计及经济性和可靠性因素的区域综合能源系统双层协同优化配置

现有的区域综合能源系统优化配置方法在可靠性约束条件下求得经济性最优,容易产生过度投资或可靠性不足等问题,限制了配置方案的可选择性和实用性.为了解决上述问题,该文基于区域综合能源系统状态转移时序性模型,以经济性和可靠性作为优化目标,建立了区域综合能源系统规划与运行相结合的双层多目标优化配置模型.上层规划模型以系统年净成本和综合缺能率最小为目标,采用NSGA-II算法求取配置方案的Pareto最优解集;下层优化运行模型将上层模型确定的配置方案转换为线性约束条件,以系统切负荷量最低和运行经济性最优为目标实现系统的优化运行,采用序贯蒙特卡洛法对运行可靠性进行量化,并将运行成本和可靠性量化值反馈至上层模型.通过某区域综合能源微网系统进行算例验证,分析了不同配置方案经济性和可靠性之间的关系,并通过给出最优解集的方式实现了多目标优化方案的可选择性.     

计及碳排放的风-光-抽水蓄能系统容量优化配置方法

合理的系统容量配置方案是开发利用可再生能源的重要基础.文中提出了一种并网型风-光-抽水蓄能联合运行系统容量优化配置方法,该方法以成本最低、经济效益最大、碳排放量最小为优化目标建立系统模型,基于中国东南沿海某近陆海岛的真实数据,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对模型进行求解.然后,引入灰色关联分析法实现无偏折中策略获取最优容量配置方案.仿真结果表明,联合运行系统能在最大限度利用风能和太阳能的基础上实现连续稳定运行;引入灰色关联分析法决策最优容量配置方案是可行的,且联合运行系统在全项目周期里的碳排放量随着灰色关联度的增大而减小;适当提高风电和光伏发电入网率能够降低系统成本、提高经济效益、减少碳排放量.     

农业综合能源系统多场景置信间隙决策低碳调度

针对现代农业园区风-光-垃圾-沼-储联合调度的碳排放问题,构建了基于多场景置信间隙决策理论的现代农业综合能源系统低碳调度优化模型。首先,使用改进的Shapley值法,对碳排放额度进行分摊,得到考虑风险因素的各主体阶梯碳交易价格模型。其次,在各主体阶梯碳交易价格模型基础上,考虑到源荷不确定性,基于多场景置信间隙决策理论构建了现代农业园区运行成本最小和二氧化碳排放量最低的多目标优化调度模型。最后,以我国东北地区某一农业园区数据为例,对所建模型进行验证。算例结果表明,改进的Shapley值使阶梯碳交易价格更贴合实际,同时,园区运行成本降低37.25%,碳排放量减少59.84%,最终实现了多能协调优化,提高了园区低碳环保性以及抵抗风险的能力。     

计及电动汽车随机充电的风-光-氢综合能源系统优化规划

耦合可再生能源发电和氢储能的综合能源系统发展潜力巨大,是实现能源消费清洁低碳的有效途径.以天然气-风-光-氢综合能源系统为规划对象,考虑了系统供电辐射区域的电动汽车随机充电需求,利用高斯核密度估计和K-means聚类算法来刻画风光出力和电动汽车充电的不确定性并生成典型概率场景,以年综合成本和年碳排放最小为优化目标,引入权重系数表征决策者的优化偏好,基于混合整数线性规划对系统进行了容量配置优化.算例分析以年逐时数据开展仿真以验证模型的有效性和合理性.结果表明,与传统分供系统和联网型方案相比,该系统得益于风光发电与氢储能的协同,表现出了可观的环境效益;该系统提供充电服务是经济可行的,并且电动汽车在系统内充电能够显著降低间接碳排放.     

储能电站参与调峰的风-火-储联合系统分层优化调度方法∗

为充分挖掘储能参与系统调峰潜在价值,合理分配风、储、火等系统出力,有效降低系统运行成本,提高 可再生能源消纳水平,提出了一种储能电站参与调峰的风-火-储联合系统分层优化调度方法.为了提高模型泛化能力和预测精度,采用基于集成学习的风电预测方法得到风电场出力曲线.分层优化调度方法的上层优化模型以最小化净负荷波动为目标,对各时段储能电站充放电功率进行优化.下层优化模型以最小化风-火-储联合系统运行成本为目标,基于上层优化模型传递的净负荷曲线,优化求解得到火电机组最优出力和最大调峰收益.     

基于阶梯碳交易的低碳园区综合能源系统优化

为建立低碳环保的可持续发展综合能源系统,推动未来能源体系的转型,以低碳清洁和经济最优为目标,构建综合考虑碳排放和经济成本的包含氢储能的电-气-热-氢低碳园区综合能源系统模型,意在消纳新能源发电,做到低碳甚至零碳排放。首先将电转氢设备和氢储能设备引入综合能源系统,然后以系统运行成本和基于阶梯碳交易机制的碳排放成本之和最小为目标,建立低碳园区综合能源系统经济优化模型,最后通过对比不同场景优劣验证所提方法的有效性。     

考虑低碳需求响应的碳捕集燃煤电厂配置-运行协同优化

针对电力系统的低碳经济运行问题,提出一种考虑低碳需求响应的碳捕集燃煤电厂配置-运行协同优化方法。考虑燃煤电厂发电系统和燃烧后碳捕集系统存在强耦合关系,在gCCS平台采集溶剂型碳捕集燃煤电厂的运行数据,采用多元线性回归方法进行模型参数识别,构建其稳态数学模型。应用碳排放流理论计算负荷侧碳排放成本,并根据机组碳排放强度进行碳配额分配,构建低碳需求响应模型。基于此,上层优化模型以电厂配置成本最低为目标函数,满足容量优化配置约束。下层优化模型以运行成本最小为目标函数,满足系统运行约束。采用改进IEEE 24节点系统作为算例进行仿真分析,验证了所提策略的有效性。     

计及源-荷不确定性的综合能源系统两阶段优化调度

“双碳”背景下,为实现清洁能源稳定消纳,降低能源机组碳排放,提高综合能源系统运行经济性,提出一种低碳综合能源系统两阶段优化调度策略。日前调度考虑综合需求响应平抑供需差异波动风险,基于条件风险价值理论优化供能方案,保障系统运行稳定性;日内供能通过构建低碳综合能源系统模型,引入碳捕集设备、储碳装置与电转气协同运行,进一步消纳清洁能源的同时,提升系统的低碳性和经济性。基于此,构建以综合成本和碳排放量最小为低碳经济运行目标的模型,利用max-min模糊算法得到折中最优解,通过设置不同场景,对比验证了所提方案的有效性。     

计及碳排放的综合能源配网日前与日内多时间尺度优化调度

为了降低碳排放量，提高新能源的消纳能力，考虑可削减、可转移、可替代3种需求侧响应负荷，计及碳交易机制，构建以碳排放量最少、综合运行成本最低、弃风弃光量最少、网络损耗最低为综合优化目标的风-光-电-气-储综合能源配网系统日前优化调度模型。以风电、光伏发电预测误差波动最小为日内优化调度优化目标，采用模型预测控制理论对风电、光伏的预测误差量进行反馈矫正，构建综合能源配网系统日内滚动优化调度模型。在修正的33节点配电网和20节点配气网组成的配网系统上进行仿真实验，验证了所提模型能够有效地降低碳排放量，提高风电、光伏的消纳能力，平滑负荷曲线，降低系统的综合运行费用。     

用户侧共享储能的优化配置及对碳排放的影响

在碳达峰、碳中和的战略目标下，随着光伏等分布式能源广泛应用，储能系统的需求也急剧增加，而用户在安装储能时势必会对碳排放产生影响。首先，基于用户用电行为的差异性，建立了用户侧共享储能双层优化配置模型，上层以多用户的年综合成本最低为目标函数，优化用户预计加装的共享储能容量和功率；下层优化模型以日运行调度成本最小为目标函数，优化共享储能充放电策略。接着，建立用户碳排放成本数学模型。然后，采用该模型求解方法，一阶段使用Yalmip求解器求解共享储能的最优配置结果，二阶段计算碳排放成本，研究共享储能配置结果对碳排放的影响。最后，通过算例分析与各用户单独配置储能进行对比，验证了所提共享储能优化配置模型和充放电策略的有效性，说明了用户配置共享储能利用峰谷价差进行套利时，碳排放成本增加。     

运行与规划协同的电热氢联供系统最优容量配置研究

在“双碳”目标下,以氢能等零碳能源为主体的综合能源系统高速发展,发挥其运行策略与容量配置的协同优化有利于保障能源供应、提高规划经济性。在此背景下,提出一种运行与规划协同的电热氢联供系统(electricity heat hydrogen cogeneration system, EHH-CS)最优容量配置方法。首先,在构建EHH-CS模型的基础上,通过拉丁超立方抽样与改进K-均值聚类结合的方法,建立不确定性变量的典型场景,实现可再生能源及负荷不确定性的合理刻画。其次,建立EHH-CS容量配置双层联合迭代模型。上层为优化配置层,以日投资净收益最大为目标进行优化配置,下层为优化运行层,以日运行收益最大为目标进行优化运行。并通过粒子群算法进行循环迭代求解,以获得协同最优的运行策略及容量配置方案。最后,以某EHH-CS为例进行仿真验证。结果证明,所提方法促进了可再生能源的就地消纳,有效地均衡了系统的规划成本及运行费用。     

考虑综合需求响应的综合能源系统优化运行

提出一种考虑综合需求响应的综合能源系统容量配置和优化运行方法。首先,构建综合能源系统,进一步介绍了各单元设备运行原理,分析可控类型负荷参与综合能源系统需求响应的原理。然后,建立设备容量配置及运行策略的双层协同规划模型,以规划总成本最低为目标建立上层容量配置模型,以运行成本最低为目标函数建立下层优化运行模型,分别利用差分进化算法和CPLEX线性求解器求解双层规划模型。最后,以典型日内综合能源系统负荷需求、用能价格等数据为例,通过算例分析验证了本文所提模型的实用性和有效性。     

计及需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置

提出了一种计及综合需求响应(IDR)不确定性的综合能源系统(IES)设备优化配置方法。首先,以提高能源利用效率为目标,基于冷/热/电联供系统构建了计及IDR的IES基本结构。然后,采用证据理论对IDR中的随机和认知不确定性进行分析,并利用可信水平约束,优化一定电价方案下的负荷曲线。在此基础上,建立兼顾设备优化配置及运行策略的双层协同规划模型,上层以规划总成本最低为目标进行设备选型和容量配置,下层以运行成本最低为目标优化设备出力。通过比较所有电价方案下的总成本,获得最优电价与设备配置方案。最后,通过算例验证了计及IDR不确定性的优化配置结果对风险的抵御能力更强,且采用证据理论能够实现概率理论和区间理论的统一。     

考虑碳排放流及需求响应的综合能源系统双层优化调度

针对综合能源系统低碳经济调度问题,将碳排放流理论和需求响应引入到综合能源系统优化调度中。首先,在电-气综合能源系统框架下,利用碳排放流模型,计算出各负荷的碳排放量。其次,将Shapley值法引入到综合能源系统碳交易模型中,并且建立价格型需求响应模型,分析其减排激励作用。最后建立综合能源系统双层调度模型,上层为电网和气网系统,下层为能量枢纽系统,以运行成本最小为目标函数进行低碳经济调度。通过算例验证,该碳交易模型可降低7.06%的碳排放量,结合需求响应,可降低4.37%的系统运行成本。该模型具有提高能源利用率、降低运行成本和减少碳排放的作用,可实现低碳经济运行。     

计及多种分布式能源运行的配电网双层优化规划方法

在配电网分布式可再生能源(Renewable Distributed Generation, RDG)优化规划问题上,考虑可控分布式电源和可中断负荷的调度运行情况,建立RDG双层优化模型。上层模型以配电网系统电压偏移最小、网络损耗最小为目标,求解RDG接入配电网的最优位置和容量。下层模型以配电网发电综合运行成本最小为目标,求解各时段可控分布式电源和可中断负荷最优出力安排。利用场景分析方法处理多种分布式可再生能源优化中的不确定因素。为减少模型计算量,采用K-means聚类算法获取典型场景。最后,采用改进的自适应遗传算法求解,以IEEE-33节点网络系统为例对所提模型与方法的有效性进行验证。仿真结果表明,该方法能够有效提高RDG优化方案在系统实际运行中的适用性。     

多能互补系统全寿命周期优化配置方法

针对含风力发电、光伏发电和储能系统的多能互补系统的优化配置问题,提出一种考虑系统与配电网交互和需求侧响应成本的多能互补系统全寿命周期优化配置方法,构建双层优化模型：上层以总等年值成本最小为目标进行全局优化,确定多能互补系统的最优配置方案与储能出力范围;下层以系统的日运行成本和可再生能源未利用率最小为目标,建立多能互补系统的多目标日前优化调度模型。分别考虑独立型和并网型多能互补系统,以某地实际风光数据为例,验证所提优化配置策略的正确性与有效性,并量化分析多能互补系统运营方式对优化配置策略的影响。     

多能互补系统全寿命周期优化配置方法

针对含风力发电、光伏发电和储能系统的多能互补系统的优化配置问题,提出一种考虑系统与配电网交互和需求侧响应成本的多能互补系统全寿命周期优化配置方法,构建双层优化模型：上层以总等年值成本最小为目标进行全局优化,确定多能互补系统的最优配置方案与储能出力范围;下层以系统的日运行成本和可再生能源未利用率最小为目标,建立多能互补系统的多目标日前优化调度模型。分别考虑独立型和并网型多能互补系统,以某地实际风光数据为例,验证所提优化配置策略的正确性与有效性,并量化分析多能互补系统运营方式对优化配置策略的影响。     

考虑太阳能-沼气组合模式优选的养殖场多能耦合系统优化规划

太阳能和生物质能符合“双碳”目标下现代农村清洁、高效能源系统的建设需要。针对农村沼气生产利用模式多样、多能耦合系统规划模型复杂导致求解困难的问题,提出一种考虑太阳能-沼气组合模式优选的养殖场多能耦合系统优化规划方法。采用多指标综合价值评价获得太阳能-沼气组合模式备选方案;在此基础上建立养殖场多能耦合系统三层优化规划模型,上层以系统年规划费用最小为目标确定太阳能-沼气组合最优方案,中层以充分消纳可再生能源、投资成本最低为目标实现能源设备配置,下层以运行经济性最优为目标实现多场景下优化调度。采用商业优化软件Cplex利用分支定界法求解模型。算例结果表明,所提方法能有效提高养殖场生物质和太阳能的利用效率、显著降低模型求解难度。     

交直流配电网中柔性软开关接入的规划-运行协同优化方法

含分布式源-储-荷的直流配电系统需要通过柔性软开关等电力电子化配电设备与交流系统互联,构成的交直流混合系统不仅可以提高系统整体的可靠性,还可以通过灵活的潮流控制优化系统运行方式,并降低系统损耗。由于用以交直流系统互联的柔性软开关接入方案对全系统可靠性和最优运行方式都有影响,针对这一规划-运行协同问题,首先提出了交直流混合系统的改进显式可靠性计算方法,进而建立了考虑可靠性经济成本和网损的交直流混合配电系统规划-运行协同双层优化模型。上层模型基于加权功率传输分布因数,以系统传输损耗最优为目标确定柔性软开关的接入方案,下层以可靠性成本最低为目标获取交直流混合系统的最优运行方式。最后,在算例系统中进行了仿真对比验证。结果表明,所提出的规划-运行协同优化方法能够有效提升交直流混合系统的可靠性和经济性。     

考虑阶梯碳交易和需求响应的含氢储能的并网型微电网优化配置

针对低碳背景下并网型微电网的优化配置问题,提出了一种考虑阶梯碳交易和需求响应的含氢储能的并网型微电网优化配置方法。通过在规划模型中引入阶梯碳交易机制,降低微电网的碳排放;以可再生能源发电功率与负荷功率的差值绝对值之和最小为目标,利用负荷需求响应引导用户改变用能策略,促进可再生能源消纳,减少储能配置容量,进一步降低微电网的碳排放和经济成本;建立包含风力发电机、光伏阵列、柴油发电机、电解槽、储氢罐、燃料电池的并网型微电网的双层优化配置模型,上层模型以微电网等年值综合成本最小为优化目标,下层模型以微电网年运行成本和年碳交易成本之和最小为优化目标;采用遗传算法与混合整数线性规划相结合的方法对双层优化配置模型进行求解。算例结果验证了所建模型的合理性和有效性,能够为含氢储能的并网型微电网的容量配置提供参考。