计及相关性的电-气-热综合能源系统概率最优能量流

由电力系统、天然气系统和热力系统耦合构成的综合能源系统(IES)是"能源互联网"的重要组成部分,是构建更加经济、环保、高效能源系统的必经之路。该文提出了一种计及相关性的电-气-热IES概率最优能量流计算方法。首先,以IES运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统、热力系统的运行约束及能量耦合约束,建立了IES最优能量流模型;针对IES中风电接入背景下的不确定性因素,并考虑其相关性,建立IES概率最优能量流模型,并采用基于Nataf变换的三点估计法对该模型进行求解。对由修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统和巴里岛32节点热力系统构成的IES进行仿真分析,仿真结果验证了该文所建立模型的可行性与有效性。     

区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法

为满足区域综合能源系统多维度优化调度及能量管理的需求,构建了区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法。首先,基于能源集线器理论,构建了区域综合能源系统中能量中心的数学模型;随后,考虑区域综合能源系统中三相不平衡配电系统、燃气管网以及能量中心的相关约束,给出了以经济成本最小化和污染气体排放量最小化为目标的多目标最优混合潮流算法。所提多目标最优混合潮流算法可进一步应用于区域综合能源系统日前优化调度中,所形成的调度方案能全面地考虑经济性、环保性、安全性以及各类运行约束,保证系统经济稳定运行。测试结果表明,所提出的算法能够合理反映区域综合能源系统的稳态特性,可以多维度实现区域综合能源系统中的多个能源系统及用能单元的优化调度。     

基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流算法

电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)的最优能量流(optimal energy flow,OEF)计算是其优化规划与运行分析的基础。针对现有电-气综合能源系统最优能量流求解方法存在的数据交互频繁、收敛性差以及难以保证隐私性等问题,提出了一种基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流计算方法。首先,建立计及有功网损的电力网络最优直流潮流模型,以及基于二阶锥松弛的天然气网络最优潮流模型。其次,基于参数线性规划理论,建立了电-气耦合功率与电力网络潮流最优解的关联函数。然后,将该关联函数传递至天然气系统中进行联合优化,并返回电-气耦合功率信息至电力系统中求解,分别得到最优能量流的天然气流与电力潮流结果。仿真分析表明所提方法能够通过单次信息交互准确求解最优能量流,同时交互信息量较小且不包含隐私信息,适用于最优能量流的分解式计算。     

孤立综合能源系统的净零碳日前优化调度方法

在当前“碳达峰,碳中和”战略目标下,针对孤立能源系统的能源自给及低碳化需求,本文提出一种孤立综合能源系统的净零碳日前优化调度方法。该方法首先基于物质的量守恒和能量平衡原理,分析异质能量的转换和碳元素流转过程,并以氢能和碳为中心,提出面向孤立综合能源系统的净零碳运行机制;然后以孤立能源系统的日成本最优为目标,考虑净零碳运行机制、电力系统运行约束和天然气系统运行约束,建立了孤立综合能源系统的日前优化调度模型,并将该模型转化为混合整数线性规划问题;最后以IEEE 39-NGS20电-气互联系统作为测试系统进行仿真分析,仿真结果表明,本文所提方法可以实现综合能源系统的100%自给和净零碳运行,并明显提升孤立综合能源系统日前调度的经济性。     

基于点估计算法的异构能源系统运行评估策略研究

需求响应、能源供给以及负荷的复杂性会给异构综合能源系统的运行带来不确定性。因此,本文提出了一种运行评估策略,考虑系统不确定性进行异构综合能源的能量流分析。首先,提出了由电气,燃气和热能子网组成的异构综合能源系统的能量流概率模型,考虑了子网之间的耦合设备。其次,使用点估计算法对系统不确定性进行分析。此外,还提出了一种新的分析方法,以加速异构综合能源系统的能量流分解。在仿真中对所提出的方法进行测试,相比传统方法,所提出的方法在求解速度和精度方面均有较大提升。     

基于深度学习的概率能量流快速计算方法

考虑新能源日益增长的不确定性,概率能量流在电–气综合能源系统分析中起到关键性作用。概率能量流计算需要求解大量高维非线性方程组。高计算代价和求解时间已成为概率能量流实际工程应用的瓶颈所在。为此,该文提出了利用深度神经网络求解该问题的新方法。该方法借助堆栈降噪自动编码器(stacked denoising auto-encoders,SDAE)的深层堆栈结构以及编码解码过程,建立了基于SDAE的能量流模型,可有效挖掘非线性能量流方程的高阶特征。结合能量流输入输出性质不同、变化范围不一等数值特点,在SDAE模型中引入了修正线性单元(rectifiedlinearunit,ReLU)激活函数与离差标准化方法,可有效提高训练精度与速度。结合蒙特卡洛法抽样出待解样本,使用训练后的SDAE能量流模型,通过数据映射得到抽样样本的能量流结果,在不增加硬件成本的前提下求解概率能量流,求解时间和精度符合在线应用要求。最后,在IEEE14-NGS10电–气综合能源系统中验证了所提方法的有效性。     

基于数据驱动分布式鲁棒的热-电-气综合能源系统日前经济调度优化

部署综合能源系统的微网能够实现风电与多种能源的能量互济,进而提升能源的综合利用率.然而风电自身的不确定性为综合能源系统的日前经济调度方案带来了诸多挑战.为应对风电的不确定性,首先构建了热-电-气综合能源系统两阶段日前经济调度模型,其次利用数据驱动分布式鲁棒方法刻画了风电的不确定性,然后引入对偶理论、大M法进一步将非线性的第二阶段经济调度模型转换为易于求解的线性优化模型,最终采用列约束生成算法进行迭代求解.算例证明,相比于传统模型,所提模型能够实现16.9％的经济性提升;相比于鲁棒优化方法,所提方法能够实现经济性提升4％.     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流分析

随着电力系统与天然气系统间耦合程度的日益增强,能源系统间的不确定性因素对电-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)运行状态的影响日趋显著,需在其能量流分析中予以考虑。为此,提出一种基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流计算方法。首先,考虑燃气机组和电驱动压缩机作为耦合元件,构建电力系统和天然气系统的稳态能量流模型,并提出对应的顺序求解方法;然后,基于风电和不同系统负荷的不确定性模型,提出输出状态变量半不变量的计算方法;在此基础上,基于最大熵原理法计算得到不同系统中节点和支路状态量的概率密度;最后,采用IES 118-20节点和IES 2383-60节点综合能源测试系统对所提算法的准确性和有效性进行分析验证,结果表明,所提算法可实现电–气综合能源系统概率能量流的快速准确计算。     

基于交叉项解耦随机响应面的电–气互联系统低碳化概率最优能量流EI北大核心CSCD

针对双碳战略目标下含大量不确定因素的电–气互联系统的低碳化运行需求,建立电–气互联系统低碳化概率最优能量流模型,提出基于交叉项解耦的改进随机响应面法实现高效求解。首先,构建碳捕集-电转气的低碳化协同运行模式,通过碳的循环利用和氢的多模式协同利用,促进异质能源系统的高效交互,并基于此建立电–气互联系统低碳化概率最优能量流模型;然后,针对现有电–气互联系统概率分析方法难以平衡计算精度与求解效率的不足,提出一种基于交叉项解耦随机响应面的概率能量流分析方法,采用泰勒级数展开对Wiener混沌多项式中的交叉项进行解耦与简化处理,从而克服随机响应面方法难以处理高维随机变量的缺陷;最后,采用IEEE 39-NGS 20和IEEE 118-NGS 90这2个电–气互联系统,验证所提模型和方法的准确性和适应性。     

考虑能源子系统与储能的综合能源系统优化分析

针对当前综合能源系统（integrated energy system， IES）研究中未详细考虑含电-热-气-冷-汽子系统（power， heat， gas， cooling and steam subsystems， PHGCSS）协调运行效果的现状，研究计及能源子系统关键特征变量的IES日前稳态优化问题。首先，基于多类型负荷需求设计能源集线器（energy hub， EH）及能量耦合方式。在EH基础上提出耦合PHGCSS的能源站模型构架。然后，分别建立IES中PHGCSS稳态数学模型。在考虑峰谷分时电价机制基础上分析蓄电、蓄热、蓄冷对并网运行的IES日前稳态优化的影响。其次，在不同负荷结构下建立含PHGCSS日前稳态非线性优化模型。最后，通过算例分析验证对IES进行稳态优化计算和稳态运行分析的有效性，结果表明，所提模型与方法适用于含PHGCSS的IES日前稳态优化分析及日前动态经济调度，能够合理反映IES的运行特性。     

综合能源系统日前-日内多目标优化控制策略

多能互补综合能源系统(Integrated Energy System,IES)的发展为实现能源高效利用和生态环境改善提供了新的可能,文中充分考虑IES多目标运行约束,以及不同能源响应特性在时间尺度上的差异,提出一种基于多目标的IES日前-日内分层优化控制策略。在日前阶段,考虑环保、能耗、可靠性、经济等多目标,将前三类通过量化评价指标加入到模型约束条件中,构建IES日前多目标优化模型,合理安排供能储能机组的出力计划;在日内阶段,依据冷热能和电能的调控时间差异实现分层控制,上层控制和下层控制分别通过机组调控惩罚成本,引导滚动修正机组出力平抑冷热能功率波动和电能功率波动。最后,基于一种典型IES结构设计算例,分析IES日前控制和日内控制各设备出力,验证所提方法的有效性。     

计及效率的综合能源系统多目标优化调度方法

综合考虑综合能源系统(IES)在能效、经济、环境等多目标上的优化调度需求,提出一种IES的多目标优化调度模型及求解方法,以实现多能互补IES的节能减排、经济运行与环境友好调度运行。首先建立了满足IES在能效、经济、环境等方面的优化调度需求的多目标函数模型,并在能效目标函数中引入■效率,实现多能耦合系统的高效、高质量用能;其次建立了适用于多目标优化调度的IES数学模型,并通过模型凸松弛等方法保证模型的凸性,提高问题求解效率;再次建立了多目标优化调度问题帕累托前端的求解及运用方法,利用多目标凸优化问题的标量化方法进行模型转换,从而求解多目标凸优化问题,并提出筛选方法,用于从帕累托前端中筛选得到综合性能较好的调度方案;最后结合贵州省某IES算例仿真,验证了所建立多目标优化调度模型与求解方法在满足区域IES由于多能耦合而带来的多目标调度需求上的可行性。     

计及柔性负荷的综合能源系统低碳经济运行

多能互补的综合能源系统 (integrated energy system, IES) 能够有效提高能源使用效率，解决环境污染等问题。在此背景下，提出了一种考虑柔性负荷 (flexible load, FL) 和碳交易机制的IES优化调度模型。首先，将碳交易机制引入系统调度模型中，综合考虑整个能源供应环节的碳排放，并采用过排放罚金机制以促进系统节能减排。然后，将FL分为可削减负荷、可转移负荷和可平移负荷三类，应用于IES的低碳经济运行之中。在此基础上，以碳交易成本、FL调度成本、系统能耗成本之和最小化为优化目标，考虑电力系统网络约束、天然气系统网络约束和能源中心 (energy hub, EH) 内部约束，建立了IES低碳经济调度模型。最后，采用算例系统对所构建的模型和采用的方法进行验证，并分析了罚金价格对于系统碳排放的影响，以及FL在消纳风电和节能减排方面的作用。     

基于多时间尺度和多源储能的综合能源系统能量协调优化调度

考虑源荷不确定性及储能设备配置对综合能源系统IES(integrated energy system)优化调度的影响,提出基于多时间尺度和多源储能的IES能量协调优化调度策略。该策略以系统运行经济最优、滚动控制时域内购能成本与储能惩罚成本之和最低以及设备输出功率调整量最小为目标,分别建立了日前、日内滚动和实时反馈3个时间尺度的优化调度模型。在日前考虑多种储能模式对IES经济性的影响;日内利用场景分析法描述滚动预测的不确定性来提高系统经济运行稳定性;再基于模型预测控制方法,构建日内与实时的反馈闭环优化,平抑由预测误差导致的系统功率波动。仿真结果表明:多源储能模式有助于提高IES的经济性;多时间尺度调度既可以保证IES运行的经济性,又能有效降低不确定性对系统实际运行的影响,减轻电网平抑功率波动负担。     

基于多时间尺度综合需求响应策略的综合能源系统优化运行

为充分挖掘各类型综合需求响应(integrated demand response,IDR)参与协调综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行能力,首先分析IDR多时间尺度特性,建立各类型IDR模型并制定了IDR多时间尺度响应策略;然后基于此策略建立以经济性最优为目标的IES多时间尺度优化运行模型:该模型分为日前-日内上层-日内下层三个阶段,在日前阶段制定经济性最优的日前调度计划,在日内阶段划分长、短两个时间尺度分别对冷/热、电/气相关设备出力进行分层管理;最后算例分析表明,所提模型能够有效降低运行成本,充分发挥不同响应能力的设备参与日内调度的潜力。     

基于多时间尺度综合需求响应策略的综合能源系统优化运行

为充分挖掘各类型综合需求响应(integrated demand response,IDR)参与协调综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行能力,首先分析IDR多时间尺度特性,建立各类型IDR模型并制定了IDR多时间尺度响应策略;然后基于此策略建立以经济性最优为目标的IES多时间尺度优化运行模型:该模型分为日前-日内上层-日内下层三个阶段,在日前阶段制定经济性最优的日前调度计划,在日内阶段划分长、短两个时间尺度分别对冷/热、电/气相关设备出力进行分层管理;最后算例分析表明,所提模型能够有效降低运行成本,充分发挥不同响应能力的设备参与日内调度的潜力。     

含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型

天然气压力能的不确定性与其管网负荷随机波动性,限制了综合能源系统中压力能利用效率的提高.提出一种天然气调压站压力能发电与制冷的综合利用模式及系统架构.首先,为解决天然气管网流量波动导致压力能不稳定、供需不平衡的问题,通过研究调压站综合能源系统中的压力与负荷不确定性因素,分析压力能不确定性及综合能源系统与调压站集成系统相关性对综合能源系统优化调度的影响,确立综合能源系统不确定性因素与模型.然后,在此基础上,将气体作为冷能传输介质,考虑气、冷、热不同能量的传输特性,分析该系统分时间尺度能量平衡关系,并兼顾经济性与低碳性建立含天然气调压站的综合能源系统优化调度模型,进而采用混合整数非线性规划法进行求解.最后,通过某实际调压站综合能源系统验证了所提优化调度模型的可行性与有效性.     

综合能源系统控制自由度指标及其对经济调度的影响

综合能源系统通过多能流耦合转化，向用户提供多样化的能源供给服务。相比传统的独立供能系统，综合能源系统具有更大的控制自由度。针对如何衡量系统的控制自由度这一问题，首先提出了表征多能流相互转换能力的可转换性指标，以及表征用户侧选择能源空间的可替代性指标，并给出了这两个指标的计算方法。其次，考虑控制自由度对于综合能源系统优化运行的影响，建立了冷-热-电-气综合能源系统的经济调度模型。最后对算例进行仿真分析，结果证明提高综合能源系统的可转换性和可替代性两个控制自由度指标可以降低系统的经济调度成本。     

区域气电综合能源系统同质化网络流优化方法

现有综合能源系统(integrated energy systems,IES)优化研究缺乏统一同质化工作,且主要集中于输电网,不适用于电阻电抗比值较高的配电网。网络流模型具有统一表示输配电网、天然气网能量流动和分配情况的能力,并能以可视化的形式将能量流清晰展现。文章基于IES能量传递的内部本质相同和外部特征相似等特性,构建了以系统总经济成本最小化为目标和系统安全为约束的气电综合能源系统(gas-electricity integrated energy system,GEIES)统一同质化网络流模型,将异质能源同质化到统一网络流平台进行计算。算例分析表明,该模型不受网架结构限制且形式清晰直观,对应算法求解速度快且能保证线性收敛。所提模型能够合理反映涵盖配电网IES的稳态特性,为多能流同质化统一优化调度提供参考。