电-气综合能源系统供能恢复协调优化决策研究

电-气综合能源系统在供能中断后的恢复过程中应从全局优化供能资源以获得最大的恢复净收益。分析气转电综合能源系统中配电系统和配气系统在源网荷侧的耦合关系,讨论配气系统恢复操作引发的暂态过程对配电系统的影响。在此基础上建立综合考虑恢复收益和成本的电-气综合能源系统供能恢复优化模型,并提出协调优化决策方法。通过气转电流量优化决策,确定各燃气轮机最优获气流量,实现配电系统与配气系统的解耦。通过配电系统、配气系统并行分区划分及各分区独立的恢复方案优化,得到使电-气综合能源系统供能恢复净收益最大化的恢复方案。最后,通过仿真分析验证了所提协调优化决策的有效性。     

区域互联能源联供系统的优化规划

能源联供系统具有一次能源利用率高、经济性好等优势,但因其内部设备种类较多、能量流耦合较强而使得规划问题复杂度提高。对于联供系统的规划问题,首先阐明了供能站外部联络结构以及供能站内部的能源联供模式,针对目前新规划地块负荷供区划分和供能站选址困难的现状,提出了综合加权负荷矩指标并将其应用于维诺图,以解决供区划分和供能站选址的难题;综合考虑不同能源网络规划需求的差异,对冷/热/电能源在子供区内的配送网络采用了不同的规划结构;供能站内各类设备的容量与站间冷热电等能源连接网的规划在优化时相互影响,存在着复杂的耦合关系,文中建立了"站内容量—站间网络"联合规划模型,同时对供能站内各类设备容量和供能站间连接网进行优化规划。最后,在某新规划地块的算例中,仿真验证了所述供区划分和供能站选址方法的有效性,最终的联合规划结果验证了该方法的经济性和实用性。     

多能协同的配电网供电恢复策略

能源互联网背景下,配电网与其他能源系统紧密耦合,多能协同效应使得配电网运行方式更为灵活,为配电网供能恢复提供了新思路.为此,该文提出一种考虑多能协同的配电网主动解列控制策略,首先建立电-气-热耦合的多能流网络模型;然后,从多能协同角度出发,提出适用于多能协同的配电网主动解列替代控制和协调控制策略,分别从负荷用能类型转移...     

面向能源互联网的热电联供系统节点能价研究

为更准确地体现综合能源系统中不同能源的价值,更好地激励用户合理用能,提出了一种新的多种能源耦合定价机制——节点能价,并在热电联供系统中对节点能价进行了研究。首先,类比节点电价,给出了节点能价的定义和分类。将节点能价分为3部分:生产边际成本、传输阻塞成本和多能耦合成本。建立了热电联供系统的最优潮流模型,采用原对偶内点法进行求解,以电力系统节点功率平衡方程和热力系统节点功率平衡方程所对应的拉格朗日乘子作为各节点的节点电价和节点热价。算例结果表明节点能价很好地解释了综合能源系统中的能源价格影响因素:供能节点能价由生产边际成本和多能耦合成本决定;负荷节点能价在供能节点能价基础上叠加传输阻塞成本。     

含分布式发电的热电联供系统负荷恢复策略

近年来含分布式能源的热电联供系统在区域能源系统中得到了广泛应用,而传统故障分析仅针对供电系统进行决策,缺乏对综合能源系统的整体考虑。文章在热电联供能源系统供电中断情况下,研究综合能源系统供能恢复问题。引入换热站模型和高耗电、高产热的大型耗能用户模型描述热电耦合关系,对热-电系统间的能量生产、分配、转换以及不同等级负荷的供能恢复过程进行建模,考虑热惯性影响,利用供热量在空间和时间的弹性,构建热电联供系统负荷恢复策略模型,并用CPLEX求解器求解,得到故障后负荷综合损失最小的方案。利用某热电联供系统算例验证所提方法的有效性。     

基于模型预测控制的离网电氢耦合系统功率调控

能源低碳化转型是目前能源改革必由之路,而氢能在能源去碳化进程中扮演着越来越重要的地位,由风、光与氢能构成的离网电氢耦合典型低碳能源系统,具有显著低碳、绿色的特点。针对离网风光发电不稳定及供能系统低碳化需求问题,该文提出基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的离网电氢耦合系统功率调控方法。氢作为能源低碳化变革中重要能源载体,为风电光伏离网供能系统提供主要的中间稳定环节。该文构建典型离网电氢耦合能源供给系统架构,其中氢储能系统包括碱性电解槽-储氢罐-质子交换膜燃料电池,建立电氢耦合系统线性离散状态空间模型,基于具有较好在线优化动态控制性能的MPC方法,对系统进行功率平衡优化调控。通过典型日算例仿真分析,验证所提系统架构的合理性及系统功率调控的鲁棒性与有效性。     

考虑可再生能源消纳的CCHP微能源网优化配置模型

微能源网中电、气、热等多种能源相互耦合,其容量与运行协调优化是促进可再生能源消纳和提高能源利用率的关键。针对含冷热电联供系统(CCHP)的微能源网优化配置问题,首先分析了含电、气输入和电、热输出耦合的微能源网系统构架和能量流,提出考虑促进可再生能源消纳和提高能源利用率的运行策略,建立基于能量流的供热可靠性指标,然后建立考虑投资费用、一次能源消耗、CO2排放、供能可靠性的综合评价指标的含CCHP的微能源网系统容量和运行策略的优化配置模型。算例仿真结果表明,所建立的模型在保证系统供能可靠性下能够促进可再生能源的消纳并提高系统的经济性。     

基于统一潮流大数据的综合能源系统薄弱点辨识方法

电-热-气不同供能系统间的紧密耦合使得综合能源系统薄弱点辨识困难。从数据驱动的角度,提出一种基于统一潮流模型大数据的综合能源系统薄弱点辨识方法。首先,基于电力、热力、天然气系统及其耦合环节的物理特性,建立综合能源系统的统一潮流模型;然后,利用潮流模型中不平衡量初值的历史和实时数据构建高维状态矩阵;接着,运用M-P律和圆环律定性分析系统运行状况;最后,计算状态矩阵的平均谱半径和最大特征值,并结合熵理论构建节点薄弱性指标。该方法将节点薄弱信息映射至数据变化中,通过对节点薄弱性指标值的排序实现综合能源系统中节点相对薄弱性的辨识,并通过仿真结果验证了所提方法的有效性。     

欧洲综合能源系统发展的驱动与现状

随着分布式发电供能技术,能源系统监视、控制和管理技术,以及新的能源交易方式的快速发展和广泛应用,综合能源系统(集成的供电/供气/供暖/供冷/供氢/电气化交通等能源系统)近年来在欧洲迅速发展,引发了欧洲能源系统的深度变革,成为各国新的战略竞争和合作的焦点。文中讨论综合能源系统的特点,介绍欧洲综合能源系统发展的驱动力,并从工业界和学术界两方面介绍欧洲在该领域的发展现状。欧洲的科研和实践说明能源系统间的耦合和互动显著增强,更好地理解和优化这些耦合和互动是提升整个能源系统性能、降低能源价格的关键。优化、可控的综合能源系统是实现端对端能量交易和推动能源互联网发展的物理基础。     

基于改进时间约束Petri网的综合能源系统运行优化及可靠性评估

综合能源系统包含的设备和负荷类型众多,设备之间的耦合方式多样,在实际综合园区建设过程中,对不同供能方式的经济性和可靠性评估显得尤为重要。首先,通过构建冷热供能系统的时序模型、耦合设备和储能装置的通用模型,并结合时间约束Petri网基本建模原理,建立了系统的运行优化模型;然后,对系统中元件两状态模型进行分析,建立系统的状态空间模型;并通过系统状态进行随机抽样并计算相应的供能可靠性指标。最后,通过对含有储热、储电、储气等多能存储的实际综合园区进行算例分析,评估不同运行方式下多能源系统的可靠性和经济性,从而为实际园区建设提供理论分析依据。     

考虑CCHP的工业大用户综合能源系统扩展规划

工业大用户是一个多能源综合供给系统,传统的工业大用户综合能源系统(integrated energy system,IES)规划忽略了多种能源的参与.计及冷热电联供系统(combined cooling,heating and power,CCHP),考虑多能梯级利用及其与可转移生产任务的耦合关系,文章建立了工业大用户...     

基于农村新型产业结构的“能源–环境–经济”鲁棒优化模型

针对同时汇聚可再生能源发电基地、畜牧养殖业基地、种植业基地和城市垃圾处理基地的新型农村产业结构下乡村多能源供需特性,该文提出并建立一种乡村多能源综合体(rural multi-energy complex,RMEC)拓扑及鲁棒协调优化模型。首先,考虑城市周边乡村垃圾填埋场的垃圾堆存量变化特性,建立针对多种类垃圾废物集中化处理供能数学模型,并建立乡村多元产业数学模型。其次,建立全可再生能源供能的乡村能源综合体的能源供给、转换、存储的能量协调模型,并根据外部能源网的调节需求,建立乡村多能源综合体能量供给响应模型。考虑到乡村多能源综合体运行时的不确定性问题,建立乡村多能源综合体两阶段鲁棒优化模型,通过锥松弛和对偶转化将非凸的第二阶段问题转化为凸优化问题。最后,以改进的IEEE39节点配电系统、20节点配气系统和14节点的热力系统进行仿真验证。仿真结果表明,文中提出的乡村多能源综合体能够有效协调可再生能源发电、畜牧养殖和垃圾处理等各产业间关系,可为乡村振兴、新时代美丽乡村产业结构调整及能源转型提供理论支持。     

面向分布式电源消纳的配电网—配水网经济调度方法

配电网和配水网都是城市能源供应的关键基础设施。为了解决配水网中电水泵电费过高的问题,同时寻求一种提升配电网分布式可再生能源消纳水平的方法,文中将配电网与配水网通过电水泵互联耦合,成为一种水能互联系统,并提出了一种配电网—配水网联合优化调度方法。该方法使得系统中的电水泵可以集中在风机出力较大、电价较低的时段运行,在节省电费的同时有助于解决系统弃风量大的问题。构建算例对该方法进行验证,结果表明该方法可以有效提升系统风电消纳水平、显著降低整体运行成本,同时有助于改善水泵运行方式、提高配电网电压质量。配电网—配水网联合调度还依托于合理的蓄水池容量,合理的蓄水池容量可显著改善配电网—配水网联合调度运行的经济性。     

中长期发用电一体化调度

在电力电量供应形势紧张的情况下,现有紧急中断负荷的调度方式,不仅给电网公司带来严重的经济损失,还对电网的安全稳定运行构成威胁。为此,将用电资源纳入电网的统筹调度,以电源规划、检修计划、需求预测、一次能源供给预测以及用电特性分析为基础,以中长期电力电量平衡为约束,以效益损失最小为目标,建立中长期发用电一体化调度模型。将所建模型转换为混合整数线性规划模型后,采用CPLEX求解器进行求解。最后,结合可中断负荷以及调减外送电两种用电调度措施,以包含13个梯级水电站和18个火电站的水火电力系统为例进行仿真,算例分析表明,该模型可在保证中长期电力电量平衡的同时,实现发电与用电的统一优化,进而提高系统运行的安全性和经济性。     

基于区间线性规划和可逼近理想解排序法的园区型综合能源系统投资决策

综合能源服务作为电网企业增值服务重点开发的领域,研究其在计及不确定性因素情况下的投资决策方法,能够有效提升电网的投资效益。从综合能源投资者角度出发,提出一种基于区间线性规划和可逼近理想解排序法 (technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的园区型综合能源系统投资决策方法。首先,采用区间数的方式对负荷和能源价格的不确定性进行描述,构建基于区间数的综合能源系统不确定性规划模型,求解得到年综合成本和年碳排放成本;然后,综合考虑园区的经济性指标和环保性指标,选取TOPSIS法对多个投资规划方案进行排序,统筹筛选出综合经济性和环保性的最优方案。案例分析结果表明所提方法可有效辅助综合能源公司做出合理投资决策。     

工业园区参与调峰的电池储能-需求响应联合规划

工业园区理论上具备很大的调峰潜力,但由于峰谷分布不规律、多方利益交互、规划与运行高度耦合等因素导致难以实现有效规划。文中旨在探索工业园区主动参与调峰的经济性与可行性,提出运用电池储能和需求响应作为两类主要调峰手段,构建了兼顾考虑设备配置与运行调度优化的双层规划优化模型。在经济性方面,对工业园区参与调峰过程中的各种成本效益进行量化建模,并分析了与电网公司、政府之间的利益交互。在不确定性处理方面,联合运用蒙特卡洛模拟法与K-means聚类法生成多个调峰场景以提高规划结果准确性。选取广东省某工业园区作为算例,验证了所提方法的可行性与有效性。     

基于清洁能源可获得量违约分析的电力规划

合理的电力生产规划,对提高电力行业能效具有重要的意义。针对电力系统中的复杂性及参数的多种不确定性,建立了基于低端达到度的电力生产不确定机会约束模型。该模型从系统角度出发,综合考虑能源的供应、发电技术的选择、发电系统的改扩建、电力生产、污染削减以及电力消费等一系列过程,为电力系统能源优化配置奠定了基础;通过概率水平P_pi,定量化表征清洁能源可获得量约束被违约水平,分析不同违约水平下能源资源供应、电力生产、容量扩充以及污染物消减方案,揭示系统效益与可靠性之间的权衡关系,为维护电力系统发电侧安全提供了技术支持。     

计及光伏不确定性和低碳需求响应的工业园区光-储分布鲁棒规划模型

在双碳背景下,工业园区能通过配置光-储发电系统,减少外部购电量,从而降低碳排放水平,但光伏的不确定性给工业园区最优规划带来了一定挑战。基于此,建立了计及光伏不确定性和低碳需求响应的工业园区光-储鲁棒规划模型。该模型以园区年综合成本最小为优化目标,基于碳排放流理论,将动态碳排放因子作为需求响应的实时电价的定价依据,其次,利用光伏出力的历史数据,通过场景聚类,建立典型出力场景和其概率分布,构建基于数据驱动的两阶段分布鲁棒光-储规划模型。最后,利用Cplex商业求解器对某工业园区进行算例仿真,验证了所提模型的有效性。     

考虑电能替代负荷接入的配电网鲁棒重构优化

为治理大气污染、保护环境,涵盖电采暖和电动汽车的电能替代负荷将越来越多地接入配电网中,配电网的供电能力受到显著影响,传统配电网运行优化方法须要改进。基于电采暖、电动汽车负荷的出力模型,采用拉丁超立方抽样、Cholesky分解和同步回代削减相结合的方法实现概率多场景的快速生成。基于生成的概率多场景,将鲁棒优化和随机规划方法相结合,采用场景分析方法,在满足鲁棒约束条件下,以网络损耗和负载均衡度为优化目标,建立考虑电能替代接入的配电网鲁棒重构优化模型,采用蚁群算法对模型进行求解。最后通过算例验证了文中重构方法能够有效提升含大规模电能替代负荷配电网的供电能力。     

考虑储能的工业园区综合能源系统日前优化调度

城市能源互联网系统通过互补和能量梯级利用,实现能源资源的有效整合,在能源生产和消费革命中起着重要作用.城市能源互联网建设的关键之一是建立城市工业园区综合能源系统.因此,围绕一个存在电、热、冷、天然气等多种能流并服务于生产生活负荷统筹的工业园区综合能源系统开展了建模,结合系统储能特性,提出了日前运行优化调度模型.该模型综...