多能源网络的广义电路分析理论——（一）支路模型

多种能源形式的互补与耦合为多能源系统集成带来巨大价值,但不同能源形式遵循不同的物理规律和数学表征形式,为综合分析与协同优化带来了挑战。文中基于拉普拉斯变换这一分析系统动态过程的有力工具,提出了多能源网络的广义电路分析理论。首先,建立了多能源网络支路层能量流的统一数学方程,提出了以拉普拉斯变换为基础的广义电路建模方法,将多能源网络在时域的复杂传输特性转换为拉普拉斯域简单的代数问题,提出了各能源系统能量流的分布参数电路模型,进一步提出了以"支路"为整体单位的支路层能量流集中参数传输模型。文中提出的多能源网络广义电路支路模型能够科学地分析支路层能量流的稳态与动态特性,揭示多能源网络能量流的共性,为多能源系统全网络分析奠定基础。     

多时间尺度电热综合能源系统状态估计研究

电热综合能源系统的广泛发展促进了新能源消纳,提高了多能系统运行灵活性。然而,电力系统和热力系统运行时间尺度差异使得对电热综合能源系统进行准确状态估计较为困难。本文通过研究电热综合能源系统内的耦合和交互特性,通过有限差分法将描述热力系统动态特性的偏微分方程差分化,从而提出一种多时间尺度电热综合能源系统状态估计模型,并利用拉格朗日乘子进行求解。算例分析表明:本文所提多时间尺度方法对热力系统供水温度一段时间内的变化趋势估计与实测数据相比,其平均相对误差为0.27%,而稳态模型所得结果平均相对误差为1.03%,可以准确反映电热综合能源系统的多时间尺度特性。     

面向可再生能源消纳的多能源系统：述评与展望

打破不同能源系统之间相互分立的格局,实现多能源系统的集成与协同是解决可再生能源消纳问题的有效途径。首先,分析了多能源系统理论与方法研究框架,在此基础上从基本建模、运行优化、系统规划等多个角度评述了现有的研究并提出相应的思考。然后,将现有研究分为"以电—热耦合为主的区域多能源系统"和"以电—气耦合为主的跨区多能源系统"两个典型研究对象,综述了面向新能源消纳的多能源系统的关键研究点。最后,总结了面向可再生能源消纳的多能源系统关键科学问题,并对多能源系统未来的研究方向做了展望。     

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。     

面向电力系统的多能源云储能模式:基本概念与研究展望EI北大核心CSCD

储能是系统中重要的灵活性资源提供者,是未来新型电力系统中不可或缺的组成部分。为了推动储能的规模化应用进程,降低储能使用成本,云储能模式近年来已受到了学术界和工业界的广泛关注。但是,传统云储能模式主要关注对电力储能资源的整合与复用,由于当前电力储能的价格依旧相对高昂,电力储能资源复用所释放出的红利依然难以满足电力用户对“储能平价使用”的全部期待。为此,提出一种传统云储能模式的裂变形式——面向电力系统的多能源云储能模式,其将热力、燃气系统作为广义储能资源加入到云储能系统中去,既让云储能模式能够成为连接跨能源系统的桥梁,又进一步降低电力储能用户的储能使用成本,实现多方互利共赢。介绍了多能源云储能系统的基本运营模式、实现形式和核心优势,阐述了面向多能源云储能系统的研究框架,并对多能源云储能发展过程中需要重点关注的核心问题与技术进行了展望。     

基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划

综合能源系统打破了不同能源子系统之间的壁垒,提高了供能可靠性和能源利用效率。在工程中,综合能源系统规划周期较长,并以单阶段规划方法为主。但该方法易造成规划前期设备利用效率不高、规划后期设备容量不足与供能可靠性下降等问题。针对单阶段规划方法的不足,提出了一种基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划方法。首先建立了广义多能流(multi-energy flow,MEF)模型;其次以全生命周期成本最小为目标、以广义多能流网络方程为约束,建立了综合能源系统多阶段规划模型,采用混合整数线性规划算法对其进行求解,从而得到各规划阶段的设备和线路配置方案;最后,以华北某待建园区综合能源系统为例进行了仿真分析,验证了多阶段规划的有效性和经济性。     

区域能源供给网络热电协同规划模型与算法

能源互联网是实现我国能源革命目标的关键手段之一,然而其多能互补的特点增加了能源供应的复杂性,从而影响到区域范围内系统能源供应的协调有序。针对区域内能源供给网络的系统规划问题开展了研究,建立了以考虑投资、运行、经济、环境综合成本为目标函数,考虑电网、热网多元约束和电、热能源互补的区域能源供给网络规划模型,运用正态分布量子粒子群算法对模型进行求解。以华北某市郊区的区域能源规划为案例进行能源供给网络的规划,并与传统规划模式进行对比分析。结论表明,所提出的模型能够对至少含有煤电、气电和热能的区域综合能源供给网络进行规划,且规划方案的成本要低于传统规划方案。此外,所应用的正态分布量子粒子群算法在解决此类规划问题时具有较强的性能,具有较广阔的应用空间。     

分布式能源系统——一种广义的需求侧资源

分布式能源概述 “分布式能源”是指分布在用户侧的能源综合利用系统。它是以诸多能源资源为原料输入,以冷、热和电为主要能源产品输出,以分布式能源系统、分布式网络和分布式（智能）控制技术为基础的区域性能源产、供、配、售和用一体化体系。分布式能源的基本特征包括系统规模小型化、能源种类多样化、能源供应间歇性、能源阶梯利用高效化以及靠近用户负荷。     

垃圾能源利用与城市多能源系统协同优化模型

随着城市级多能源系统的快速发展和城市垃圾处理设施供能规模的不断扩大,考虑垃圾处理过程的多种能源供能协调优化,并将其与城市多能源系统协同优化进行综合考虑,是提高城市垃圾处理能力和资源化利用水平及综合能源利用效率的重要途径之一.该文将垃圾处理系统等效为一个以垃圾为输入的供能系统,建立城市垃圾能源化利用供能系统(WRESS)、城市多能源系统和城市多源储能系统三者协同优化模型.首先,研究一定时间尺度内可用于供能的城市垃圾产量、最大允许堆存量与其对应的供能种类和供能特性之间的关系,建立垃圾能源化利用供能优化模型;其次,针对垃圾能源化利用可调节特性与多能源系统、多能源储能系统自身协调能力间关系,建立以运行和调节成本最小为目标的城市垃圾能源化利用与多能源系统协同优化模型;最后,以中国某城市实际垃圾处理与多能源运行数据为基础,通过三个场景仿真验证所提模型的有效性.仿真结果表明,该模型在提高城市垃圾处理能力的同时,能够有效降低多能源系统运行成本,并提升系统调节能力.     

基于分立求解的电气耦合综合能源系统多能流联合计算方法

电力系统和天然气系统通过大量的燃气电厂、电转气设备等紧密耦合在一起,构成了电气耦合综合能源系统,本文提出一种基于分立求解的电气耦合能源系统多能流联合计算方法.首先,建立天然气系统、电力系统,以及耦合环节天然气发电机的模型.然后,提出基于分立求解的电气耦合综合能源系统多能流模型,通过读取天然气发电机的有功出力,计算得到其...     

考虑网络特性的综合能源系统多时间尺度调度方法

异质能源系统在响应调度指令时呈现出不同的时间尺度特性,使得综合能源系统的调度问题愈发复杂。为此,提出一种考虑网络特性的综合能源系统多时间尺度调度方法。首先,分析综合能源系统中不同设备的运行特性差异,并建立热网模型以刻画异质能流的动态特性,证明采用多时间尺度调度的必要性。在此基础上,建立综合能源系统“日前-滚动-实时”多时间尺度调度模型:日前调度层中,构建考虑网络特性的电热综合能源系统模型,以经济性和低碳性为目标进行调度;滚动调度层中,修正日前调度结果,确定慢响应设备出力;实时调度层中,确定快响应设备出力,进一步提高调度结果的准确性。算例仿真结果表明,所提多时间尺度调度方法能有效提高综合能源系统供能的灵活性与安全性。     

基于广义储能的多能源系统不确定优化调度策略

针对考虑源荷双侧不确定性的多能源系统,提出一种基于广义储能的不确定优化调度策略.首先,提出考虑热电联供的能源集线器架构,对各电力及热力能源进行建模.针对常规电池储能和储热罐,采用能量状态模型进行统一描述;同时针对虚拟储能,分别采用正态云模型和自回归滑动平均时间序列模型对电、热柔性负荷进行建模,并分析广义储能资源的调节特...     

能源互联网多时间尺度的信息物理融合模型

能源互联网呈现出信息与物理系统交互影响的特点,研究基于信息物理融合的网络模型有助于实现网络内分布式设备的即插即用和分布式分层的优化控制。文中提出一种基于信息物理融合的能源互联网模型,考虑了网络中信息系统与物理系统时空异构性和网络中量测数据不同步的问题,表征了能源互联网优化控制中信息物理的交互过程,最后结合多智能体优化方法验证了模型的可行性。     

面向区域能源互联网的水-能协同优化：综述与展望

随着经济社会的发展,水与能源之间的联系越来越紧密,面向区域能源互联网的水-能协同优化已经成为未来研究热点之一。鉴于此,文中对水-能耦合系统的基本概念、耦合特性、重点领域、关键技术进行了归纳总结。首先,介绍了给排水系统的环节与结构,并对比了给排水系统与能源系统的异同;其次,探讨了水-能系统的通用耦合关系,并进一步说明了典型应用场景和物理层级下的水-能耦合形态;然后,针对水-能协同优化重点领域即模型构建、规划设计、运行管理、市场互动方面,从数学建模及研究思路角度进行了梳理与阐述;最后,从不确定性处理、多主体管理、灵活性挖掘、弹性提升方面对水-能协同优化关键技术进行了分析与展望。     

基于机会约束的多能源枢纽电气互联综合能源系统日前经济调度

集生产、转化、储存和消费于一身的能源枢纽使电网和天然气系统的协同规划与运行成为可能,同时多种不确定性是电气互联系统调度面临的最大问题。为此构建了一种含多个能源枢纽的电气互联综合能源系统机会约束规划。首先,充分挖掘气管网的储能特性,在分别对能源枢纽、电力系统和天然气系统精细建模的基础上,考虑风电和负荷不确定性,建立了含机会约束的日前调度模型。然后,将气网潮流线性化,采用Bernstein近似将此模型转化为确定性整数混合线性凸优化问题,可利用商业软件有效求解。最后,在一个含3个能源枢纽的IEEE RST24电力系统和比利时20节点天然气系统的耦合系统中进行仿真,结果表明,气网动态特性能为综合能源系统调度提供缓冲,同时此种确定性转化方法能有效体现机会约束规划的鲁棒性。     

综合能源系统多时间尺度动态时域仿真关键技术

近年来,为实现多种能源互补共济与高效利用,集电、热、气于一体的综合能源系统在世界范围内得到了广泛的关注。高效、精确的多时间尺度动态时域仿真是支撑综合能源系统运行和控制的关键技术。文中以综合能源系统动态建模仿真为研究对象,首先介绍了典型综合能源系统的结构与动态过程。然后,从基础模型、仿真技术、数值计算3个关键点介绍了综合能源系统动态建模仿真技术所取得的研究进展,主要包括多能耦合通用建模理论、分区多速率仿真技术、异质能源网络高效数值计算实现方法。在此基础上,讨论了现有研究中仍需解决的关键难题,如变工况动态建模、多速率分区接口处理、数值求解格式选取等问题。最后,对未来综合能源系统动态建模仿真关键技术的研究方向与应用前景进行了展望。     

微能源网多能源耦合枢纽的模型搭建与优化

多能源耦合枢纽作为微能源网的核心部件,其系统模型的准确性将影响微能源网的运行效率。文中针对一种包含太阳能和风能发电系统、储能系统、有机朗肯循环系统、传统冷热电三联供系统的多能源耦合枢纽,综合考虑负荷需求、价格因素和环境因素,以系统运行成本、一次能源消耗量和碳排放量最小化为目标,建立了微能源网中多能源互补的多目标优化模型;采用粒子群算法对发电机和储能的运行策略进行求解,得到最优目标。最后,与微电网进行对比分析,验证了多能耦合系统在提高能源利用率和减少碳排放方面的优势。     

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。