考虑P2G的多能源系统优化运行研究*

电转气技术(P2G)的出现给多能源系统中风电消纳问题带来了新的解决方案,而目前P2G设备的运行成本的高昂又与实现充分的弃风消纳存在矛盾。基于此,文中在考虑P2G设备运行成本的基础上,提出了一种计及分段弃风成本的多能源优化运行模型。首先,本文基于能源中心的概念,分析了包含P2G设备等多种能源转换装置在内的多能源系统模型。以能源系统供能成本最小为目标函数,并在目标函数中考虑了计及分段弃风惩罚因子的风电弃风成本,采用变惯性权重w的粒子群算法进行求解,对24h时间段内多场景下系统风电消纳情况、系统供能成本变化进行分析。结果表明,多能源系统中利用P2G设备可以提高风电利用效率,减少系统供能成本,综合效益显著。     

考虑电转气响应特性与风电出力不确定性的电-气综合能源系统协调调度

未来可再生能源将在新型电力系统中占主导地位,风光消纳问题会日趋严峻,电转气技术可以应对风电波动,为解决这一问题提供了有效途径.现有研究在电-气综合能源系统调度过程中虽然考虑了电转气设备,但忽略了电转气设备的响应特性,这不仅夸大了风电消纳能力,而且难以保证调度结果的可行性.为解决上述问题,提出了在风电不确定条件下考虑电转气设备响应特性的电-气综合能源系统调度模型.首先,通过机会约束刻画风电出力不确定条件下系统安全运行要求;然后,考虑了电转气设备的响应特性及相应停启时间约束;最后,利用分段线性化和数值积分的方法将调度模型转换为混合整数线性规划模型.仿真结果表明考虑电转气响应特性对电-气综合能源系统的可靠、经济运行有重要意义.     

含电转气的多能源中心协调优化运行策略

电转气技术的应用使得电力网络与天然气网络实现双向闭环能量流动,可以促进间歇性清洁能源的消纳。可将电转气细分为电转氢气、氢气转天然气2个过程并加入储氢设备以更好地协调电能-氢能-天然气能三者之间的能量流动。以系统运行成本最低及最大程度接纳风电为目标,计及电转气、天然气管网、各能源设备等运行约束构建了含电转气的多能源中心协调优化运行模型。模型对天然气网络潮流的非线性约束进行了线性化处理,加入权重系数将双目标优化问题转化为单目标优化进行求解。最后为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了4节点的多能源网络系统进行实例仿真分析,通过调用YALMIP工具箱的分支界定法进行模型求解,并对不同权重系数下不同场景系统的运行成本及风电消纳率进行了分析,结果证明电转气在多能源中心运行中的可行性,且电转气的中间产物氢气利用需求越高,风电消纳的程度越大。     

含电转气的多能源中心协调优化运行策略

电转气技术的应用使得电力网络与天然气网络实现双向闭环能量流动,可以促进间歇性清洁能源的消纳。可将电转气细分为电转氢气、氢气转天然气2个过程并加入储氢设备以更好地协调电能-氢能-天然气能三者之间的能量流动。以系统运行成本最低及最大程度接纳风电为目标,计及电转气、天然气管网、各能源设备等运行约束构建了含电转气的多能源中心协调优化运行模型。模型对天然气网络潮流的非线性约束进行了线性化处理,加入权重系数将双目标优化问题转化为单目标优化进行求解。最后为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了4节点的多能源网络系统进行实例仿真分析,通过调用YALMIP工具箱的分支界定法进行模型求解,并对不同权重系数下不同场景系统的运行成本及风电消纳率进行了分析,结果证明电转气在多能源中心运行中的可行性,且电转气的中间产物氢气利用需求越高,风电消纳的程度越大。     

计及源荷不确定性和变工况特性的区域综合能源系统优化调度

为保证系统的经济可靠运行,考虑了荷源不确定性及能源耦合设备的变工况特性对系统运行的影响。首先,基于能源梯级利用原理,建立了包含风电、燃气轮机、电转气（P2G）及多种能源耦合设备的区域综合能源系统（RIES）架构;其次,通过构建动态能源集线器（DEH）模型,分别从能源供需双侧反映设备变工况特性对系统能源耦合的影响。同时,以系统调度成本最小和碳排放量最少为目标,将确定性的系统约束转换为基于可信性理论的模糊机会约束,构建了考虑源荷不确定性和设备变工况特性的RIES模型。最后调用CPLEX求解器对模型进行求解。结果表明,所建模型可以有效描述系统的不确定性风险,促进风电消纳,提升系统的经济性与低碳性。     

考虑电转气消纳风电的电–气综合能源系统双层优化调度

电转气(power-to-gas,P2G)技术使电力网络与天然气网络的单向耦合转变为双向耦合,其运行特性为风电消纳提供了有效途径。该文提出一种考虑电转气合理利用弃风并考虑天然气系统优化运行的电力–天然气综合能源系统双层优化调度模型。首先,介绍含电转气的天然气系统运行模型;其次,以基于价格的含电转气的天然气系统优化调度为上层模型,基于直流潮流的含风电和电转气的电力系统经济调度为下层模型,构建电–气综合能源系统双层调度模型;再次,根据下层模型的Karush-Kuhn-Tucher(KKT)条件将双层模型转化为单层模型,并对非线性方程进行线性化,从而将非线性模型转化为混合整数线性规划(mix-integerlinear programming,MILP)问题,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过算例分析验证所提出模型的合理性与有效性,并证明电转气可以有效提高电网的风电消纳能力。     

考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气（P2G）工业园区运行能效,文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先,构建含P2G综合能源系统架构。其次,针对系统风电消纳问题,提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后,针对系统能效较低的问题,挖掘系统能量耦合及梯级利用关系,建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型,结合氢能实际使用需求,实现氢能高品位使用。最后,计及风电出力预测误差,以系统运行成本最小为目标,采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标,构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。     

计及电转气精细化模型的综合能源系统鲁棒随机优化调度

利用综合能源系统的多元消纳技术和多元存储技术辅助解决可再生能源就地消纳问题,将电转气(power to gas,P2G)细分为电转氢气和电转天然气,考虑电解槽、甲烷反应器的实际运行特性,以及氢储能的充放过程,建立P2G精细化模型。在含P2G的综合能源系统中,针对可再生能源预测误差相对较大、负荷预测精度相对较高的特点,在源侧采用鲁棒优化的工程博弈模型处理风电不确定性,在荷侧利用随机优化方法处理负荷不确定性,构建计及电转气精细化模型的综合能源系统鲁棒随机优化调度模型。算例结果验证了所提模型的有效性和可行性,相较于一般的P2G模型,所提精细化P2G模型细致表现了P2G技术的能源耦合方式,同时,综合能源系统鲁棒随机优化调度模型有利于兼顾系统调度成本和可靠性。     

计及风险规避的综合能源系统分布鲁棒优化调

随着综合能源系统的不断扩大和可再生能源并网的发展,如何提高新型能源下的电、热、气三网互联的运行效率和灵活性成为亟待解决的问题。在火力发电机组基础上,加入热电解耦的热电联产(combined heat and power,CHP)设备、电转气(power to gas,P2G)设备和储电、储热设备,构建电-热-气三网互联的综合能源系统。针对具有风电不确定性的综合能源系统,提出计及风险规避的分布鲁棒优化模型,以各发电机组的综合成本最小为目标函数,以电网、热网、气网和风电机组的约束为条件,用风险值表示风电不确定度。通过控制风险模糊概率模型中的风险值和置信度,实现系统的经济运行和优化调度,改善新能源消纳问题。最后采用IEEE 39节点系统验证了模型的可行性和有效性。     

含电转气过程的电-气网络联合优化运行

面对可再生能源发电的间歇性问题,电转气(Power-to-Gas,P2G)技术可将短期过剩电能转化为气体燃料,利用现有天然气网络进行储存、传输和再利用,为可再生能源的大规模消纳提供新的方式。另一方面,P2G技术的应用可引导电力系统和天然气系统的进一步融合,推动安全经济、清洁高效的未来能源体系的建立。本文针对含P2G过程的电-气互联系统,在综合考虑系统运行的能量流平衡、能量转换限制及天然气管网储气要求等约束的基础上,以提高可再生能源利用和系统运行经济性为目标,提出了含P2G过程的电-气系统联合运行优化模型。通过算例研究,验证了所提模型的有效性,分析了P2G过程对电-气系统联合运行的影响,并展示了其在提升系统可再生能源消纳方面的潜力。     

计及电转气运行成本的综合能源系统多目标日前优化调度

电转气技术为弃风消纳提供了新的途径,将是未来综合能源系统的重要支撑技术之一。在考虑电转气运行成本的基础上,分析其对综合能源系统风电接纳能力与运行经济性的影响,并针对其较高的运行成本与较好的弃风消纳效果间的矛盾问题,提出一种多目标日前优化调度模型。首先,建立电转气及其运行成本模型,并给出含电转气的能源集线器模型。继而,针对电转气运行成本较高时系统在运行经济性与风电接纳能力间存在的矛盾关系,通过多目标加权模糊规划方法进行协调。最后,以9节点能源集线器系统为例对所提模型进行仿真计算,通过结果分析证明了综合能源系统中计及电转气运行成本的必要性,以及兼顾考虑经济性与风电接纳能力的可行性。     

考虑风电消纳的含P2G-CCS虚拟电厂优化调度

针对热电联供（CHP）运行过程中产生大量CO2以及“以热定电”运行方式导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳的含电转气和碳捕集系统（P2G-CCS）虚拟电厂优化调度方案。首先,在虚拟电厂（VPP）中引入P2G-CCS耦合模型,并使其与CHP能源流动形成循环,将CO2作为CHP的燃料来源;其次,在VPP中加入地源热泵（GSHP）,与P2G-CCS协同运行,实现CHP的热电解耦,促进风电消纳;最后,将电、气综合需求响应引入负荷侧,进一步促进风电消纳。以华北某地区VPP为例进行算例分析,结果表明所提调度方案可以有效促进风电消纳,同时碳排放和运行成本也更低。     

计及电气热综合需求响应的区域综合能源系统优化调度

区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System,RIES)是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源难以消纳问题的有效途径之一.首先建立了包含风电、多种储能以及电转气(Power-to-Gas,P2G)设备的RIES模型.针对电、气、热负荷柔性特征和可调度价值,结合三种负荷在RIE...     

碳-绿色证书交易机制下考虑回收P2G余热和需求响应的PIES优化调度

为进一步促进园区级综合能源系统(park integrated energy system, PIES)的可再生能源消纳和碳减排,优化园区级综合能源系统的运行总成本,提出一种碳-绿色证书交易机制下考虑回收电转气(power to gas, P2G)余热和需求响应的园区级综合能源系统优化调度模型。首先,考虑阶梯式碳交易机制和绿色证书交易制度,以促进可再生能源的消纳和碳减排。其次,引入回收余热的电转气设备,优化电-热-气耦合关系来提高系统消纳可再生能源和碳减排水平。然后,建立含可削减、转移、替代负荷的需求侧响应模型,指导用户的用能方式由高能耗、高污染向低碳、可持续转变。最后,以购能成本、弃风惩罚成本、需求响应补偿成本、阶梯式碳交易成本、绿色证书交易收益之和最小为目标,构建PIES优化调度模型。算例结果表明,该模型可以有效促进可再生能源消纳和碳减排并降低系统运行成本。     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统优化调度

风电、光伏等清洁能源发电具有反调峰特性和不确定性,容易造成弃风、弃光。为应对清洁能源消纳这一挑战,提出考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统优化调度模型。搭建电转气和冷热负荷惯性模型,并分析碳交易机制下电转气设备的工作特性以及冷热负荷惯性对其需求的影响,从而建立冷热负荷供需不等式约束条件;进一步建立考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统运行成本最小目标函数,以及相应的各机组与系统功率约束。通过YALMIP和GUROBI工具箱建立并求解最优调度模型,结果表明：所提方法能够提高清洁能源消纳能力,降低综合能源系统运行成本。     

考虑电转气和负荷惯性的综合能源系统优化调度

风电光伏等清洁能源发电具有强的反调峰特性和不确定性等特点,造成大量弃风弃光现象。在综合能源系统下,多种负荷间的联系加强。为了应对清洁能源消纳这一挑战,提出了考虑电转气和冷热负荷惯性的优化调度模型。首先建立了电转气和冷热负荷惯性模型,分析电转气设备的工作原理和负荷惯性对负荷需求的影响,并建立冷热负荷供需不等式关系的约束条件。其次建立综合能源系统运行成本最小的目标函数,建立风电、光伏、热电联产机组,微型燃气轮机和电制冷机。最后用YALMIP和GUROBI建立并解决了建立的最优调度模型。通过仿真验证了该方法,使清洁能源消纳能力得到提高,综合能源系统的运行成本也得以降低。     

计及柔性负荷的能源枢纽多目标综合优化调度

能源枢纽是多能源综合利用的主体单元,具有多能互补的优势。本文首先对基本的能源枢纽进行拓展,建立了包含风电、多种储能以及电转气(power-to-gas, P2G)设备的能源枢纽模型,并将用户侧的电、气、热等多种柔性负荷纳入需求侧响应资源。在此基础之上,考虑分时电价与分时气价,构建能源枢纽的多目标日前综合优化调度模型,并采用法线边界交叉(normal boundary intersection, NBI)法进行求解。最后,算例在四种不同的能源枢纽运行场景下进行测试,结果表明：P2G、储能以及柔性负荷参与调度,不仅能提高能源枢纽消纳风电的能力,还能降低经济成本和减小碳排放。     

具有电转气功能的多能源系统消纳弃风效果分析

电转气(P2G)技术实现了电力与天然气之间能量的双向流动,为多能源系统协同消纳弃风提供了新途径。本文研究了P2G设备的技术原理,建立了P2G的数学模型,分析了其消纳弃风原理,并在提出其启停策略的基础上,建立了具有电转气功能的多能源系统协同优化调度模型。对比分析了燃气-蒸汽联合循环机组加P2G和常规热电机组加电锅炉2种组合方案的消纳弃风效果。研究表明:P2G和电锅炉都有利于风电消纳,但P2G的消纳弃风效果不如电锅炉,而燃气-蒸汽联合循环机组加P2G组合方案的消纳弃风效果更佳。     

含电转气设备的气电互联综合能源系统多目标优化

随着能源互联网的发展,气电互联等综合能源系统成为未来能源利用的重要形式。电转气(P2G)技术的日趋成熟,为可再生能源消纳的问题提供了新的解决方案。在此背景下,提出一种含P2G的气电互联综合能源系统的多目标优化调度模型。模型考虑了系统运行成本最低、环境污染最小以及弃风成本最少三个目标,用多目标粒子群算法对模型进行求解,然后利用模糊理论挑选综合满意度最大的解作为折衷解,并通过算例验证了该模型的有效性;分析了P2G能够有效地对可再生能源进行消纳;发现了天然气负荷的变化对电力系统调度安排有较大冲击,进而影响系统的经济性和污染排放。