考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明：在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。     

基于分层分布式调度的多园区服务商与综合能源供应商两级协调优化运行模型

在用能形态转变关键期,有关园区级综合能源系统的试点项目集中涌现。多个园区以不同参与主体接入电力系统与热力系统构成的区域综合能源系统,带来利益冲突与交互功率不匹配问题。为此,基于交替方向乘子分布式算法,建立了多园区服务商与综合能源供应商的两级协调优化运行模型。上级综合能源供应商运营管理电网与热网构成的区域综合能源系统,下级各园区服务商控制管理各园区级综合能源系统。上级模型中针对热电能源本身特性,建立供需实时平衡的配电网以及考虑热能传输延时性的热网模型;在下级模型中利用多能转换设备实现能源的梯级利用。该文提出的两级协调运行模型基于ADMM(alternatingdirectionmethod of multipliers)分布式算法,利用复制变量法解耦上下层交互功率保护参与主体隐私信息,利用惩罚因子调整参与主体调度策略,在多次迭代互动中实现上下层协调运行。以苏州同里某新能源智慧园区为算例,验证所建模型可保护各参与主体隐私,同时满足整体运行成本最低,并分析不同调度模式以及不同运行场景对系统运行结果的影响。     

考虑光热电站调峰补偿的高比例新能源电力系统经济调度EI北大核心CSCD

近年来,西北地区新能源装机容量不断增加,电力系统调峰问题凸显,通过当地新兴灵活可控的光热发电参与调峰能有效缓解上述问题。首先,着重考虑光热电站出力下调而导致的热电转换效率损失,分析光热电站运行成本,建立其深度调峰成本模型,进而得出光热电站参与调峰辅助服务的补偿。其次,考虑深度调峰成本的前提下,以系统综合运行成本最优为目标,构建考虑光热电站调峰补偿的电力系统日前优化调度模型。最后,通过IEEE-30节点对所提补偿方法及调度模型进行算例仿真。算例结果表明,该补偿方法提高了光热电站参与调峰的积极性,所提调度模型能够利用光热电站灵活调节的调度优势,提高电力系统风光消纳水平的同时降低运行成本。     

混合市场环境下计及电转气的园区燃气机组调峰优化模型

清洁能源消纳是当前我国电力市场改革加速推进的一项重要目标。在此背景下,文章构建了混合市场环境下计及电转气(power-to-gas,P2G)的园区燃气机组调峰优化模型。首先,设计了风光机组、燃气机组、电转气和储气罐参与的园区电力系统运行结构;其次,计及绿证交易市场和调峰辅助服务市场机制,分别构建了园区发电机组绿证交易模型和调峰补偿模型;然后,以清洁能源消纳最大化、燃气调峰意愿最大化、CO₂排放最小化和系统净收益最大化为目标,构建了清洁能源驱动下含P2G设备的园区供电系统经济调度数学模型;最后,采用混沌粒子群算法对模型求解。结果表明,此模型兼顾了P2G设备以及调峰补偿机制的园区电力系统,清洁能源消纳率提升了6.69%,CO₂排放量减少了14.66 t;燃气机组积极参与了调峰,系统净收益最高提升了18.706万元,验证了所提模型的有效性,并体现了求解算法较好的收敛效果。     

计及辅助服务的电-气-氢综合能源系统优化调度

氢能是中国能源行业低碳化转型的重要支撑。电制氢技术可将电网难以消纳的新能源转换成绿氢注入天然气管道,实现绿氢的远距离传输与利用。文中提出一种计及绿氢注入的电-气综合能源系统优化调度模型,且计及电网辅助服务以支撑高比例新能源消纳。首先,建立了计及绿氢注入及管道管存的天然气系统准动态运行模型;然后,构建了计及调峰与灵活备用的辅助服务的综合能源系统灵活运行模型。最后,算例测试量化评估了电制氢及多能协同对于支撑新能源消纳及提高系统运行灵活性的价值,并且分析了新能源渗透率、管道掺氢比限制对于综合能源系统调度结果的影响机理。     

发用两侧参与调峰的现货市场联合出清模式设计

针对新型电力系统下新能源装机容量大,发电侧调峰资源紧缺,弃风、弃光现象严重的问题,文中设计了一种考虑发用两侧参与调峰的现货市场联合出清模式,将发电侧深度调峰、柔性负荷调峰、新能源消纳与现货市场相结合,充分发掘发用两侧的调峰能力。首先,将独立储能和用户作为用户侧调峰资源,并根据用户是否具有实时跟踪调度指令的能力,将其分为灵活调节用户和非灵活调节用户,在此基础上设计了发用两侧参与调峰的日前市场和实时市场出清模式并建立出清模型。其次,综合考虑各市场主体的贡献和受益程度,设计了调峰辅助服务费用的结算与分摊机制。最后,通过算例验证了所提市场模式对于新能源消纳的有效性和合理性。算例分析中,文中所提市场模式相比仅发电侧参与调峰的模式可降低17.3%的弃风弃光量。     

计及云边协同的园区综合能源系统双层能量优化

深入挖掘园区综合能源系统内部多能耦合利用以及综合需求响应潜力,对系统内灵活性资源进行储能化建模,并将虚拟储能资源按照参与优化调度的时间尺度进行划分,提出了日前、日内2个阶段的园区综合能源系统优化调度方法,在日前阶段建立了热电协同优化模型,在日内阶段基于日前调度结果建立了电功率快速调整模型。进一步地,为充分发挥综合能源系统中各园区资源的时空互补优势,从多时间尺度、多主体角度提出适用于实时阶段的计及云边协同的综合能源系统双层能量优化方法。基于各园区可再生能源发电和电负荷的最新预测结果,在能量管理云平台建立了满足系统整体运行经济性目标的实时能量优化模型,在边缘控制器利用模型预测控制方法建立了以日内优化结果为参考值的精细化调控模型,并采用交替方向乘子法求解,以实现园区自身利益与综合能源系统总体效益的均衡。仿真结果表明,通过园区间联络线的传输功率协调以及电储能、动态可控负荷的辅助调用,可有效平抑可再生能源出力和电负荷需求的实时波动,提高系统整体运行调控的鲁棒性与有效性。     

基于波动性分析的调频辅助服务需求计算与应用

调频辅助服务需求是电力系统调度运行中调频辅助服务调用的基础数据,更是调频辅助服务市场的交易标的,准确计算该需求是组织调频辅助服务市场交易的前提。提出了基于波动分布图的数据波动性分析方法和基于"二八原则"的数据波动性评价指标计算方法;根据调频辅助服务需求的物理概念,设计了基于波动性分析的调频辅助服务需求计算方法,实现了风电、光伏等新能源参与下电力市场调频辅助服务需求的规范化计算框架。以该计算方法在某省电网调频辅助服务管理系统中实际应用的效益为例,验证了该计算方法能够满足电网实际运行要求,为新能源参与消纳提供了良好条件,提升了调频辅助服务资源利用率。     

规模风电并网条件下储能系统参与辅助调峰服务容量配置优化研究

由于风电等可再生能源装机比例不断加大,电网对辅助调峰的需求也日益迫切,而储能系统是解决电网调峰问题的有效途径之一。本文在东北地区建设辅助调峰市场所提出的补偿机制下,对储能系统参与火电机组辅助调峰服务容量配置优化模型进行研究,设计了储能系统参与辅助调峰的充放电控制策略,考虑受风电波动影响的电网综合负荷,在火电及储能约束条件下,分别得出经济性最优、消纳风电出力效果最优以及兼顾经济性和消纳风电效果综合最优的储能系统容量配置方案,并从火电企业、新能源企业、政府政策制定等多角度对比分析并提出建议。     

基于舒适度的需求响应与碳交易的园区综合能源经济调度

在碳中和背景下,高比例新能源消纳和减排目标的实现要求打破不同能源间的壁垒,进行多能源联合优化调度。电转气技术在消纳新能源的同时也捕捉固定碳。本文基于含电转气、电制热、热电联产、燃气轮机等设备的电、气深度耦合的园区多能源系统,提出考虑用户舒适度的联合热、电需求响应和碳交易成本,并以园区运行成本最低为目标,建立园区多能源系统联合经济调度模型。在满足用户舒适度前提下充分发挥联合热、电需求响应潜力,利用多能互补,源、荷互动,提高新能源消纳的同时降低园区运行成本。最后,通过仿真验证了该模型能有效降低园区运行成本、提高新能源消纳能力。     

计及风光就地消纳的设施农业产业园区综合能源系统多目标优化调度方法

针对设施农业产业园区在生产过程中能源得不到高效利用且能耗费用较高的问题,文章提出了一种计及风光就地消纳的设施农业产业园区综合能源系统(integrated energy system, IES)多目标优化调度方法。首先,建立了包含风-光-沼可再生能源的设施农业产业园区综合能源系统出力模型。然后,考虑多种约束条件,并以能耗费用最低与风光消纳率最大作为目标,利用基于反向学习的改进型多目标正余弦优化算法进行求解。最后,以某设施农业产业园区综合能源系统作为实际算例对所提方法进行了验证。结果表明,所提优化调度方法可有效降低园区日运行费用、提高风光就地消纳率。     

基于㶲经济学的综合能源系统动态冷热电成本

多能流耦合的综合能源系统(IES)成本分摊是综合能源服务研究的一个关键技术问题。现有IES产品成本计算未虑能量品位的影响,并且对含储能的IES成本变化缺乏深入研究。以热力学第二定律为基础,建立IES动态㶲经济学模型,并以某园区综合能源系统为例,研究动态负荷以及储能工况对系统冷热电成本的影响。结果表明：储热装置能够有效降低单位冷热电成本;相较无储热工况,在储热工况下系统单位冷、热、电成本分别降低6%、24%、1.2%;此外,储热工况下的IES冷热电平均成本与电负荷成正相关,与冷热负荷呈负相关。动态㶲经济学模型能够高效地分析含储热的IES在优化周期内的逐时冷热电成本,为冷热电实时定价提供依据,合理利用储能装置能够降低冷热电产品的成本,有助于内燃机消纳,提高系统运行的稳定性和经济性。     

基于㶲经济学的综合能源系统动态冷热电成本

多能流耦合的综合能源系统(IES)成本分摊是综合能源服务研究的一个关键技术问题。现有IES产品成本计算未虑能量品位的影响,并且对含储能的IES成本变化缺乏深入研究。以热力学第二定律为基础,建立IES动态㶲经济学模型,并以某园区综合能源系统为例,研究动态负荷以及储能工况对系统冷热电成本的影响。结果表明：储热装置能够有效降低单位冷热电成本;相较无储热工况,在储热工况下系统单位冷、热、电成本分别降低6%、24%、1.2%;此外,储热工况下的IES冷热电平均成本与电负荷成正相关,与冷热负荷呈负相关。动态㶲经济学模型能够高效地分析含储热的IES在优化周期内的逐时冷热电成本,为冷热电实时定价提供依据,合理利用储能装置能够降低冷热电产品的成本,有助于内燃机消纳,提高系统运行的稳定性和经济性。     

考虑冷热电需求耦合响应特性的园区综合能源系统优化运行策略研究

近年来,为了促进可再生能源消纳、提高能源利用效率,园区综合能源系统得到大力推广及应用,建立精细化的综合需求响应模型是实现园区综合能源系统供需双侧协调优化运行的关键。该文首先构建了能源供需双侧同时存在耦合的园区综合能源系统运行架构,然后基于电力负荷价格弹性响应模型推导建立了考虑冷热电需求耦合响应特性的精细化综合需求响应模型。在此基础上,以综合能源系统运行成本最小为目标,建立了园区综合能源系统优化运行模型,该模型通过优化能源需求侧的售能价格和能源供给侧的设备运行参数等,实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后基于一个典型综合能源系统对所建综合需求响应模型和园区综合能源系统优化运行模型进行仿真计算,计算结果表明,所提考虑冷热电需求耦合响应特性的综合需求响应模型可以准确描述多种用户参与需求响应的耦合响应过程,所提园区综合能源系统优化运行模型实现综合能源系统经济性的提升,促进可再生能源的消纳。     

考虑氢储一体化协同的综合能源系统低碳优化

针对可再生能源消纳问题，基于电-热-氢能流交互拓扑，研究电-热-氢综合能源系统灵活性资源协同调控。考虑灵活性资源与异质能流的互补影响，构建经济成本、风光消纳率、碳排放量等多评价指标评价电-热-氢多能调控策略。基于负荷碳排信息，提出电-热-氢交互能流溯源方法，利用碳流拓扑信息辅助多能调控决策。通过对实际区域电网进行仿真，分析多元灵活性资源响应对系统综合效益的改善效果，研究电-热-氢系统的源荷协同特性，结果验证了所提方法的有效性与合理性。     

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。     

考虑多能流广义储能作用的配电网协调规划

能源互联网背景下配电网内逐渐形成能源耦合、能量交互的区域综合能源系统,对提高可再生能源渗透率、解决环境问题具有重要意义.通过网侧资源协同利用与多能流优化调度达到存储能量的目的,并构建多能流广义储能系统;在此基础上,考虑多能负荷和分布式电源的多重不确定性,采用随机优化和鲁棒优化相结合的方法建立基于分季节多场景的三阶段鲁棒规划模型;将各阶段模型转化为混合整数线性规划模型并采用CPLEX进行交叉迭代求解.以改进的IEEE 14-NGS14系统为例,仿真结果验证了所提模型得到的规划方案能有效降低建设成本和运行成本,提高能源利用效率和可再生能源消纳水平,相较于传统鲁棒优化和随机优化,所提模型在经济性和保守性之间达到了良好的均衡.     

考虑电热气耦合特性的低碳园区综合能源系统氢储能优化配置

氢储能具有零碳排放、电热气联供等诸多优点,有望成为实现碳中和目标的重要支撑技术.针对工业园区综合能源系统的电热气负荷需求特点以及低碳化发展的总体需要,提出了一种以氢储能作为多种能量形式转换枢纽的低碳园区综合能源系统架构,在分析氢储能单元电热气多能特性的基础上,建立了氢储能多能联储联供模型;进一步地,以投资运行成本以及碳排放为优化目标,提出了园区综合能源系统氢储能单元优化配置模型.基于实际算例分析了清洁能源发电及热电负荷特性、碳减排政策、氢储能投资成本等关键因素对综合成本及碳减排目标的影响,验证了通过配置氢储能降低园区综合能源系统供能成本和碳排放的可行性,并指出了其典型的适用场景.