基于柔性行动器–评判器深度强化学习的电–气综合能源系统优化调度

多能流协同优化调度是实现综合能源系统高效经济运行的核心技术之一。面向电–气综合能源系统运行优化问题,提出一种基于柔性行动器-评判器框架的深度强化学习方法,通过智能体与能源系统的交互,自适应学习控制策略。该方法可实现多能流系统的连续动作控制,且能够灵活处理风电、光伏、多能负荷等源荷不确定性问题,实现多场景下的电-气综合能源优化调度决策。首先,构建面向电-气综合能源系统调度的强化学习基本框架,介绍柔性行动器-评判器强化学习的基本原理;然后,构建与智能体交互的电-气综合能源系统环境模型,设计深度强化学习的动作与状态空间、奖励机制、神经网络结构、学习流程等关键环节;最后,针对2个电-气综合能源系统算例进行强化学习优化调度结果分析。     

基于异质依存网络的电-气区域综合能源系统弹性评估

含多耦合节点的区域综合能源系统存在多能量形式的深度耦合,节点连接关系更加复杂,难以直接利用单一网络进行计算和评估。基于异质依存网络进行电–气区域综合能源系统弹性评估。首先,基于耦合元件的电气解耦,建立了电–气区域综合能源系统的双层异质依存网络模型,并转化为双层双向图;其次,提出综合考虑脆弱性和恢复力的弹性指标,采用复数形式表示并基于双层双向图进行弹性指标计算,再提出几何平均G1-反熵权法计算得到综合弹性值。最后,通过电–气区域综合能源系统弹性评估算例,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于气网动态代理模型的电–气综合能源系统最优能流计算EI北大核心CSCD

在电-气综合能源系统最优能流计算中,管道参数均一化假设使得物理模型难以精确刻画气网动态过程。为此,该文提出一种基于气网动态代理模型的电–气综合能源系统最优能流计算模型。基于神经网络拟合气网流量、气压关系,提取神经网络参数构建气网动态代理模型;提出基于气网最大时间常数的滚动代理模型构建方法;将含非线性激活函数的气网动态代理模型等价转化为混合整数线性规划模型,并与电力系统潮流模型结合,建立电–气综合能源系统最优能流模型。将所提模型在配网级电–气综合能源系统中验证分析,结果表明:较之于基于管道参数均一化假设的物理模型、气网全时段代理模型,所提方法精度高,降低了代理模型规模与模型训练代价。     

计及大规模新能源接入的电–气耦合综合能源系统稳定性评估EI北大核心CSCD

在新能源渗透率不断提高及能源耦合越来越紧密的背景下,针对典型电–气耦合综合能源系统(electro-gas coupled integrated energy system,EGCIES),提出一种基于大规模新能源并网的电–气耦合综合能源系统稳定性评估方法。首先给出电–气耦合综合能源系统潮流的顺序求解方法,在计及电力系统(electrical power system,EPS)与天然气系统(natural gas system,NGS)能量耦合关系的情况下,考虑新能源机组出力不确定性及电负荷、气负荷的随机波动,求解EGCIES潮流;然后提出了一种最小切负荷策略,在EPS中将三级切负荷策略与改进二分法相结合,并将其应用于NGS系统中,以快速准确求解极端状况下,系统的最小切负荷量;又在电源点、气源点的故障情况下,计及电–气耦合特性,通过所提出的稳定性分析方法,从EPS稳定性、NGS稳定性及EPS与NGS耦合能力多角度定量分析电–气耦合综合能源系统的稳定性,并求解EPS与NGS能量互补的拐点。最后,利用比利时20节点天然气系统及IEEE39节点系统构成电–气耦合综合能源系统,验证了所提方法的有效性。     

基于需求响应的电-热-气耦合系统综合直接负荷控制协调优化研究

传统能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统,无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。对电–热–气多种能源的优化调度研究,可以实现统筹优化配置,提高多种能源互补利用效率;同时直接负荷控制参与多能源的优化调度为多能源协同调度提供新思路。首先构建了一种电–热–气多源耦合系统结构,分析了供给侧多源耦合系统的特性及需求侧直接负荷控制参与多种能源负荷的特性,其次建立了基于多种能源的直接负荷控制参与电–热–气耦合系统的综合经济优化调度模型;然后仿真分析了电–热–气耦合系统多源互补协调优化调度的场景,以及直接负荷控制参与的电热气耦合调度的特性。结果显示:供应侧多种能源的互支持和备用对于保证多能源系统的安全运行具有重要意义;需求侧调度使供需更趋于平衡,综合直接负荷控制对电–热–气耦合系统需求侧的优化,能够降低峰值负荷,增加需求侧的弹性。     

电-气互联综合能源系统安全分析与优化控制研究综述

综合能源系统为提高能源利用效率、多能互补及构建低碳可持续能源系统奠定了基础,然而值得注意的是,深度耦合的多能源系统亦面临着不可忽视的运行风险,尤其当耦合系统之间缺乏有效的协同安全控制策略。鉴于此,综述了电-气互联综合能源系统安全分析与优化控制研究,介绍了电-气互联综合能源系统稳态与暂态潮流模型,包括非线性、线性及凸松弛模型;介绍了电-气互联综合能源系统安全分析研究,包括状态估计、安全评估、可靠性分析及韧性分析;介绍了电-气互联综合能源系统优化控制研究,提出了多时段滚动预防与校正控制模型;展望了电-气互联综合能源系统安全分析与优化控制未来可深入研究的方向。     

一种计及能量枢纽不同运行模式的综合能源系统混合能量流求解方法

综合能源系统的混合能量流求解是后续能量综合管理与调控的基础环节。为避免传统统一求解能量流时可能存在的模型维度高、收敛性差等问题,同时充分考虑能量枢纽（energy hub,EH）在不同运行模式下对系统能流分布的影响,提出了一种计及EH不同运行模式的综合能源系统混合能量流求解方法:基于EH建模以及建立电、气、热各能源子系统的能流独立求解模型,划分典型运行模式,利用EH单元输入输出的钳制约束对各能源子系统的能流独立计算结果进行迭代校正,实现EH在不同运行模式下的能流流程化求解。算例结果表明,此算例适用于不同运行模式的混合能量流计算,且具有较好的收敛性与合理性。     

考虑CCUS电转气技术及碳市场风险的电–气综合能源系统低碳调度EI北大核心CSCD

在碳市场价格波动的背景下,合理量化碳交易价格波动风险并制定相应的低碳运行策略对于降低系统运行成本和碳排放量具有十分重要的意义。该文提出一种考虑碳市场价格风险及碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行的电–气综合能源系统低碳优化调度模型。首先,利用广义自回归条件异方差模型预测次交易日碳价,并使用条件风险价值衡量碳市场价格波动风险,为电–气综合能源系统调度提供碳价参考。然后,引入碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行框架,将碳捕集机组捕获的CO_(2)作为电转气原料,电转气利用负荷谷期的风电出力生产天然气,以电–气综合能源系统总调度成本及碳交易风险最低为目标建立优化调度模型。最后,在改进的IEEE 24节点和天然气6节点系统构成的电–气综合能源系统中进行仿真。结果表明,提出的调度模型能够捕捉碳市场波动期内风险,提高电–气综合能源系统可再生能源消纳量,并降低系统总运行成本和碳排放。     

考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法

为充分挖掘综合能源系统的可调度潜力,提出了一种考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法。首先,为增强价格信号对需求响应的激励效应,在分时价格的基础上结合模糊数学理论提出了模糊分时能源价格,进而建立了价格型综合需求响应模型;其次,综合考虑电–热–气系统的耦合约束以及天然气网络的管道动态特性,构建了综合能源系统的日前调度模型;最后,针对电–热–气系统的复杂性以及信息的不透明特性,提出了基于正则化交替方向乘子法的调度方法,将优化调度模型分解为电–热–气3个子问题,通过多个协调变量进行信息传递,并在迭代求解各子问题的同时通过添加含协调变量的正则项以加快收敛速度。结合具体算例验证了所提模型和方法的有效性。     

计及差异化能量惯性的电-热-气综合能源系统日前优化调度

针对不同能源系统的多元异质性,建立了兼顾热力系统源–网–荷以及气网管道差异化能量惯性的电–热–气综合能源系统优化调度方法.首先,针对热惯性展开研究,为克服热传输延时连续性和调度时段离散化的矛盾,提出一种基于流量分段法的热网传输惯性模型,并将该方法引入热源侧的模型构建,进而结合负荷侧的建筑热惯性,共同构建了考虑源–网–荷多种热惯性的热力系统模型.其次,为刻画天然气网络气惯性的动态特征,利用虚拟节点构建稳态模型代替原有的暂态模型,避免了偏微分方程的直接求解,大福降低了计算的难度.最后,基于不同能量惯性全面精确的建模,并综合考虑了各子系统的网络约束和耦合约束,以系统运行成本最小为目标构建了电–热–气综合能源系统日前优化调度模型,并用混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)软件进行求解.结合具体算例,研究结果表明精细刻画热、气系统的差异化能量惯性,能够提高电–热–气综合能源系统运行的经济性和灵活性.     

综合能源配电系统运行域模型

综合能源配电系统(IEDS)是未来配电系统的一种可行发展形态,多能耦合在改善经济性、综合能效等方面的同时,也给系统的安全稳定运行带来诸多挑战。为研究系统的最大运行边界,基于电、气、热典型能源耦合的IEDS形态分析,提出IEDS运行域的概念与模型。考虑到能量枢纽(EH)的地理分隔与能源调控作用,将安装有自动化控制装置的EH输入侧联络线功率集合定义为工作点。进而以EH为调控手段,重点关注电压约束,提出运行域工作点电压边界遍历仿真求解算法。最后,以典型电-气耦合IEDS为例,求解不同观测变量构成的多种运行域,并进一步分析多能流约束、多能负荷变化以及热电比可调模式对运行域的影响。计算结果表明,所提方法可以准确描述系统的运行状态与可行边界,其结果可为调度人员提供一定的理论指导。     

基于LSSVM的电-气区域综合能源系统短期可靠性评估

电-气区域综合能源系统电、气相互影响，一方面使得模型驱动的单一能源系统可靠性评估方法不再适用;另一方面由于天然气的引入，导致其短期可靠性评估计算开销大。为综合解决这两个问题，提出用机理模型结果训练最小二乘支持向量机（LSSVM），由LSSVM在线评估短期可靠性的方法。首先，建立元件可靠性模型，提出基于系统等效节点模型的故障后果分析方法。在此基础上，构建基于蒙特卡洛模拟的模型驱动短期可靠性评估方法，获得训练样本。然后，构建LSSVM回归模型，通过离线训练，得到系统状态与短期可靠性指标间映射的LSSVM模型，实现系统短期可靠性实时评估。最后，电-气区域综合能源算例系统测试验证了所提方法的准确性和快速性。     

计及双向耦合的气–电综合能源系统全动态多速率联合仿真算法研究

高效与低碳的能源利用目标促使电力系统和天然气系统耦合日益紧密,形成区域内能源生产、分配、消费一体化的综合能源系统。为明晰各能源子系统动态过程相互影响,改善系统控制能力,相关研究从稳态分析逐步深入到动态过程。然而,不同系统动态特性、时间常数、建模分析方法等显著差异给综合能源系统的动态过程仿真、控制策略验证等环节带来了巨大挑战。为有效揭示电网与气网运行中动态过程耦合机理,该文以能量双向耦合的气–电综合能源系统为研究对象,首先在天然气网络稳态潮流计算的基础上,采用特征线法进行动态过程的数值求解;随后以燃气轮机和电转气为接口建立双向耦合环节动态模型,并提出气–电综合能源系统全动态多速率联合仿真算法;最后通过两种典型动态场景对气–电双向耦合模型和仿真算法进行验证,结果表明,该模型和算法可以有效反映不同动态过程中气、电子系统之间的相互影响,为综合能源系统动态过程研究提供有利手段。     

基于多目标的气电互联综合能源系统规划研究

近年来,天然气发电的普及率不断提高,而快速发展起来的电转气(power to gas,P2G)技术也更加促进了电力系统与天然气系统之间的耦合.本文研究了基于多目标的气电互联综合能源系统规划,建立了气电互联综合能源系统耦合模型,并进一步提出了气电互联能源系统协同规划模型.本文采用了多个目标来表征气电互联综合能源系统的可靠性与经济性,建立了以投资成本最少、运营成本最经济、能源短缺成本最少和需求侧用户补偿成本最低为目标的多目标优化模型,在模型求解时,采用了加权系数法将多目标规划转化是单目标规划.通过算例分析证明了该气电互联能源系统协同规划模型在经济性和集成系统可靠性等方面的有效性.     

计及大规模新能源接入的电–气耦合综合能源系统稳定性评估

在新能源渗透率不断提高及能源耦合越来越紧密的背景下,针对典型电–气耦合综合能源系统(electro-gas coupled integrated energy system,EGCIES),提出一种基于大规模新能源并网的电–气耦合综合能源系统稳定性评估方法。首先给出电–气耦合综合能源系统潮流的顺序求解方法,在计及电力系统(electrical power system,EPS)与天然气系统(natural gas system,NGS)能量耦合关系的情况下,考虑新能源机组出力不确定性及电负荷、气负荷的随机波动,求解EGCIES潮流;然后提出了一种最小切负荷策略,在EPS中将三级切负荷策略与改进二分法相结合,并将其应用于NGS系统中,以快速准确求解极端状况下,系统的最小切负荷量;又在电源点、气源点的故障情况下,计及电–气耦合特性,通过所提出的稳定性分析方法,从EPS稳定性、NGS稳定性及EPS与NGS耦合能力多角度定量分析电–气耦合综合能源系统的稳定性,并求解EPS与NGS能量互补的拐点。最后,利用比利时20节点天然气系统及IEEE39节点系统构成电–气耦合综合能源系统,验证了所提方法的有效性。     

考虑制氢储能参与的互联电力系统优化调度研究

在能源互联网背景下,可再生能源发电并网比例快速增长,而由于风电出力特性等因素的影响,风电并网时出现大量弃风,未能实现全消纳。以减少弃风为前提,运行成本和环境成本最小为目标,构建含制氢储能的电–气综合能源日前经济调度模型。通过对比系统中制氢储能单元参与前后的弃风电量、运行成本和环境成本,验证了制氢储能对减少弃风,提高系统经济性和环保性的作用。仿真算例表明:构建的电–气综合能源系统,在很大程度上实现了风电全额消纳,且制氢储能的参与使整个系统的经济性和环保性都有所提高。在能源互联网的背景下,该模型的提出对系统能够经济、环保地运行具有重要意义。     

考虑富氧燃烧技术的电–气–热综合能源系统低碳经济调度

富氧燃烧技术能实现燃煤机组二氧化碳的近零排放,是实现低碳调度的有效手段。该文提出将富氧燃烧技术引入电–气–热综合能源系统,并建立低碳经济调度模型,该模型可兼顾经济性和低碳性。首先,通过挖掘富氧燃烧电厂运行机理,研究其内部能量时移特性,并与燃烧后捕集电厂进行比较,分析其对降低碳排量的优势;其次,建立以运行成本、维护成本、折旧成本、碳交易成本等综合成本最低为目标函数的电–气–热综合能源系统低碳经济调度模型。并通过CPLEX求解。最后,对IEEE-30节点电网模型、7节点气网模型和6节点热网模型的综合能源系统进行仿真,验证模型的有效性。该文研究可为综合能源系统的低碳调度运行提供参考。     

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。     

基于粒子群-内点混合优化算法的区域综合能源系统可靠性评估

区域综合能源系统(integrated community energy system,ICES)的发展将电、气、热等能源联系得更加紧密。文章在能源集线器模型基础上,结合蒙特卡洛系统状态抽样方法,提出了一种基于粒子群-内点混合优化算法的区域综合能源系统可靠性评估算法。该算法通过结合粒子群算法和内点法的优劣势互补,可较准确计算目标区域综合能源系统可靠性量化指标。之后详细分析了可再生能源渗透率对区域综合能源系统可靠性的影响。     

计及电转气的区域综合能源系统日前优化调度

为了提高区域综合能源系统的经济性以及可再生能源的消纳能力,提出含电转气（power-to-gas,P2G）的调度优化模型。首先将电转气分为2个阶段运行,在电解水产生氢气环节加入储氢罐作为氢燃料电池的燃料来源,通过氢燃料电池实现氢能向电能、热能的转化,之后将剩余氢气输入到甲烷反应器中,减少将氢气全部直接甲烷化所产生的能量损耗。其次燃气轮机采用变效率运行模式,通过灵活调节燃气轮机的供电、供热效率,使热电出力更为经济合理。基于此,以由系统购电成本、购气成本、弃风成本以及环境成本构成的日运行成本最小为经济目标,构建含电转气的区域综合能源系统日前优化调度模型。最后利用基于空间距离的混沌粒子群算法求解,并通过算例仿真表明所提调度模型可有效促进多级能源合理高效利用,提高可再生能源消纳能力与系统运行经济性。