计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

含可再生能源的电—气—热互联多能源系统可实现多能源网络互联与多能源优化利用,有效解决资源匮乏与能源浪费等问题。能量枢纽是多能源耦合的关键,但现有的能量枢纽优化配置问题未考虑系统运行可靠性的影响。因此,重点研究多能源系统中计及可靠性的能量枢纽优化配置问题。首先,针对风机、变压器、热电联产、燃气锅炉、电储能、热储能等设备组成的能量枢纽,建立了一种新型多能源系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。然后,根据该双层优化模型计及能量枢纽的运行可靠性,引入失负荷期望等可靠性指标作为约束。最后,为了确定配置方案,结合优化策略进行整体规划,同时得到各机组能量分配情况,对算例进行仿真分析。结果表明,提出的模型有利于负荷供应可靠性的提升。     

耦合能量枢纽多区域电—气互联能源系统分布式协同优化调度

能量枢纽概念已广泛应用于集成电力、天然气及其他多种异质能源的综合能源系统的数学建模和优化。当多区域互联综合能源系统的基本决策主体转变为多个相互连接且自治运行的能量枢纽时,多个决策主体之间的交互将更为频繁和复杂,对整个综合能源系统进行集中式优化将难以为继。为避免集中式优化方法存在的数据采集量大、模型复杂、与实际运行管理模式不匹配等现实问题,针对多区域电—气互联能源系统的多主体分布自治决策特点,构建了以能量枢纽为基本决策主体的电—气能量流解耦机制,提出了与能量枢纽分布式粒度相适应的多主体协同优化调度模型,并给出了基于交替方向乘子法的分布式求解流程。针对两个耦合能量枢纽的电—气互联能源系统开展的算例测试结果验证了所述方法的有效性和准确性。     

计及综合需求侧响应的能量枢纽优化配置

能量枢纽是多能源系统的重要组成部分,可容纳多种形式能源的输入和多元化的负荷类型。优化配置能量枢纽的设备类型和容量是保证能量枢纽安全经济运行的基础。同时,需求侧响应机制和技术的不断发展对该优化配置问题提出了新的要求。在此背景下,首先概述了能量枢纽中各类设备的模型,并对冷热电负荷特性进行分析和分类建模。然后,基于典型日负荷轮廓,以初始安装成本、运行维护成本和能耗成本构成的年运行费用最低为优化目标,考虑综合需求侧响应及能量枢纽运行约束,建立了能量枢纽优化配置的0-1混合整数线性规划模型。算例结果表明,所构建的优化配置模型可显著降低能量枢纽的年运行费用。     

气电热联供网络规划与运行联合优化

多能源耦合系统是将电力、天然气、热能等通过能源集线器作为能量变换枢纽建立起来的混合能源网络,也是未来能源互联构架的一种发展趋势。该文对多能源耦合系统的结构和运行机制进行了阐述,提出了以能源集线器为调度枢纽的气电热联供网络规划与运行联合优化模型。该模型以规划建设、调度运行、可靠性等方面的总成本最小化为目标函数,同时兼顾了系统满足各能源系统网络约束、能源集线器（energy hub,EH）能量平衡等约束条件,是一个目标函数和约束条件都含有非线性项的混合整数优化问题,采用线性化和大规模优化方法求解,使耦合系统规划和运行共同达到最优。算例仿真将耦合与非耦合规划、耦合系统考虑元件种类不同的情况进行求解和对比,验证了该模型和处理方法的优越性和有效性。     

基于配网节点电价的综合能源系统随机优化

综合能源系统(integrated energy system,IES)以可再生能源为核心,为配电网环境下多能源的接入和耦合利用提供有效载体。为了促进多元能源之间的高效能量转换,首先,引入交直流混合微网结构,建立了基于能量枢纽的IES模型。然后,根据上层配电网和下层能量枢纽之间的交互关系,构建一种二层递归式优化模型。配电网运营商(distribution system operator,DSO)利用能量枢纽的灵活性来提高系统经济收益,能量枢纽则依据配电网节点电价(distribution locational marginal price,DLMP)和用户负荷进行内部运行优化,从而形成配电网与能量枢纽之间利益的制约和平衡。同时,考虑分布式可再生能源出力以及用户用能行为不确定性,采用多场景随机规划方法,实现基于交直流混合型能量枢纽的IES随机优化。最后,结合IEEE-33节点配网算例进行仿真分析,仿真结果验证了该模型的鲁棒性和经济性。     

多能源网络与能量枢纽联合规划方法

多能源系统集成与协同优化对于促进可再生能源消纳、提升能源利用效率、降低能源系统碳排放具有重要意义。该文研究多能源系统的规划问题,将电、气、热、冷组成的多能源系统划分为两层,下层为园区以及城市层面的区域多能源系统,采用能量枢纽模型进行建模;上层为省级以及跨省层面的能源传输网络,连接各个区域多能源系统。提出多能源网络与能量枢纽联合规划模型,同时考虑下层若干能量枢纽的结构优化和上层能源网络的拓展规划。下层基于图论中有向无环图的拓扑分层性质建立能量枢纽分层化线性模型,上层采用电网直流潮流模型和气网分段线性化模型,整个规划问题构成一个混合整数线性规划问题。为了验证规划模型的有效性,以一个若干能量枢纽通过电网和气网相连接、集中式可再生能源装机占比较高的多能源系统为算例进行分析,同时给出敏感性分析说明可再生能源占比以及负荷情况对于规划结果的影响。     

基于综合能源系统的最优潮流解耦算法

依据能源枢纽作为多能源系统的联系载体,建立了一个通用的优化建模框架,用于不同能源耦合系统的最优潮流研究。根据建立的优化建模框架,将综合能源系统的最优潮流问题解耦,得到一系列独立的传统最优潮流问题,从而使得问题易于求解。综合能源系统的最优潮流问题是一个大规模的非线性问题,将多主体进化算法应用于求解中,从而保证能够得到的全局最优解,适用于大型的复杂的多能源系统。通过包含有多个能源枢纽的综合能源系统的仿真分析,验证了该模型的有效性。     

考虑群体热适应性的楼宇综合能源系统规划

充分发挥楼宇综合能源系统能源生产侧与消费侧源荷互动特性的作用，需要由供能的舒适度来保证。基于群体热舒适感会随季节调整其对环境的热期望的热适应性原理，建立楼宇综合能源系统中的能量枢纽选型定容统一优化模型。模型计及典型日室外温度、光照辐射强度和刚性电热负荷对室内温控负荷及能量枢纽出力的影响，将室温调节策略和能量枢纽容量配置基于群体热环境舒适区间进行约束，实现楼宇热舒适供能与能量枢纽架构经济性的协同优化，并采用Benders分解方法加以求解。算例分析结果表明，对热舒适区间进行修正后的规划模型能减少能量枢纽的配置容量，可有效提高可再生能源利用率并降低系统整体的碳排放量。     

能源互联网多能量枢纽合作议价模型

能源互联网的能量枢纽（energy-hub, EH）是实现区域内多能协调供应、区域间能源互补优化运行的有效途径。为实现区域内多能量枢纽的协调经济运行,保障不同能量枢纽之间的信息流和能量流互联互通,基于传统能量枢纽模型,构建多能量枢纽模型。同时考虑能量枢纽间能量交易的成本问题,提出多能量枢纽运营商间的合作议价模型。仿真分析表明：该模型能有效降低各运营商的运行成本,达到各能量枢纽之间能量流协调流动、资源利用率最大化的目的,减少了能源的浪费。     

能源互联网及优化运行调度简述

能源互联网能够综合利用多种能源,利用能量输送路径的冗余性进行优化调度,提高能源利用率和运行经济性。在梳理能源互联网基本运作机制与架构设计的基础上,阐述了能源互联网的4类优化运行调度模型,分别是稳态运行的基本模型、考虑能源差异性的暂态模型、考虑能源相似性的统一模型及考虑系统随机性的优化模型,并对各类优化调度模型的应用场景、建模特点、求解方法等进行了介绍。     

能源互联网多能量枢纽合作议价模型

能源互联网的能量枢纽（energy-hub, EH）是实现区域内多能协调供应、区域间能源互补优化运行的有效途径。为实现区域内多能量枢纽的协调经济运行,保障不同能量枢纽之间的信息流和能量流互联互通,基于传统能量枢纽模型,构建多能量枢纽模型。同时考虑能量枢纽间能量交易的成本问题,提出多能量枢纽运营商间的合作议价模型。仿真分析表明：该模型能有效降低各运营商的运行成本,达到各能量枢纽之间能量流协调流动、资源利用率最大化的目的,减少了能源的浪费。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

基于非合作博弈的多能量枢纽优化运行方法

能量枢纽(EH)可以促进不同形式的能源载体协同运行,是加快泛在电力物联网关键技术研究的重点。提出了一种基于非合作博弈的多EH优化运行方法,将包含多能源系统的单个园区抽象为一个EH,对EH中的能源生产、转换及储能设备进行建模,建立多能协同运行的EH框架;在此基础上,构建基于纳什均衡的多EH非合作博弈模型,各EH以日运行成本最小为目标函数与其他EH参与博弈,分析各EH中设备出力和负荷平衡情况。基于MATLAB进行仿真运行,结果表明多个EH之间能充分利用区域间负荷互补特性,使各EH在优化个体运行成本的同时,提高系统的灵活性。     

多能源枢纽联合运行的㶲损最小化分布式优化调度

能源枢纽是能源转化供应过程中的重要环节,其集成了天然气、热、电等多种能源形式,能够有效提高能源利用效率.文中研究了同一能源配送网络下多能源枢纽的协同优化运行问题.与以往针对运行成本最小化进行优化不同,将热力学参数——?,引入多能源枢纽优化调度,以?损最低为优化目标,从而实现能源的高效利用.针对热力传输网络的时间延迟问题和功率损耗问题,引入了热力延迟时间参数和损耗系数,提高了热力网络的建模精度.同时,考虑到不同能源枢纽由不同运营商进行管理,采用基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式优化算法进行求解,各个能源枢纽仅需提供"期望交换功率",保护了各能源枢纽的隐私,减少了通信的交流量,保证了调度的相对独立性.最后,以3个能源枢纽的运行调度为算例,验证了所提方法的有效性.     

高比例清洁能源渗透下的能量枢纽两阶段优化调度策略

大规模清洁能源出力的随机性和波动性导致其并网困难,弃风、弃水问题日益突出,传统促进清洁能源高效利用方式常以牺牲系统经济效益为代价,并且往往调节容量有限,难以保证高比例清洁能源调节需求。基于此,文章在输电网层面构建利用多种能源优势互补的清洁能源高占比下的风-水-气协同运行的能量枢纽,并制定了能量枢纽日前-实时两阶段优化调度策略,以消除弃风、弃水给能量枢纽经济效益带来的不利影响;然后通过线性化处理建立混合整数线性规划模型,并采用YALMIP/CPLEX求解器进行模型求解。算例结果表明,两阶段调度优化策略能够有效提高清洁能源利用效率,降低系统运行成本,是解决可再生能源消纳问题的有效途径。     

以电为核心的综合能源系统研究综述

综合能源系统(Integrated Energy System,IES)与可再生能源的深度耦合,使得终端电气化率持续上升,以电为核心的IES成为未来能源利用的重要载体.为分析冷、热、电、气多种能流的相互耦合对IES的影响与应用,通过能源枢纽模型对IES展开建模分析,对IES的优化、规划及评价方法进行系统的总结与归纳,介...     

基于二层规划的能源互联微电网能量优化调度方法

针对能源互联微电网能量优化调度问题,采用二层规划理论进行建模。以能量枢纽转化矩阵为上层决策变量,以系统综合运行成本最小为目标函数,构建上层模型;以电能子网、热能子网、气能子网以及交通子网的优化运行计划为下层决策者,以能源子网运行经济性指标为目标,计及各能源子网运行的必要约束,构建下层模型。分析得到模型的广义Nash均衡和Stackelberg-Nash均衡,采用反向学习机制改进帝国竞争算法,并采用改进的帝国竞争算法对所建立的模型设计求解流程。最后,算例分析表明,所建立的模型适用于多能互补协调的能源互联微电网能量优化调度问题,能充分发挥系统运行的经济性。     

含垃圾能源化处理及电动汽车负载的区域综合能源系统协调优化

传统能源系统互相独立、欠缺联动,容易导致能量的浪费,并且能源结构也难以优化。区域综合能源系统具备多能互补、高效利用的优点,是提高能源利用效率和环保性的重要改进技术。为了利用垃圾蕴含的能量和电动汽车负载端的能源消纳,文中建立一个考虑垃圾焚烧和电动汽车负载的区域综合能源系统模型,利用模型进行系统的优化调度研究。论文分析了系统内的多能源能量流通关系,而后对系统内的各种能源转换设备及电动汽车进行分析,引入垃圾能源化处理,将热能转化为电能,并利用电动汽车进行电能消纳的模式,得出区域综合能源系统的能源效益最大化的模型。通过python进行算例分析,结果表明,含垃圾处理和电动汽车参与的区域综合能源系统既能提高能源的利用效率,又能带来更优的经济效益。     

计及综合需求侧响应的能源枢纽多目标运行优化方法

基于计及综合需求侧响应的能源枢纽日前多目标优化问题,提出一种局部最优的多目标优化方法。首先,建立了能源枢纽系统、综合需求侧响应模型;其次通过标量化方法进行能源枢纽系统多目标权重分析并确定理想点,以理想点法建立目标函数;再次通过粒子群优化算法确定能源枢纽多目标需求下的理想负荷分配。通过实例验证计及综合需求侧响应,合理地调整负荷分配能有效降低能源枢纽期望的目标函数值,而供需博弈过程中的负荷分配贴近理想负荷分配的程度越高,运行优化结果越良好。     

基于能源集线器的微能源网建模与多目标优化调度

提高能源利用率是实现能源可持续发展的重要举措。基于能源集线器的概念,提出了微能源网的通用化建模方法,得到线性的功率平衡方程。进一步地,以系统总收益最大化和能源利用率最大化为优化目标,构建了微能源网多目标优化调度模型。结合加权和法在Matlab和GAMS软件上求解得到多目标优化调度模型的Pareto前沿,并采用模糊隶属度函数求取最优折中解,作为多目标优化调度方案。最后,构建典型的微能源网进行验算。结果表明,所提出的通用化建模方法具有直观性和通用性,所提出的多目标优化调度模型能为调度决策者提供多维度的调度方案,兼顾了系统运行的经济性和高效性。