基于生物质热电混合供能的城镇综合能源双层优化

生物质发电相当于小型火电,单独发电时效率低,且现有研究对含生物质热电联产机组系统的优化调度关注较少。针对上述问题,提出了适用于城镇综合能源系统的多种新能源高效消纳的综合能源运行双层优化方法。通过补燃设备调整热天然气和生物质电联产机组的运行状态,建立可补燃生物质热电联产运行模型;研究了多个可补燃热电联产机组的联合控制,分别以综合供能费用和能源利用效率作为上下层优化目标,同时对热电联产机组间的能源分配调度和各热电联产机组内部运行状态进行优化,构建包含光伏生物质和天然气在内的区域能量枢纽双层优化模型。算例验证了可补燃的生物质热电混合供能对提高系统能效、降低供能费用的设计目标。     

考虑热电联合调度的虚拟电厂交易策略研究

为优化能源配置和用能效率,采用虚拟电厂模式聚合热电联产(Combined Heat and Power,CHP)机组等分布式能源作为整体参与市场交易,考虑CHP机组热电比可调运行模式突破传统以热定电的限制,实现CHP机组的热电解耦,提升机组调度的灵活性。此外针对虚拟电厂面临的风电不确定性,采用鲁棒优化进行处理,构建min-maxmin两阶段鲁棒优化模型,寻找不确定变量在不确定集合内朝着最恶劣场景变化时经济性最优的交易方案,并通过列约束生成算法对主子问题进行交替迭代求解。算例结果表明,采用CHP热电比可调运行模式并合理考虑风电出力不确定性能够提升系统调峰能力、降低出力偏差,对促进清洁能源消纳具有积极作用;也验证了通过虚拟电厂实现热电联合优化调度,作为整体参与市场运行具有较强的经济性优势。     

用户侧热电联产机组基于优化热点域的综合需求响应模型

随着综合能源系统的不断发展,用户侧热电联产机组（combined heat and power units,CHP）不断普及,对于降低用户用能成本、提高用户用能灵活性具有重要意义。用户侧燃气CHP能够在影响用户用能的前提下使用户具有综合需求响应能力,对于未来电力系统运行具有重要意义。文章结合抽凝式CHP在多能源系统中实际工作特点,提出了“CHP成本优势”的概念,即CHP与同等电热出力的“常规机组+电/热锅炉”构成的“等效CHP”之间运行成本差值。根据CHP不同运行状态“成本优势”的相对大小,从CHP电热运行域中进一步得到电热负荷的“优化热点域”。采用“优化热点域”顶点的线性组合,建立CHP在综合需求响应中的高效优化模型。算例表明,相比传统CHP电热运行域模型,所提出的模型能够减少综合需求响应优化决策的计算复杂度,从而提高计算效率。     

考虑多类型需求响应负荷的热电联供系统协调优化运行

综合需求响应（integrated demand response, IDR）是综合能源系统灵活调度的重要途径,对需求响应负荷、能源生产转换设备进行协同优化有利于提升能源利用率并降低用电用能成本。文章首先分析需求响应负荷特性,将需求响应负荷细分为可中断电负荷、可转移电负荷和可调节热负荷;其次采用能源枢纽建模方法对热电联供（combined heat and power,CHP）系统进行建模,并将多类型需求响应负荷纳入其中;在此基础上,构建考虑多类型需求响应负荷的CHP系统运行策略,以日运行费用与能源消耗量最小为目标对调度模型进行求解;最后,在2种不同场景下对算例进行对比,结果显示：需求响应负荷参与调度,可以实现削峰填谷,使得供需更趋于平衡;通过协调各能源设备及需求侧负荷运行策略,系统的日运行费用节约5.4%,能源转化率提高2.6%,实现了CHP系统的经济优化运行。     

考虑需求响应和多能互补的虚拟电厂协调优化策略

随着能源互联网技术的发展,源-网-荷互动和热、电等多能源互动成为解决分布式能源(distributed energy resource,DER)系统高可靠性和效率利用的有效方案。采用虚拟电厂(virtual pow er plant,VPP)协调各机组运行,引入源-网-荷互动模型,用来描述不同类型电源和负荷之间的互相支持和电量交易,引入热电联产(combined heat and pow er,CHP)系统,建立考虑多能互补的需求响应(demand response,DR)互动优化模型,实现虚拟电厂内部的协调互动。考虑虚拟电厂收益最大化与电力公司热电负荷补偿成本最小化这2个目标,建立多目标互动优化模型,采用遗传算法对模型进行求解。算例的仿真结果验证了该策略和模型的有效性。     

阶梯式碳交易机制下计及电-气-热综合能源系统需求响应优化运行

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善,传统电力需求响应已经不能满足双碳背景下多能耦合综合能源系统（IES）的发展现状。为了更深入地挖掘需求侧响应在节能减排中的作用,本文提出一种阶梯式碳交易机制下计及电-气-热IES需求响应的优化运行模型。首先将负荷分为价格类和替代类,分别建立价格替代和热能替代需求响应模型;其次考虑IES参与碳交易市场,结合热电联产机组（CHP）和燃气锅炉（GB）的实际碳排放量,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;最后以购能成本、阶梯式碳交易成本与运维成本之和最小为目标函数,建立电-气-热IES优化运行模型,并通过四种场景对所建立的模型进行验证。通过对需求侧响应负荷占比及阶梯式碳交易基价和区间长度的分析发现,合理地分配价格型、替代型负荷占比,以及碳交易基价和区间长度,有利于提升系统运行的经济性。     

计及需求响应的智慧能源小区热电耦合系统用能优化方法

针对智慧能源小区热电耦合系统中能量间纵向转换和用能负荷横向搬移的协同用能优化问题,通过负荷侧需求响应用能精细化建模,提出一种计及需求响应的热电耦合系统用能优化方法。在分析典型热电耦合系统结构框架基础上,通过用能负荷分类及其用能响应过程的数学建模,建立了含热电耦合系统的能源供给侧与用能负荷侧的能量枢纽方程,实现了用能负荷响应与能源供给之间能量转换的量化描述;其次将用能负荷的需求响应程度表示为可转移负荷参与比和可转换负荷参与比,建立了系统运行成本最小的热电耦合系统用能最优化模型,并提出了灵活尺度多次参与用能优化的模型求解方法。最后,算例结果表明,在高可转移负荷参与比和低可转换负荷参与比时,在降低供给侧峰值段负荷的同时使系统总成本降低,实现了热电耦合系统用能最优化运行。     

热力实时定价机制下热电联产机组多能源市场协同决策研究

随着能源市场化改革逐步深入,市场机制下热电联产(CHP)机组的运行与决策受到广泛关注,而以热定电限制了CHP机组的灵活性,影响其独立参与市场的收益.基于此,采用实时定价的热力市场机制挖掘需求灵活性,提出热力实时定价机制下CHP机组在多能源市场中的协同决策双层模型,即CHP机组参与电力市场的同时,在热力市场制定实时热价进行负荷管理释放灵活性,以最大化参与能源市场的利润.其中上层模型为CHP机组最优电力报价与热力定价模型,下层模型为电力批发市场出清模型与热用户决策模型.利用KKT条件等将双层模型转化为混合整数线性规划模型以进行求解.通过算例验证所提模型的可行性与有效性,算例结果表明热力实时定价在有效提高CHP机组电力侧灵活性与机组利润的同时,改善了用户与社会福利.最后,探究了热力实时定价机制下CHP机组在电力市场的策略报价行为.     

计及综合需求响应的商业园区能量枢纽优化运行

针对综合能耗高且增速快的商业园区的多能优化运行问题,首先构建了能实现灵活热电比、含光伏发电和电动汽车的商业园区能量枢纽(energy hub,EH)模型,然后在对园区各元件能量转化详细建模的基础上,计及分时电价及"冷热电气"综合需求响应(integrated demand response,IDR),建立了商业园区总运行成本最小的能量优化运行模型。算例对比分析了园区内设备参与IDR的不同模式以及分时电价拉开比和峰谷电价比对EH调度运行的影响,结果表明:所建立的模型能够协调多种能源的运行,达到降低园区总用能成本和由电网供电的等效负荷峰谷差。     

基于灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度

针对热电联供(Combined Heat and Power,CHP)“以热定电”导致的弃风及运行成本较高问题,提出基于CHP灵活热电比的区域综合能源系统多目标优化调度方法。首先,采用补燃装置对CHP补燃,灵活调整各时段补燃率以使CHP热电比跟随风电出力态势,提高系统风电接纳水平与运行效益。然后,考虑补燃燃油的使用增加了系统排污,综合经济性与环保性建立区域综合能源系统多目标优化模型,通过层次分析法对各目标权重进行决策。最后,依托商业优化软件GAMS对建立的混合整数非线性规划问题进行求解。算例研究表明:对CHP热电比进行灵活调节,能够有效促进风电并网消纳、降低系统运行成本。多目标优化使CHP热电比兼顾系统经济性与环保性,较单目标而言更具优势。     

基于能源集线器的区域综合能源系统分层优化调度

针对时变电价且运行方法灵活的中小型区域综合能源系统,提出一种基于能源集线器的分层优化模型。研究区域综合能源系统耦合关系和热电比可调机理,建立能源集线器扩展模型。计及包括用能替代的综合需求侧响应,以综合用能成本较低和用能能效较高为目标建立双层优化模型,采用Lagrange乘子法将下层目标KKT条件作为上层优化的可行性度量进行求解。对于具体ICES网络拓扑,考虑能量连接器的动态过程并计算混合潮流,选取电/热/气网运行状态评价指标,对多目标问题进行Pareto决策面搜索,应用模糊综合决策方法在机组分配方案中择优。算例验证了所提方法的有效性。     

多主体综合能源系统分布式优化运行方法

随着环境污染的不断加剧和能源消耗的日益增加,构建清洁、高效的能源体系成为迫切问题。为了提高新能源消纳率并降低运行成本,提出了含热电联产(combined heat and power,CHP)运营商及光伏用户群的多主体综合能源系统分布式优化运行方法。首先,建立了计及电能及热能的需求响应模型,包含用户间的电能共享、CHP运营商与用户间的能量共享及热电互动,用户模型综合考虑经济性与舒适度;其次,为了最小化系统运行成本,建立了CHP运营商和光伏用户群构成的基本优化模型;另外,建立了基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADM M)的含多主体的综合能源系统分布式优化调度模型,实现CHP系统与光伏用户的能量共享。最后通过实际算例验证了所提模型及方法的有效性。     

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。     

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。     

考虑多尺度需求响应的跨区域综合能源系统运行策略

在考虑跨区域综合能源系统多能交互的基础上,提出一种考虑多尺度需求响应的优化运行策略。首先针对响应时间建立多尺度需求响应,包括邀约需求响应和实时需求响应,其中邀约需求响应分为日前24h邀约响应模型和日内4h邀约响应模型,实时需求响应建立日内15min实时响应模型;其次考虑电、热、冷、气不同负荷在不同时间尺度下的响应比例不同,建立多时间尺度下不同比例负荷需求响应模型。最后,建立由跨区域能源服务商发布需求响应信息、负荷聚合商参与需求响应、调整用能时间和方式的跨区域综合能源系统运行模型,跨区域能源服务商利用优化后的负荷曲线调整系统内部的机组出力和系统间的功率交互。算例结果有效地论证了所提运行策略的合理有效性,各区域综合能源系统的利润和负荷聚合商的综合效益均有所提高。     

考虑需求侧协同响应的热电联供微网多目标规划

热电联供(Combined Heat and Power, CHP)型微网集成了多种分布式能源,能源利用率较高,具有光明的应用前景。科学合理的系统规划是CHP型微网经济、高效运行的基础。基于此提出考虑需求侧热、电协同响应的CHP型微网多目标规划方法,规划目标兼顾经济指标和碳排放指标。需求侧热电协同响应模型基于建筑物和热水箱的热力学特性,同时考虑可转移电负荷的调度,从而建立基于需求侧协同响应的CHP型微网多目标混合整数线性规划模型。以居民区CHP型微网规划为例进行算例仿真,验证了方法的有效性。结果表明,应用需求侧热电协同响应可降低CHP型微网所需配置的燃气锅炉和储热罐容量,使系统综合成本明显降低。     

考虑用户舒适度的虚拟电厂热电联合调度模型

热电联产（combined heat and power，CHP）机组“以热定电”的运行模式极大制约了系统调峰能力，导致弃风限电形势严峻，突破CHP机组热电间刚性耦合关系成为促进风电消纳的关键。基于此，采用虚拟电厂模式聚合CHP机组等分布式能源作为整体参与电网运行，充分考虑用户舒适度，将固定负荷曲线转换为需求区间，使热、电负荷在时间轴上具备柔性可调能力，在满足用户舒适度的同时灵活调整CHP机组出力，有效缓解弃风现象。此外，采用多场景法处理风电出力不确定性，以虚拟电厂自身收益最大化为目标构建热电协调调度随机规划模型，实现热、电系统的协调优化运行。最后，通过算例验证所构建模型的有效性和合理性，结果表明：考虑用户舒适度能够有效促进风电消纳，提升虚拟电厂经济效益。     

计及需求响应的区域综合能源系统双层优化调度策略

需求响应聚合商通过需求响应聚合用户的可转移负荷和可削减负荷,提高区域综合能源系统运行的灵活性和经济性。考虑综合能源系统运营商和需求响应聚合商之间的交互博弈关系,建立了计及需求响应的区域综合能源系统双层优化调度模型。上下层分别以区域综合能源系统运营商和需求响应聚合商经济收益最大为目标,利用KKT条件和线性化方法将双层模型转化为单层混合整数线性优化模型进行求解。结果显示,通过分时电价和需求响应补偿价格引导用户调整用能计划,可在提高综合能源系统运营商和需求响应聚合商的利润的同时实现削峰填谷,减少对电网安全稳定运行造成的影响。     

考虑能量枢纽间合作的优化运行方式

区域能源系统中，多个能量枢纽(energy hub，EH)间相互协调合作有利于提高系统的稳定性并降低自身的运行成本。因此，将多个EH构建为合作联盟，以合作的方式进行能源调度，通过沙普利值进行利益分配，制定相关策略，同时参与日前和实时2个市场，通过需求响应对负荷进行削减，进一步优化运行成本；构建多EH模型，对交易模式进行阐述，并考虑不确定性因素的影响，应用随机优化方法，以最小化运行成本为目标，在多个EH间应用该方法进行仿真，结果显示多EH间的合作能实现各个体的成本降低。     

基于随机机会约束规划的冷热电联供微电网能量优化调度

热电联供(Combined Heat and Power,CHP)型微网集成了多种分布式能源,能源利用率较高,具有光明的应用前景。科学合理的系统规划是CHP微网经济、高效运行的基础,基于此提出考虑需求侧热、电协同响应的CHP微网多目标规划方法,规划目标兼顾经济指标和碳排放指标。需求侧热电协同响应模型基于建筑物和热水箱的热力学特性,同时考虑可转移电负荷的调度。从而建立基于需求侧协同响应的CHP微网多目标混合整数线性规划模型。以居民区CHP微网规划为例进行算例仿真,验证了方法的有效性。结果表明,应用需求侧热电协同响应可降低CHP微网所需配置的燃气锅炉和储热罐容量,使系统具有更好的经济效益与环保效益。