供给侧与需求侧的经济效益。     

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。     

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。     

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。     

基于离散混合自动机的园区综合能源系统多模式建模与日前优化EI北大核心CSCD

综合能源园区是推进能源系统低碳发展的关键应用场景。针对电、气、冷、热耦合的综合能源园区,给出一种供需互动的园区综合能源系统日前优化方法。基于离散混合自动机(discrete hybrid automaton,DHA)架构,搭建考虑多种运行模式的综合能源系统设备级模型与系统级模型;通过搭建用户空调负荷预测模型,给出基于调节价格的园区需求侧负荷响应机制;通过搭建供需互动的园区综合能源系统双层优化模型,计算在低成本模式与低碳模式下的园区综合能源系统日前优化结果。算例仿真验证了所提建模方法在描述设备运行模式的优势,计算园区供需互动带来的经济效益,并评估园区在低碳运行模式下的减排能力。最后,讨论通过清洁机组与储能设备的升级改造实现零碳园区的可行性,以及在设计规划阶段需要考虑的评估指标。     

计及多能转化效率的区域综合能源系统协同优化模型研究

园区能源应用过程中会出现单一能源系统在各类型能源之间的利用效率低和运营成本高等问题,亟待构建一套考虑P2G设备、CCHP联供设备和电制冷机等多源系统的综合能源系统。基于设计的综合能源系统多源协同优化运行结构,设定多个优化目标函数,包括投资收益率最大化、碳减排率最大化和弃能率最小化,采用多目标粒子群求解算法对模型进行求解。算例结果表明：当多能能源转换设备参与系统中进行协同运行时,会造成机组的折旧成本不断增加,从而导致园区综合能源系统的净效益有一定的增加;电转换设备能够有效降低弃能量,提高了碳减排率。     

基于变工况模型的综合能源系统源–荷互动多目标优化调度

随着综合能源系统中清洁能源占比的不断增加,供能不确定性与时空分散性愈发凸显,系统建模与优化调度面临较大挑战。针对上述问题,首先,以能量流动模型为基础,建立能够反映设备效率与负荷率之间非线性关系的变工况模型;然后,考虑柔性负荷特性,引入需求侧管理,优化能源定价和时段策略,激励用户参与调度;最后,建立多目标优化模型和双层递阶优化策略,采用智能优化算法进行源–荷互动多目标优化调度。基于某园区典型日负荷和气象数据进行仿真实验,结果显示该方法能够促进良性源–荷互动,充分调动供需两侧的调峰潜力,在保证用户用能舒适度的同时,提高系统运行的经济性、环保性和稳定性。     

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。     

电-氢-碳综合能源系统协同经济调度

在“双碳”背景下,为优化能源结构,提高可再生能源消纳,进而促进综合能源系统的碳减排工作,提出了一种基于碳捕集和电-氢-气双向转换的电氢碳协同运行的低碳经济调度模式。首先分析电转气两阶段过程中分别耦合氢储能、氢燃料电池以及碳捕集设备的运行机理,构建以清洁能源为主的能源供应和以电、热、冷、气负荷为终端消费的综合能源系统的能量流模型;然后针对其参与碳排放权交易市场,分析碳交易机制下系统各设备的碳成本;最后构建以运行维护成本、购能成本、环境成本和售氢收益之和最小的低碳经济运行数学模型,综合考虑设备约束和系统的能量平衡约束,分析对比不同典型运行模式,验证了所提调度模型的消纳特性、环保性和经济性。     

供需互动视角下区域综合能源系统设备配置与运行策略协同优化研究

以冷、热、电多能流的供需互动为立足点,基于主从博弈论,构建基于集中能源站1-N型架构的区域综合能源系统设计与运行协同优化决策框架。在供给侧,通过耦合考虑投资和运行费用建立设备配置与运行策略的协同优化模型;在需求侧,综合考虑多元能源需求弹性,提出基于用能满意度与购能支出的效用函数。在此基础上,以冷、热、电多元能源价格及相应逐时负荷为决策变量,形成供需互动博弈机制,并提出了博弈模型的求解方法。最后,通过仿真算例验证了所提优化决策方法的有效性。最终优化结果使得区域综合能源系统能源交易量上升,促进了系统的稳定运行,总体社会福利得以提升。     

考虑氢能系统热回收的电氢区域综合能源系统日前优化运行

大力发展以电氢为核心的区域综合能源系统是实现能源系统绿色低碳转型的关键路径。针对现有研究因未系统考虑氢能系统热回收利用，导致能量利用效率低、经济性差等问题，提出考虑氢能系统热回收的电氢区域综合能源系统日前优化运行方法。首先，充分考虑氢能设备变效率、多工况的运行特征，研究不同类型电解水、氢燃料电池和甲烷化设备的产热特性和热回收原理，基于热力学方程和物理反应原理建立氢能系统热回收运行模型；然后，提出考虑氢能系统热回收的电-热-氢多能协同运行架构，建立区域综合能源系统日前优化运行模型；最后，通过算例分析验证了所提方法的有效性。仿真结果表明，氢能系统热回收可有效提高能源利用效率和多能协调运行能力，降低系统运行成本。     

考虑热惯性的综合能源系统运行优化方法

针对多种能源间存在惯性影响差异导致的能源供给与负荷需求无法匹配等问题,从热力系统出发,提出一种考虑热惯性的综合能源系统(integrated energy system, IES)运行优化方法,用以降低系统运行成本及提高运行可靠性。该方法综合考虑供热系统的热惯性,首先分析IES典型架构和系统能量转换模型,将IES的能源输送网络作为基础,研究热网管道输送能力的描述参数,建立供热管道的热惯性和蓄热模型;其次,以系统总运行成本最低为目标,结合功率平衡约束和设备运行安全约束等,考虑供热管网热惯性和储热特性,建立相应的IES运行优化模型,并基于遗传算法对模型进行求解;最后,基于优化模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提运行优化方法能够在保障设备平稳安全运行的情况下,有效降低系统运行成本,提高系统灵活性。     

考虑多元储能差异性的区域综合能源系统储能协同优化配置

储能作为综合能源系统融合的纽带,如何配置电/热/冷多能存储是综合能源系统规划中的重要研究内容.该文提出考虑电/热/冷多元储能差异化建模的区域综合能源系统储能协同配置方法.多元储能协同配置的基础是耦合能量流和储能特性描述,在耦合能流上明确含电/热/冷三种能量形式的综合能源系统结构,并建立电-热网络模型;在储能特性描述上基于储能统一模型建立电储能有功-无功特性模型和热/冷储能精细化模型,并定义多元储能综合效率用于控制不同类型储能效率对能源综合利用效率和经济性的影响.建立多元储能协同配置模型,该模型用于得到多元储能额定容量、功率、位置等规划方案,以经济性、环保性为目标,有机融合了典型日优化运行;采用遗传算法和Gurobi求解器相结合的混合策略求解.算例表明多元储能协同配置、协调运行具有优越性;考虑多元储能之间的统一性和差异性有助于得到更加全面的储能配置方案.     

考虑综合需求响应的园区综合能源系统优化配置

园区综合能源系统是用户侧多能源耦合与供应的典型形式,而综合需求响应(integrated demand response,IDR)则是实现多种能源间耦合互补关系的重要应用,而目前的园区综合能源系统规划研究并未考虑IDR的应用。为了进一步激发园区综合能源系统中的多能互补特性,提升规划的灵活性和经济性,文中提出了一种考虑综合需求响应的园区综合能源系统优化配置模型,其在建立PIES内部各能量转换设备和能量存储设备数学模型的基础上,以包含投资、运行、维护和IDR成本的全寿命周期成本最小为目标函数进行建模,考虑了设备运行、功率平衡以及IDR的约束条件。以某热/电耦合商业园区综合能源系统为例进行算例分析,并在MATLAB平台上调用CPLEX求解器对所提模型进行求解。算例分析结果表明,考虑IDR的园区综合能源系统配置结果相比不考虑IDR而言,具有"削峰填谷"作用,可以更好地发挥园区综合能源系统多能互补特性,降低了园区综合能源系统的全寿命周期成本。     

基于运行成本的园区综合能源系统优化调度

能源消耗密集型企业的聚集使得园区内部能源消费成本极高,且增加了电网运行稳定的不确定性,因此统筹配置新型能量转换设备的综合能源系统应运而生。文章提出综合能源系统的运行模式框图,并针对各设备的运行特性建立出力模型,以园区日运行成本最低为目标构建优化函数,并以各设备的额定运行状态为约束条件。基于改进蚱蜢优化算法的寻优结果显示配置了综合能源系统的工业园区在用能成本上有较大幅度的下降,且增加了对风光的消纳能力,具有较好的经济和环保效益。最后,将优化前后各部分运行成本进行对比,验证了文中所提方法的有效性和可靠性。     

考虑能量梯级利用的园区综合能源系统站网协同规划

为了提升综合能源系统的能源利用效率,基于能量梯级利用原理,对能源站选址、设备选型定容和能源网络布局进行协同规划;同时考虑负荷的能源品位互补特性,建立了一种考虑能量梯级利用的园区综合能源系统站网双层规划模型。上层模型以考虑能源站和能源网络投资成本最小为目标,建立能源站网协同投资模型;下层模型考虑负荷间的能源品位互补,以兼顾?效率的运行成本最小的目标,建立能源站的运行模型。在此基础上,基于最短路径理论的枚举法,采用CPLEX求解器进行模型求解。选取了北方某园区综合能源系统对所提方法进行了仿真验证,结果表明所提方法实现了负荷间的能源品位互补,解决了传统规划时能源需求和能源供应品位不匹配的问题。     

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。     

多类型需求响应下含氢能综合能源系统低碳运行

为充分挖掘需求侧资源的响应力度和氢能的清洁低碳特性,提出一种考虑多类型综合需求响应的电-热-气-氢综合能源系统低碳协同优化运行策略。首先,构建以电解槽热氢联产、氢燃料电池和甲烷反应器组成的氢能利用系统,建立考虑价格型、激励型和替代型的综合需求响应模型;其次,基于奖惩阶梯型碳交易机制,构建以成本最小为目标的综合能源系统低碳优化模型;最后,通过算例仿真设置不同场景,验证所提方法的有效性,实现了综合能源系统低碳、经济、高效运行。     

基于服务商引导的综合能源系统源-荷协同优化方法

随着能源市场的逐步开放,大量市场因素涌入传统集中式优化调度策略。在此背景下,以园区综合能源系统(community integrated energy system,CIES)优化运行为应用场景,提出了基于综合能源服务商(integrated energy services provider,IESP)引导的源-荷协同优化运行模型。在需求侧,考虑园区可转移电、气负荷以及建筑物维护结构虚拟储热特性建立综合需求响应(integrated demand response,IDR)策略。在供给侧引入综合能源服务商以代替能源网络引导多能协同灵活交易,综合考虑园区用能需求、响应反馈以及主网与园区联络线电交互功率变化情况优化电-气联合价格信号。通过粒子群结合混合整数线性规划的双层优化算法对上层服务商的价格信号及下层园区需求响应、经济调度等行为进行分层优化,考虑供需双侧互动过程中的相互影响,循环迭代求解出各方追求利益目标时的交互策略。算例仿真表明所提模型可在保障园区的参与满意度、用能经济性的基础上挖掘其响应潜力,对园区与主网间电交互功率进行“削峰填谷”,优化配置系统能源资源,提高系统整体经济性。