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。     

电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。     

计及需求响应和储能的电-气综合能源系统优化调度

为实现电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)优化经济运行,计及多元储能(multi-energy storage,M ES)设备和综合需求响应(integrated demand response,IDR)项目的有效配合,提出了一种适合于区域IEGS的优化调度模型。在所构建的优化调度模型中,结合不同用能负荷的需求响应特性,并基于电力和天然气等能源的分时价格,分别从可削减负荷、可转移负荷和可替代负荷等方面对用户IDR响应量进行精细化描述,使其有效配合IEGS中M ES设备运行,从而最小化系统运行成本。通过相关算例验证了所提模型的有效性,仿真结果表明,区域IEGS运营商通过综合应用MES和IDR,可充分发挥电力负荷和天然气负荷的时空互补特性,最大程度地提升系统的风电消纳能力,并进一步减少系统运行成本。     

考虑可靠性的电-气综合能源系统规划研究综述

随着燃气机组(natural gas-fired plant,NGFP)的大规模应用和电转气(power to gas,P2G)技术的逐渐成熟,催生出了新的能源体系-电-气综合能源系统(integrated electricity-gas energy system,IEGES),规划是IEGES从理论到工程实践的基础。为了提高IEGES的利用效率和供能的可靠性,本文首先介绍了IEGES的研究现状,并针对现有研究存在的问题,概括了IEGES的可靠性及可靠性指标;介绍了IEGES及其耦合元件;并对IEGES规划的基本形式进行了归纳总结。     

区域气电综合能源系统同质化网络流优化方法

现有综合能源系统(integrated energy systems,IES)优化研究缺乏统一同质化工作,且主要集中于输电网,不适用于电阻电抗比值较高的配电网。网络流模型具有统一表示输配电网、天然气网能量流动和分配情况的能力,并能以可视化的形式将能量流清晰展现。文章基于IES能量传递的内部本质相同和外部特征相似等特性,构建了以系统总经济成本最小化为目标和系统安全为约束的气电综合能源系统(gas-electricity integrated energy system,GEIES)统一同质化网络流模型,将异质能源同质化到统一网络流平台进行计算。算例分析表明,该模型不受网架结构限制且形式清晰直观,对应算法求解速度快且能保证线性收敛。所提模型能够合理反映涵盖配电网IES的稳态特性,为多能流同质化统一优化调度提供参考。     

基于PSO-Newton法的电-气综合能源系统能流计算

在全球能源形势日趋严峻的情况下,传统单一的电力系统能源结构已经无法满足发展的需求。随着电解制取天然气(P2G)技术及燃气轮机技术的迅速发展,电力系统与天然气系统的联系变得紧密起来。能流计算作为电-气系统耦合分析的基础与关键,对其研究显得尤为重要。文中首先分析了电力系统与天然气系统数学模型,针对牛顿(Newton)法中较难解决天然气系统对压力初值的选取问题,提出利用粒子群(PSO)算法对压力初值进行优选;然后利用Newton法顺序求解电-气综合能源系统(IES)的能流;最后在由IEEE 14节点配电系统和14节点天然气系统组成的电-气耦合系统中验证了所提方法的可行性和准确性。     

基于SOCP的综合能源系统日前调度概率最优能量流

随着能源危机的加重,再电气化成为破解能源发展难题的必然选择。根据电气互联综合能源系统作为再电气化的一种新思路,提出利用二阶锥规划求解综合能源系统日前优化调度概率最优能量流的方法。首先,利用电力系统、天然气系统和能源集线器构建综合能源系统日前调度概率模型;然后,将综合能源系统日前调度概率模型放缩为凸模型;接着,采用点估计法求解综合能源系统日前调度概率最优能量流;最后,利用典型算例在MATLAB上的YALMIP平台验证此算法的正确性与有效性。     

考虑综合需求响应不确定性的电-气综合能源系统优化运行

为有效分析综合需求响应（integrated demand response,IDR）不确定性给系统安全稳定运行带来的影响,以电-气综合能源系统（integrated electricity-gas system,IEGS）为例,提出一种考虑IDR不确定性的IEGS优化运行模型。首先,根据基于能源价格的IDR项目实施特点,分析出IDR中的模糊性和概率性变量,建立相应的IDR不确定性模型;然后,以点估计法计算系统概率能量流,并将其计算结果作为机会约束,使在最小化IEGS运行成本的同时,保证系统运行的安全性。最后,以改进的IEEE-33节点电力系统和比利时20节点天然气系统构成的IEGS为例,验证所提模型和方法的有效性,并评估不确定性环境下系统的风电消纳能力。     

考虑综合需求响应不确定性的电-气综合能源系统优化运行

为有效分析综合需求响应（integrated demand response,IDR）不确定性给系统安全稳定运行带来的影响,以电-气综合能源系统（integrated electricity-gas system,IEGS）为例,提出一种考虑IDR不确定性的IEGS优化运行模型。首先,根据基于能源价格的IDR项目实施特点,分析出IDR中的模糊性和概率性变量,建立相应的IDR不确定性模型;然后,以点估计法计算系统概率能量流,并将其计算结果作为机会约束,使在最小化IEGS运行成本的同时,保证系统运行的安全性。最后,以改进的IEEE-33节点电力系统和比利时20节点天然气系统构成的IEGS为例,验证所提模型和方法的有效性,并评估不确定性环境下系统的风电消纳能力。     

基于交叉项解耦随机响应面的电–气互联系统低碳化概率最优能量流EI北大核心CSCD

针对双碳战略目标下含大量不确定因素的电–气互联系统的低碳化运行需求,建立电–气互联系统低碳化概率最优能量流模型,提出基于交叉项解耦的改进随机响应面法实现高效求解。首先,构建碳捕集-电转气的低碳化协同运行模式,通过碳的循环利用和氢的多模式协同利用,促进异质能源系统的高效交互,并基于此建立电–气互联系统低碳化概率最优能量流模型;然后,针对现有电–气互联系统概率分析方法难以平衡计算精度与求解效率的不足,提出一种基于交叉项解耦随机响应面的概率能量流分析方法,采用泰勒级数展开对Wiener混沌多项式中的交叉项进行解耦与简化处理,从而克服随机响应面方法难以处理高维随机变量的缺陷;最后,采用IEEE 39-NGS 20和IEEE 118-NGS 90这2个电–气互联系统,验证所提模型和方法的准确性和适应性。     

一种新的电-气互联多区域综合能源系统最优能流计算方法

构建高效、低碳、可靠的综合能源系统是推动能源消费革命、促进能源可持续发展的有效手段,因此,综合能源系统最优能流问题一直以来受到学术界和工业界的广泛关注。文章提出了一种新的电-气互联多区域综合能源系统最优能流计算方法。首先,以经济性最优为目标,建立电-气互联综合能源系统最优能流模型。其次,针对交流潮流约束与气压气流约束等因素所引入的模型非凸项,利用二阶锥松弛将原模型进一步转换为综合能源系统最优能流凸优化模型。再次,计及多综合能源系统区域间能量信息交互,提出一种基于自适应步长交替方向乘子法的集中-分布式多区域综合能源系统最优能流计算方法。最后,通过仿真算例验证了所提最优能流计算方法的有效性和准确性。     

电-气互联系统建模与运行优化研究方法评述

基于燃气轮机和电转气(P2G)双向耦合的电-气互联系统(IEGS)是实现高比例可再生能源消纳、提升终端能源利用效率的重要载体。首先,基于电力-天然气流传输特性的对比,阐述了IEGS的内涵及其优势。其次,介绍了IEGS中耦合新设备——P2G的技术原理和建模方法。进一步,围绕IEGS能流建模求解和优化运行调度2个维度,总结综述了相关技术的研究进展。关于优化运行调度的研究进展,主要从基础调度模型、计及系统随机性、计及能流差异性、计及运营管理机制、模型非线性处理方法等5个方面展开论述。最后,对未来IEGS建模和运行优化的研究进行了展望。     

基于分立求解的电气耦合综合能源系统多能流联合计算方法

电力系统和天然气系统通过大量的燃气电厂、电转气设备等紧密耦合在一起,构成了电气耦合综合能源系统,本文提出一种基于分立求解的电气耦合能源系统多能流联合计算方法.首先,建立天然气系统、电力系统,以及耦合环节天然气发电机的模型.然后,提出基于分立求解的电气耦合综合能源系统多能流模型,通过读取天然气发电机的有功出力,计算得到其...     

考虑配电网重构的区域综合能源系统最优混合潮流计算

随着热电联产系统、中央空调及燃气锅炉等单元的广泛使用,区域综合能源系统(ICES)中电力、天然气和热力系统的耦合和联系日益紧密。从“源—网—荷”全环节出发,提出了融合配电网重构的ICES最优混合潮流算法来对ICES进行优化调度。首先,基于能源集线器理论,构建了ICES中能量中心(EC)的数学模型。然后,考虑ICES中三相不平衡配电系统、燃气管网及EC的相关约束,以运行成本最小为目标,提出了融合配电网重构能力的ICES最优混合潮流模型及求解方法。最后,利用典型ICES算例系统测试结果表明,所述方法通过将配电网可重构网络拓扑这一灵活可控元素作为控制变量有效集成到ICES“源—网—荷”最优混合潮流算法中,进一步降低了ICES的运行成本。     

考虑跨区能流交互计划的多区域电-气综合能源系统分散调度方法

针对多区域电-气互联系统优化调度问题,提出考虑联络线、联络管道能流交互计划的分散式调度方法。首先,利用二阶锥松弛方法将气网潮流方程线性化;在区域间,通过优化联络线与联络管道能流交互计划,对机组出力进行优化配置以促进互联区域的风电消纳,并以单个区域为决策主体建立满足联络线与联络管道约束的集中式优化模型。然后,分析了多区域电-气互联系统能量流解耦机制,并基于标准交替方向乘子法,得到分散式优化算法,即同步交替方向乘子法(synchronous-alternating direction method of multipliers,S-ADMM),再利用上述算法对集中式模型进行重构,建立一种完全分散式的调度模型。最后,在不同规模的多区域电-气互联系统中开展算例分析,其结果表明:所提算法有较优的收敛性;通过联络线与联络管道的互联方式使系统运行最优;多区域电-气互联系统可改变联络线峰谷差率,使各区域发电资源达到配置最优,并减少了区域弃风量,降低了运行成本,可为多区域能源系统优化运行提供参考。