面向能源互联网的多能流综合能量管理系统:设计与应用

能源互联网是当前国内外学术界和产业界关注的热点和创新方向,其中一个焦点是研制多能流综合能量管理系统(IEMS)。在简要回顾能量管理系统(EMS)发展历程的基础上,设计并研制了面向能源互联网的IEMS,通过多能互补和源网荷储协同,实现安全供能前提下的效益最大化。阐述了所研制的IEMS的主要功能,并通过示例展现了其应用效果,该IEMS系统已经在几个能源互联网的示范项目中得到现场应用。     

基于多能流解耦算法的综合能源系统N-1静态安全分析

综合能源框架下,各能源子系统间的能量交互更加频繁,多能流协同运行在提高运行能效的同时,也使传统面向单一能源子系统的安全性分析方法难以适用,有必要针对电—气—热的综合能源系统静态安全问题进行深入分析。首先,建立含电、气、热的综合能源系统数学模型,计算综合能源系统静态多能流;其次,针对综合能源系统耦合元件提出互济控制模式和保护控制模式两种控制模式;在此基础上,建立预想事故集,对综合能源系统进行静态N-1安全校核;通过分析综合能源系统的静态N-1安全校核结果,探究耦合元件退出运行以及耦合元件不同控制模式对综合能源系统运行安全性的影响;最后,通过IES 14节点测试系统算例对所提出的综合能源系统N-1静态安全分析方法的准确性和有效性进行了分析、验证。     

面向时间过程的概率性静态安全分析方法

为快速有效地评估电网时间区间的安全状况,提出了一种面向时间过程概率性静态安全分析方法。综合考虑全时间过程的各个断面的相关性及系统变量的不确定性,通过利用特征断面直流概率性预想事故筛选结果,进行自适应的面向时间过程划分,以保证划分结果的准确性,从而将全过程时刻断面安全分析过程转化为少量子时间过程的静态安全分析,提高了安全分析的速度。定义了时间过程预想事故集分类,并在时间过程中对预想事故进行综合性校验。NX电网151节点系统验证了该方法的有效性和准确性。与传统单断面概率性静态安全分析结果进行对比,所提方法能大幅提高运算效率,具有一定的实用价值。     

能源互联网多能流的耦合模型及动态优化方法综述

将分布式可再生能源和互联网技术相结合的“能源互联网”概念为解决人类的化石能源危机提供了可行路径。能源互联网将打破电、气、热等不同能源系统间的壁垒,实现多种能源的综合高效利用,支持大规模可再生能源的广泛接入,成为耦合多能流的开放互联新型能源供应系统。首先基于能源互联网的相关研究,归纳了能源互联网的多能流耦合特征。接着介绍了多能流耦合模型的构建方法,根据能源组网的结构和用能形式的不同,分析了能源互联网的多能流交互机理。在此基础上对能源互联网的优化模型和多能流多时间尺度动态优化方法、以及计及空间尺度的多源互补动态优化方法进行深入剖析,将为能源互联网建设提供理论基础。     

计及静态安全因素的电-热多能流计算方法

多能流含义为多种类型的能量流,包括能量流的相互耦合、转换和传输,例如冷、热、电、气等多种能源形式。其中以电热联供为代表的电热耦合多能流系统发展最为迅速,带来诸多效益的同时也使安全问题更加突出。文中考虑安全因素提出电-热多能流系统计算方法。建立电力网络、热力网络模型、耦合元件模型,基于安全因素考虑构建预想故障集合,采用分布式顺序潮流求解算法进行求解。针对电力网络中并网和孤岛两种运行方式进行分析,通过实际算例验证了所提算法的优越性。     

考虑天然气N-1的多能流系统静态安全耦合分析

以综合能源系统为代表的多能流系统是推动低碳高能效能源转型的主要措施,但多种能流系统联合运行所带来的安全问题也不容忽视。该文针对多能流系统的静态安全问题,提出以天然气N?1事故作为预想事故集,研究适用于多能流系统的静态安全耦合分析理论和方法。提出考虑天然气管道N?1开断的预想事故集,并结合牛顿拉夫逊算法对开断事故进行模拟;利用标准矩阵模型分析能量枢纽在故障跨能流传播中起到的耦合机理;在静态安全耦合分析中以状态转移过程描述天然气管网的动态特性,评价故障的严重性,实现对关键事故和脆弱部位的识别。算例结果验证了所提理论和方法是正确有效的。     

考虑空间耦合的农业园区能源互联网静态安全分析

空间耦合是农业园区能源互联网的重要特征之一,会导致光伏发电和农业生产之间形成一种争光现象,这对设施农业环境和园区能源系统的协同安全提出了挑战.针对上述挑战,该文首先构建一种考虑空间耦合与能源耦合交互影响的农业能源互联网模型,以此来刻画设施农业环境与能源系统运行状态之间的相互影响.其次考虑能源系统运行和农业生产的双重约束...     

电力-天然气区域综合能源系统多能流计算及静态稳定性分析

冷、热、电负荷的急剧增长为区域综合能源系统的稳定运行带来挑战,为此提出构建含有能源集线器的电-气联合系统模型。首先根据电网的静态电压稳定指标的思想,提出气网的静态气压稳定指标概念,分析负荷变化对区域综合能源系统中子系统的影响;继而利用分解求解法进行多能流计算,并根据子系统的指标曲线确定薄弱子系统。结果表明,系统负荷与所提出的指标呈正相关,且所提指标可用于确定区域综合能源系统的薄弱子系统,为系统的静态稳定分析提供帮助。     

面向能源互联网的智能配电网安全态势感知

面向能源互联网,提出基于柔性直流互联,以交流变压器为核心、直流母线为框架的交直流混合城市配电网互联结构。以能源互联网的目标和特性为准则,说明该种方案符合能源互联网要求,对可再生能源发电具有高兼容性。利用拓扑可视化工具,将传统电网、BA网络以及所提混合配电网结构抽象成拓扑模型,通过随机删除网络结点模拟网络攻击,对以上3种网络进行安全态势分析,证明所提结构具有更强的鲁棒性。     

面向多能协同园区的能源综合利用率指标

考虑综合能源系统多能流特性及可再生能源接入影响,提出适用于多能协同园区能效评估的能源综合利用率指标。该指标可综合反映园区对可再生能源的消纳率及不可再生能源的利用水平,体现综合能源系统低碳、高效的核心特点。分析比较了所提指标与其他能效指标的区别,讨论了不同目标对调度策略的影响。算例结果表明,相比于传统一次能源利用率的直接推广,该指标能更准确地体现园区多能联供、能量梯级利用的优势。同时,通过适当调整电价,成本最低与能源综合利用率最高的调度结果将趋于一致,反映了为促进可再生能源消纳,减少非可再生一次能源耗量,合理定价的必要性。     

能源互联网环境下的多能需求响应技术

提升清洁能源特别是可再生能源在终端的消费比例,及实现多种能源类型的综合互补配置,是能源互联网的发展趋势。能源互联网环境下,对需求响应的要求也从传统方式过渡到多能综合需求响应。首先概述了国内外能源互联网的发展及相关项目与政策;其次,对常用的需求响应技术如自动需求响应技术、储能技术、信息与通信技术、电力计量技术、智能控制技术、负荷聚合技术等进行了梳理介绍与分析。着重分析了能源互联网环境下的自动需求响应技术、储能技术、信息与通信技术的发展重点,其中信息物理系统与接口标准是自动需求响应技术的关键,储能技术的重点是降低成本,信息与通信技术侧重于区块链及5G等新技术的应用。最后,总结各需求响应技术未来的发展方向及面对的问题,并提出促进多能需求响应技术发展建议。     

能源互联网多能扰动识别的数据流处理模型

电能、燃气、热能等多能源融合使能源在生产—调配—使用过程中极易发生多能扰动,传统的离线扰动识别方法很难满足能源互联网实时性的要求,采用数据流处理技术可对多能扰动信号进行在线识别。从能源互联网的能量—信息交互入手,对能源互联网多能扰动问题进行分析,为不同扰动信号建立数学模型。采用小波变换对扰动信号进行分解,并基于滑动窗口构建扰动信号的数据流处理模型。该模型首先构建滑动窗口概要数据结构,其次改进小波树更新算法以实现概要结构快速更新,优化扰动信号特征提取,最后采用决策树算法对信号特征进行分类。构建的数据流处理模型被应用到电能质量扰动和燃气质量扰动的识别中,验证该数据流处理模型的有效性。     

能源互联网多能分布式优化研究挑战与展望

在可再生能源发电技术、互联网技术等先进技术的推动下,能源互联网成为传统能源系统发展的必然趋势。考虑到能源互联网的协调运行与控制技术是制约其发展的关键瓶颈之一,从多能协调运行和分布式协同调控2个方面入手,具体分析了能量枢纽建模、多能流网络建模、优化运行策略等基本方法和研究挑战,并在分层分布式控制架构的基础上结合分布式优化算法介绍了多智能体系统在能源互联网运行调控中的应用。最后对能源互联网分布式运行与控制体系、多能流优化调控以及去中心化交易模式的发展前景做了进一步展望。     

综合能源系统多能流准稳态分析与计算

多能流计算及互动分析是综合能源系统的重要基础,分析多能流交互机制,建立由电、气、热网和耦合元件组成的综合能源系统模型,提出针对多能流计算的分解法和统一法的求解框架和求解方法。针对目前基于牛顿法的多能流算法对初值较为敏感的不足,提出基于自适应步长因子的改进统一法,对比分析3种算法的准确性、收敛性和收敛时间。考虑扰动后的过渡过程和网络间的多时间尺度特性,将综合能源系统交互过程划分为4个准稳态阶段,分析基于准稳态多能流的交互作用。最后,基于一个双向耦合的综合能源系统,以电网支路开断为例对系统进行分析,验证了所提算法和准稳态分析的有效性。     

能源互联网多能源系统最优功率流

基于能量枢纽模型,提出能源互联网中以电力、天然气、热力三大供能网络为主的多能源系统协同运行优化方式,考虑各能源传输网络的特点,促进分布式可再生能源出力。将弃风电量作为优化指标之一,综合分析能源消耗及环境效益,并通过弃风供热进行风电消纳,有效减少弃风电量。与传统的以热定电运行模式相比,多能源协同运行优化方式具有较高的综合收益。     

计及多能流不确定性的综合能源系统优化配置

综合能源系统存在较大的运行不确定性,规划过程中忽略这种不确定性会导致设备配置容量过于理想化、设备利用率低的问题.针对此问题,本文采用仿射变量建立综合能源系统协同规划模型,将仿射优化模型分解为目标仿射函数的中心值最小及在不确定性因素影响下仿射函数变化量最小两个子问题,前者为仅考虑源荷预测功率的确定性优化模型,后者考虑源荷...     

面向能源互联网的新型能源子网系统研究

提出面向未来能源互联网的以新型全可控柔性配电装备:电能交换器和电力集能器为核心的能源局域网与能源子网层次化配用电侧灵活配电系统架构,在此基础上,结合信息物理系统对以电力集能器为核心的能源子网进行了较详细的研究,并详细设计了电力集能器的系统结构,给出了其核心模块的主电路拓扑,同时提出了适用于当前应用场景下的能源子网组网模型,并对各种运行工况和暂态过程下的能源子网进行计算机仿真分析,论证其可行性和有效性。     

面向全球能源互联网的大容量储能技术

针对全球能源互联网的特点以及储能技术对于全球能源互联网的重要作用,从能源互联网的各个环节对储能的技术需求出发,分析发电环节、输配电环节、用户环节对储能系统的不同技术需求,阐述各种储能技术对全球能源互联网的贡献,最后提出全球能源互联网储能配置方案与配置原则。     

面向能源互联网的数据一致性框架

首先对能源互联网的背景及面临的关键问题进行了阐述;在此基础上对能源互联网的信息物理架构及其上支撑能源信息数据应用的云端架构进行了研究,指出云架构在能源信息数据共享与同步上存在的一致性问题;通过对能源互联网典型场景信息能源一体化架构的研究,提出了面向能源互联网的数据一致性框架,介绍了支持框架实现的一致性协议;最后,通过仿真试验从一致性处理的吞吐量和框架的可扩展能力两个角度对数据一致性框架进行了评估,反映了框架在实现数据一致性以及支撑能源信息数据同步共享方面具有良好的表现。