综合能源系统供热管网动态耦合模型研究

区域供热网络是综合能源系统中最关键、最敏感的组成部分。在以往对综合能源系统供热管网的模拟研究中,基于稳态水力特性的水热力耦合模型更为普遍,尚未考虑水热力耦合动态特性。文章提出一种考虑水力动态特性和热力动态特性的综合能源系统供热管网耦合计算模型,采用改进的前向反馈迭代法内嵌特征线法和前向迎风差分进行模型求解。通过算例可以看出,所提出的动态耦合模型可以体现综合能源系统供热管网水力瞬态过程以及其对供热管网热力传输的耦合影响,对综合能源系统调度优化过程中的管网安全性具有指导意义。     

区域综合能源系统中考虑季节负荷特性的多能流耦合运行研究

为了深入研究区域综合能源系统中电、热以及天然气三种能量流的耦合情况,本文基于能源集线器理论,提出一种适用于冬夏两季不同负荷类型的通用能源集线器模型,建立了该模型下的耦合矩阵及运行模式,结合与之相连的天然气管网与配电网稳态计算,得到能源集线器的能量分配计划。以MATLAB及其simulink为平台实现对该系统的仿真计算,计算结果表明,所提出的模型及计算方法可用于分析能源集线器中不同能流的耦合程度,算法能够合理的反映区域综合能源系统的稳态特性。通过运行模式的对比与检验,进一步证明了考虑负荷特性的冬夏运行方式的合理性。     

电热联合系统最优潮流研究

电热联合系统发展迅速,电热联合优化可取得更大经济效益。在分析实际热网结构特点基础上,结合热力系统的水力模型、热力模型,提出了计及热网回水管网热损失的热力系统潮流计算模型。建立了热力系统和热电机组、电锅炉等电热耦合设备的运行约束条件以及含多分支辐射状热网的电热联合系统最优潮流模型。研究了跟踪中心轨迹法求解该模型的计算方法与计算过程。算例计算以及与普通潮流对比分析表明,最优潮流可在热源参数上下限范围内优化选择热网运行控制参数,并优化发电机出力,故热电联合系统最优潮流运行时,具有更好的经济性。     

基于PSASP的电热耦合能源系统潮流计算

针对以电/热/冷多类型能源耦合为特征的能源互联网系统,建立了热力管网系统关键设备的稳态模型,研究了电热耦合能源系统的潮流计算方法。同时基于目前国内电力系统分析普遍采用的电力系统分析综合程序(PSASP),利用用户程序接口(UPI)开发了电热耦合能源系统的潮流计算程序,充分利用成熟的电力系统分析商业软件的功能,实现综合能源网络的稳态计算,为能源互联网做进一步的系统分析奠定基础。     

电-热综合能源系统能流的区间计算算法

为描述电、热负荷不确定性对综合能源系统的影响,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。首先,计及电-热综合能源系统负荷的不确定性,分别建立了电力网络区间模型和热力网络区间模型。然后,考虑热电联产机组、水泵和热泵建立了一种更符合实际情况的电热耦合元件区间模型。最终,通过电热耦合元件实现了电力网络和热力网络的耦合,建立了电-热综合能源系统区间能流模型。针对传统的区间迭代法存在的计算结果区间易于扩张的问题,采用基于区间扩展的迭代算法对电-热综合能源系统区间能流模型进行求解。对IEEE33节点系统和32节点热力系统构成的电-热综合系统进行算例分析,结果验证了所建区间模型和所提算法的正确性。     

基于Benders分解和纳什议价的分布式热电联合优化调度

考虑供热管网储能特性的热电联合优化调度可以有效地提高电力系统的灵活性，促进可再生能源高比例消纳。电力系统和热力系统隶属于不同的运营主体，热电联合优化调度在最大化总体效用时，不应损害个体利益。该文提出一种基于Benders分解和纳什议价的电-热综合能源系统分布式优化调度方法。首先，热力系统与电力系统依次计算最优热流和最优功率分配，分别得到各自独立调度的运行总成本；然后，利用Benders分解计算电-热综合能源系统最优能流，相应得出电-热综合能源系统运行总成本；最后，通过纳什议价重新分配两者的合作剩余以鼓励热力系统参与热电联合优化调度。两个不同规模算例的仿真结果表明，所提方法能在保护信息隐私的前提下，实现激励相容并促进可再生能源消纳。     

综合能源微网系统的滚动优化经济调度

提出了不确定实时运行环境下综合能源微网系统的最优经济调度模型。考虑模型中涉及可再生能源机组出力、需求侧负荷及实时电价等随机因素,采用滚动优化方式平抑其影响,以最大限度地提高能源利用率。进一步针对微网热电联供的特点,以微燃机作为热电耦合单元,建立同时满足网络潮流约束与热平衡约束的综合能源微网最优潮流模型。针对模型的混合整数与非线性特征,采用含自适应变化惯性权重的改进粒子群优化算法进行求解,并以启发式规则约束热电耦合单元进化方向。以改造后的IEEE 37节点配电系统为例,验证了微网滚动优化调度模型与相应求解方法的有效性。     

电气-供热管网系统等值模型与静态潮流分析方法

随着光伏、风电等清洁能源的持续增长,电热混合系统将是未来综合能源系统的发展趋势。首先,建立供热管网系统流体质量流量与电力系统电功率的等值关系,保证电力功率流、热力流量流可以在统一的时域尺度下进行分析。在此基础上,分别构建供热管网系统的平均温度响应模型及电锅炉外特性模型,确立供热管网系统响应状态及电、热功率流间相互影响的变量。基于牛顿法和供热管网水力计算基本原理,推导电气-供热管网系统潮流修正方程及其雅可比矩阵元素表达式,提出计及电制热效率随系统运行环境变化的电热混合系统潮流静态分析方法。最后,通过算例分析验证了所提出方法的可行性及实用性。     

基于随机经济模型预测控制的电热综合能源系统运行优化

北方供暖地区存在大量热电联产机组,其"以热定电"的运行特性限制了机组调峰能力.同时,随着我国能源替代的提出以及风电的快速发展,建立包含风电的电热综合能源系统是降低电热耦合以及系统运行成本的重要手段.因此,建立电热综合能源系统模型,在满足用户电热负荷需求的基础上,综合考虑风电不确定性以及系统动态过程中的经济性,提出一种基...     

基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法

由于区域综合能源系统中存在电、热等难以耦合分析的多种能源潮流,提出基于时间序列与耦合分析的区域综合能源系统多能潮流计算方法。首先,利用时间序列分析该系统的调频特性,获取该系统的运行频率,并构建区域综合能源系统稳态网络模型。然后,分别计算电力系统与热力系统潮流,并通过电热耦合分析,得到该系统多能潮流计算结果。最后经实验验证：该方法可以精确计算热力系统中不同管道的供热温度与回热温度,还能够计算得出电力系统运行时的电压、有功功率与无功功率,实现较为全面的多能潮流计算。     

电热联合调度模型综述

区域电热综合能源系统在能源利用方面有独特优势,为了准确把握电热联合调度的研究重点,综述了电热联合调度模型的相关研究热点问题。介绍了以区域供热为对象的电热联合系统的基本结构与特点。从电热能流差异出发,分析了联合调度模型中热力系统各元件热力特性模型、电力系统典型模型和电热耦合元件典型模型。针对目前电热联合调度模型的研究侧重点与进展,从基本调度模型、考虑能流差异性、考虑系统不确定性、考虑调度机制、考虑主体利益与电力市场的调度模型等五个方面综述了主流的电热联合调度模型,并展望了电热联合调度模型未来研究方向。     

基于能流耦合机理的热电耦合综合能源系统潮流分析及对比

热电耦合综合能源系统对提高能源利用率、实现可持续发展具有重要意义,潮流计算作为研究稳态热电耦合综合能源系统的常用方法,能够计算出系统网络的能流分布,为后续的规划、运行、调度提供数据基础。该文基于热电耦合规律,考虑热力系统中回水热损失改进了传统热力系统模型,并结合电力系统模型组成了热电耦合综合能源系统潮流计算模型。在此基础上研究了统一求解法与分立求解法两种潮流计算方法。建立算例系统,分别采用分立求解法与统一求解法进行潮流计算,并对比分析二者的计算性能及结果。结果表明：在设定算例系统计算精度为10-2时,统一求解法与分立求解法均可满足热电耦合系统潮流计算要求。系统中电网节点功率满足基尔霍夫定律,热网由于需要工质来承载能量,在流动时产生损失时除单纯的能量损耗外还需考虑工质损失,因此回水总量少于供水总量。系统采用以热定电时,分立求解法总迭代次数为10次,耗时8.48 s,统一求解法迭代次数为8次,耗时10.56 s,考虑热网和电网的相互影响时,分立求解法迭代次数和耗时大幅增加,统一求解法基本不变,因此采用以热定电时分立求解法更加简便,在考虑热网和电网的相互影响时,适合使用统一求解法。     

计及静态安全因素与热电最优潮流的综合能源系统联合运行优化模型

针对区域多能量枢纽(energy hub,EH)互联的热电耦合综合能源系统(integratedenergysystem,IES),提出一种综合考虑静态安全因素与热电最优潮流的IES联合优化运行模型。模型为双层结构,首先提出热电耦合网络最优潮流计算方法,并在此基础上建立整个系统的静态安全评估指标。上层模型以系统运行经济性与静态安全性为目标,优化各EH单元的冷热电输出;下层模型根据上层热电最优潮流计算结果,结合经济性目标,并兼顾光伏消纳能力,实现EH单元内部各机组的实时出力优化。最后结合算例仿真结果证明了所提模型的有效性。     

先进绝热压缩空气储能多能流优化调度模型

先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）是一种可实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统,其储能的过程中会伴随产生额外的多种能流,若将运行中产生的额外能流收集起来,AACAES可作为微型综合能源系统进行使用。该文通过基于能源集线器（EH）构建通用能量交换分析模型,针对AA-CAES内部组件压缩机、透平机、换热器等部件进行模块化矩阵建模,分析其热力学特性和能流产生效率,研究AA-CAES的多能流联供调度策略。以最大化经济性运行为目标,提出了一种基于能源集线器矩阵化建模的AA-CAES多能流优化调度模型,并采用典型的压缩空气储能系统设备数据,进行仿真验证。仿真结果表明,AA-CAES作为微型综合能源系统具有较好的经济性,并且可以实现日常的热电联供,减少或降低其他供热系统的能耗,提高区域的能量利用效率。     

考虑能源站非线性效率系数的电热综合能源系统运行分析

为简化计算和提高效率,传统电热综合能源系统中区域能源站能源转换设备的效率系数通常设为常数。但在实际运行中,能源转换设备的效率与其实时出力往往呈非线性关系,因此采用常规优化调度方法存在精度问题。由此,根据已有研究提出的效率系数与其输出功率的二次函数关系,构建电热综合能源系统的最优经济调度模型,并采用粒子群算法进行求解。基于算例分析,考虑能源站非线性效率系数和常效率系数对电热综合能源系统运行成本、电网和热网运行时间特性以及配电网电压水平等的不同影响,为实际工程应用提供相应的理论支持。     

计及多能耦合的区域综合能源系统最优能流计算

摘要：为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,区域综合能源系统已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握区域综合能源多能耦合机理,对未来实现系统的有序规划、运行具有重要研究意义。文中提出了一种区域综合能源系统中具有分布式能源的最优能流模型和方法。提出了基于能源集线器模型并充分考虑能耗（太阳能,燃料油,生物质能）的电力系统、天然气系统、热力系统的优化策略。采用基于内点法对区域综合能源系统模型进行求解。通过利用辅助燃烧设备（Supplemental firing equipment,SFE）调节热电联产（Combined heat and power,CHP）单元的热电比,建立了带有SFE的生物质能CHP模型,从而增加了CHP供能比例,最终实现了系统的经济运行。     

基于电热耦合潮流的综合能源系统风险评估方法

安全可靠是综合能源系统的基本要求,为保障综合能源系统的供能可靠性,开展其风险评估研究具有十分重要的意义。文章首先建立考虑蒸汽网络的电热耦合潮流计算算法,接着设计考虑运行侧与用户侧的综合能源系统风险评估指标体系,最后提出基于电热耦合潮流的综合能源系统风险评估流程。算例结果表明,文章所提出的风险评估指标及分析方法可以有效识别多能流系统的整体风险。     

考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化运行

区域综合能源系统是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源难以消纳问题的有效途径之一。基于电力负荷与热力负荷在综合能源管理中具有相似的可调度价值,提出了一种考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化模型。首先,在电力负荷价格型需求响应的基础上,分析了热力负荷具有传输延迟、供热舒适度模糊性等固有特点,可作为柔性负荷参与到优化调度中,即热力需求响应;其次建立了包含风电、光伏、燃气轮机、余热锅炉、储能设备、燃气锅炉、以及电热负荷构成的热电联供型园区微网模型,以系统综合运行成本最小为目标函数。算例仿真结果表明,综合需求响应的应用提高了园区微网热电生产的灵活性,考虑电热力多负荷综合需求响应比单一考虑需求响应可有效地减少弃风、弃光,降低需求侧用户的总能源消耗成本以及系统的运行成本,提高能源利用效率,实现系统环保经济运行。     

含分布式发电的热电联供系统负荷恢复策略

近年来含分布式能源的热电联供系统在区域能源系统中得到了广泛应用,而传统故障分析仅针对供电系统进行决策,缺乏对综合能源系统的整体考虑。文章在热电联供能源系统供电中断情况下,研究综合能源系统供能恢复问题。引入换热站模型和高耗电、高产热的大型耗能用户模型描述热电耦合关系,对热-电系统间的能量生产、分配、转换以及不同等级负荷的供能恢复过程进行建模,考虑热惯性影响,利用供热量在空间和时间的弹性,构建热电联供系统负荷恢复策略模型,并用CPLEX求解器求解,得到故障后负荷综合损失最小的方案。利用某热电联供系统算例验证所提方法的有效性。     

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。