近似动态规划在电力系统优化运行中的应用综述

高比例可再生能源的接入和日益扩大的系统规模给电力系统优化运行带来了巨大挑战。近似动态规划(ADP)能够有效处理维数灾问题,在求解复杂系统动态优化问题上具备强大优势,近年来成为运筹学领域的一大研究热点。文中对ADP及其在电力优化运行中的应用进行了综述。首先,阐述了ADP的基本思想、主要特点及其近似策略。其次,介绍了不同类型的ADP在电力系统优化运行中的应用现状。最后,讨论了当前ADP在理论和应用中的不足,并对其未来发展方向作了进一步的展望。

风电—光伏—光热发电系统联合优化运行研究

“风光热储”是近几年多种新能源互补发电的新模式,以有效解决用电高峰期和低谷期存在的电力输出不平衡问题,并提高能源利用率,实现清洁发展。为此研究了光热电站的运行机理和工作模式。建立了风电—光伏—光热发电系统联合优化运行模型,以高优先级优化匹配调度曲线的程度,以低优先级优化联合系统的可再生能源消纳能力。为提高风力发电、光伏发电并网的可靠性,采用预测误差描述二者出力存在的不确定性,并采用样本均值近似法对其进行了确定化处理。然后对优化模型中的非线性因素进行了线性化处理,最后调用Cplex求解器得出联合系统最佳调度方案。结果表明,光热电站可以调节联合发电系统的上网功率,使其尽可能满足调度曲线的需求;另外,采用样本均值近似法处理不确定变量,并且将优化模型线性化后,可以更加快速地求出最优解。

考虑广义储能和LCA碳排放的综合能源系统低碳优化运行策略

综合能源系统(IES)是当前能源转型低碳发展背景下实现“双碳”目标的关键,为了提高IES碳减排能力,需要充分利用需求侧负荷资源和传统储能设备等广义储能资源参与IES优化.首先,建立一种综合考虑可再生能源、能源转换设备、广义储能设备、能源市场交易的IES优化运行模型.然后,使用生命周期评估法(LCA)对IES中能源循环、设备循环的全过程进行碳排放量计算,并将碳排放成本纳入系统总成本.最后,利用仿真实验验证所提模型不仅有利于降低IES总调度成本,还能降低系统的碳排放量,有效促进IES的低碳发展.

自动驾驶环境下交通-配电网协同优化运行

为深入分析耦合电力-交通网在混行条件下产生的协同优化效果,提出自动驾驶环境下交通-配电网协同优化策略。建立智慧交通-配电系统协同运行框架,并分析自动驾驶与人工驾驶汽车的行驶特性,构建基于变分不等式的交通网动态混合均衡模型;结合基于二阶锥规划的配电网动态最优潮流模型,设计两阶段迭代求解算法实现耦合网络协同运行仿真。通过与现有单一车型场景及非协调运行情况对比分析,探究在需求高峰时段混行环境下的优化运行效果,最终结果证明了所提协同优化策略的优越性,使得网络综合运行成本相较现有场景有了显著降低,实现了自动驾驶汽车渗入这一新场景下的耦合网络优化运行。

考虑多元协同互动的微能源网多目标优化运行

微能源网是促进新能源消纳和碳减排的重要载体,可提供电、热、气、氢等多类型的能源,有利于实现多种能源的统一协同调度。首先提出了含高比例风电的低碳微能源网架构,电、热系统通过包含电-热-氢多能转化和存储的能量枢纽互联;其次,综合考虑微能源网对上级网络能源价格及节点边际碳排放强度的响应、微能源网中配电网和热网自身的优化运行、电-热-氢能量枢纽内部灵活调节、终端负荷柔性能量需求,建立了考虑多元协同互动的微能源网多目标优化运行模型。通过分段线性化、二阶锥松弛、多目标加权模糊化处理技术将优化模型转化为易于求解的混合整数二阶锥单目标规划问题。最后,通过电-热-氢能量枢纽将改进的IEEE33节点电力系统和改进的巴厘岛32节点热力系统互联组成微能源网进行仿真验证,结果表明考虑多元协同互动的能源供需在系统运行经济性和低碳性方面具有优势。

微型热电联供能源系统的优化运行

随着可再生能源的快速发展和环境保护意识的增强,微型热电联供能源系统作为一种清洁高效的能源系统逐渐受到研究者的关注。通过综合考虑用户需求、系统负荷、环境因素等多个因素,运用先进的控制技术和预测模型等合理控制策略和技术手段,可以提高系统的能源利用效率和经济性,减少能源消耗、降低排放,为用户提供稳定可靠的能源供应。本文阐述了微型热电联供能源系统的运行原理,分析了其存在的问题,提出了相应的优化策略,总结了微型热电联供能源系统的优势和未来发展方向。

新型配电网多虚拟电厂分布式资源聚合与聚合体优化运行方法

随着新型电力系统建设的不断推进,配电网侧分布式资源聚合与聚合体优化运行成为支撑电网平衡能力提升的关键技术之一。为快速准确表征分布式资源聚合体的功率调节能力,首先通过顶点枚举法求解考虑电源出力不确定性的虚拟电厂可行域;进一步为解决配电网多虚拟电厂经济优化运行问题,设计了计及有功-无功的二元一致性算法,并证明所提算法的收敛性;通过基于可行域边界与二元一致性变量修正方程的修正法则,以满足功率与电压约束;最终得到多虚拟电厂分布式资源聚合与聚合体优化运行的算法流程。通过算例分析与对比,验证了所提资源聚合与聚合体优化运行的框架可行性,以及其相较于传统一致性算法的优势。通过对分布式资源有功-无功调节能力的充分利用,提升了分布式资源参与电网运行的灵活性。

计及分布式光伏和储能主动支撑的配电网日前日内协调优化运行策略

为充分挖掘分布式光伏与储能对配电网的主动支撑能力,提高配电网运行效益与供电质量,提出计及分布式光伏和储能主动支撑的配电网日前日内协调优化运行策略。考虑到光伏和负荷预测误差所带来的调度成本风险,采用条件风险价值的方法对其进行量化。日前优化模型以配电网运行成本与成本风险最小为优化目标,制定日前优化方案,为日内优化提供参考;日内优化模型对分布式光伏与储能的有功无功功率进行调度,以加权电压偏差、线路损耗、储能有功功率偏差最小为优化目标,在提升配电网供电质量的同时保证日内运行的经济性。将所提出的模型转化成便于求解的二阶锥规划模型,采用IEEE 33节点算例对所提出的策略进行验证。算例结果表明,所提出的日前日内协调优化策略充分挖掘了分布式光伏与储能的主动支撑能力,有效降低了配电网的运行成本,并对电压越限问题有明显的缓解作用。

基于决策树算法的冷冻水系统优化运行研究

以四川省成都市某办公建筑空气源热泵中央空调系统为研究对象,针对冷冻水系统制定夏季供冷工况下变冷冻水供水温度与变冷冻水流量相耦合的优化运行策略。首先依据运行数据确定出建筑负荷的主要影响因素;其次结合影响因素依据建筑负荷建立决策树算法,将系统运行工况分为7类;最后整理出每种分类工况下空调系统能效COPsys的分布情况,并以COPsys最高时对应的冷冻水供水温度和冷冻水泵设定频率作为该工况下最佳设定参数。结果表明:以上一年度的运行条件为基准,使用该运行策略在保证室内环境舒适度要求的前提下,夏季可以节约33%左右的电量,有效提升了中央空调系统的运行效率。

面向零碳园区的综合能源系统优化运行技术综述

双碳背景下,零碳园区级综合能源系统(integrated energy system,IES)成为我国节能降碳、提质增效政策的重点。然而,园区级综合能源系统具有源-网-荷-储一体化、多能互补、供需方动态博弈等特点,其优化运行技术面临强不确定性和耦合机理不明等诸多挑战。为此,对零碳园区级IES优化运行的研究现状、关键技术与未来发展趋势等方面进行综述至关重要。该文首先聚焦于多类型能源耦合能效提升,系统阐述了零碳园区级综合能源系统架构;进一步,从零碳园区实施路径入手,对零碳园区级综合能源系统优化运行所涉及的多类型储能技术、碳捕集技术、多能协同规划设计、需求响应、能源监测与优化调度等关键技术进行了归纳分析;最后以实现园区零碳为主要目标,从全方位融入零碳理念、综合探索碳吸收/碳排放等方面分析零碳园区优化运行所面临的核心问题,并从数字化、社会环境因素一体化、全域综合能源化等方向指明零碳园区的发展趋势。

考虑负荷时空迁移的5G基站与配电网协同优化运行

快速增长的5G基站电力负荷给通信运营商及城市配电网带来了挑战。合理利用5G基站负荷的时空灵活性特征,可以降低基站用电成本以及缓解配电网供电压力。围绕5G基站负荷的时空灵活性特征,分析基站负荷通过时空迁移参与需求响应的潜力;基于负荷时间迁移角度的基站备用储能调度及空间迁移角度的基站休眠手段,以基站与配电网总运行成本最低为目标,建立5G基站与配电网协同优化运行模型。算例分析结果表明,5G基站基于时空灵活特征参与配电网协同优化运行,可以有效降低基站的功耗及运营成本,提高配电网新能源消纳率,促进电网经济、可靠运行。

基于雨洪数值模型的城市雨水调蓄池优化运行方案研究

城市雨水调蓄池是为解决城市内涝和提升排水系统能力而采取的重要工程措施之一。针对现有调蓄池运行规则多限于单座调蓄池操作的局限性,研究采用基于二维水动力与一维管网耦合的模型,对城市雨洪过程进行精准模拟,计算地表积水总量,并采用正交试验法以最小化地表积水总量为目标,开展区域内调蓄池的优化运行。以西安市小寨区域为研究对象,选取30、50和100年一遇设计降雨对调蓄池优化运行方案进行研究。结果表明:经过优化后的调蓄池运行规则,在不同重现期设计降雨情景下,地表积水总量削减率分别提升了12.93%、8.72%和9.74%,有效发挥了调蓄池防洪排涝综合效益;调蓄池对重现期较小的降雨优化削减效果较好,但受正交试验方案所限,最优方案还需深入研究。

考虑绿色氢能证书和水电制氢的综合能源系统优化运行

利用清洁能源发电富余电力电解水制氢,绿色氢能实现了生产源头的二氧化碳零排放,在全球能源转型中扮演着重要角色。针对绿色氢能证书市场机制不健全等问题,该文提出一种考虑绿色氢能证书组合双向拍卖和水电制氢的综合能源系统优化运行方法。首先,为解决园区内绿色氢能证书价格和数量匹配不均衡的问题,提出绿色氢能证书组合双向拍卖(combinatorial double auction,CDA)交易机制竞价模型;其次,建立含水电制氢的综合能源系统优化模型,并将绿色氢能证书组合双向拍卖机制引入其中;最后,以某省含水电制氢的综合能源系统为例进行仿真分析,结果表明所提模型不仅能有效提高综合能源系统(integrated energy system,IES)的运行经济性,也能提升可再生能源的消纳量。

低产抽油机井变速优化运行实践与认识

为解决大庆外围油田常规抽油机运行过程中系统效率较低、常规间抽执行率低等问题,在大庆油田开展了低产抽油机井变速优化运行技术研究和实践应用。建立了电参数、曲柄轴扭矩、减速箱振动和悬点示功图四节点测试评价方法,为抽油机变速优化运行提供节能评价依据。现场测试结果表明,与曲柄整周运行相比,摇摆模式下功率峰值下降77.6%,曲柄轴扭矩峰值降低67.3%,振动峰值和振动均值分别降低36.1%、80%,应用后示功图面积增加35.3%,供液不足得到明显改善,动液面波动范围仅为8.5 m;现场14口井测试结果表明,平均节电率为13.6%,系统效率平均提高3.6个百分点,现场累计节电量16.3×10^(4)kWh,累计节电费用10.4万元,显示了良好的应用前景。

考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行

为解决现有综合能源系统运行灵活性差及风、光消纳难的问题,同时充分利用氢能实现碳减排目标,本文提出一种考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行方法。首先,基于光热电站和含电转氢余热利用的氢能系统模型构建电氢热综合能源系统。其次,考虑需求侧电氢热柔性负荷的特征和调节价值,构建含可平移、可转移、可削减负荷的电氢热柔性负荷模型。然后,进一步构建考虑电氢热柔性负荷调节特性的电氢热综合能源系统联合优化运行模型。最后,通过算例仿真验证所提方法能够兼顾经济运行与低碳效果,不仅可以提高光热电站与氢能系统的联合运行能力,而且能够有效提升系统运行的经济性和低碳性,电、氢、热负荷峰谷差分别降低6.68%、11.95%、8.35%,系统运行总成本降低24.4%。

提升斜坡式重力储能AGC性能的混合储能优化运行方法

重力储能具有安全性高、成本低、寿命长、存储能量无衰减、建设周期短及环境友好等优势,在长时大容量储能领域有广阔应用前景。然而,重力储能固有的功率离散特性和时滞特性,导致其在参与自动发电控制(AGC)等电网辅助服务时性能不佳。针对该问题,本文提出了一种提升斜坡式重力储能AGC性能的混合储能优化运行方法。首先,分析了斜坡式重力储能的功率离散特性和时滞特性对AGC指令跟踪精度和速度的影响。在此基础上,提出为重力储能配置电池储能,构建混合储能系统,实现输出功率的连续、快速调节。综合考虑电池折旧成本和AGC偏差电量惩罚成本,结合重力储能的安全运行要求和电池储能运行约束,建立了混合储能系统的功率优化模型。根据混合储能系统的工作特点,提出了优化运行方法的流程框架,并在此基础上设计了以AGC响应成本最低为目标的遗传算法。仿真结果表明,本文所提出的优化运行方法可以显著降低AGC响应成本,从而解决斜坡式重力储能系统AGC性能差的问题。

考虑动态定价的新能源汽车能源站优化运行

“碳达峰∙碳中和”战略目标下,新能源汽车大规模发展。新能源汽车能源站作为关键配套设施,其价格制定和优化运行是构建可持续商业模式、提升运营经济性的关键之一。文中针对兼顾电动汽车、氢燃料汽车和天然气汽车用能需求的新能源汽车能源站运营优化问题,提出了考虑动态定价的优化运行模型。首先,基于新能源汽车能源站的基本结构,构建了市场环境下考虑负荷管理的运营模式;其次,基于电制氢、电转气、多类型储能设备的能源转换与能量时移能力,兼顾对新能源汽车的负荷管理,将新能源汽车用能价格作为变量,提出了考虑动态定价的新能源汽车能源站优化运行模型;最后,通过算例验证了所提方法的有效性,并分析了动态定价与负荷管理对新能源汽车能源站运营收益的影响。

考虑压力能利用的数据中心供能系统优化运行

针对天然气管网压力能未被充分利用且应用场景适应性不足等问题,在数据中心高能耗、碳污染问题日益突出的背景下,提出一种含天然气压力能综合利用的数据中心供能系统优化运行方法。首先,设计了考虑天然气压力能发电制冷综合利用的数据中心供能系统架构。然后,基于(火用)分析理论建立了天然气压力能发电、制冷出力特性模型,考虑数据中心IT设备能耗以及散热特性,建立了数据中心电功率需求模型和冷功率需求模型。其次,综合考虑配电网供能约束、燃气轮机、吸收式制冷机功率约束和电池充放电功率约束,以日运行费用最低为目标函数构建优化调度模型。最后,根据西南地区某天然气调压站、某A级数据中心能耗需求数据设置算例进行仿真,验证了所提系统方案及优化方法的可行性和经济性。

含电、冷、热、气的区域综合能源系统优化运行

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)含有风电、光伏等多种能源、冷热电负荷和蓄电池,具有提升可再生能源利用率等优势。首先,考虑风光出力的不确定性,构建多面体不确定集的鲁棒优化模型并对不确定性进行处理;然后,建立碳排放量最少和运行成本最小的多目标优化模型,引入碳排放惩罚因子,将多目标转换为单目标进行求解;最后,通过实际RIES进行仿真验证,仿真结果表明所提方法的准确性与有效性。所建模型可以很好地兼顾系统的环保性和经济性,能够更好地处理不确定性,实现系统的经济优化运行。

基于云-边-端协同的区域级风电场大数据中心数据管理框架及优化运行方法

区域级风电场大数据中心面临运行能效低、交互性差、资源重复建设等问题,难以满足数字化特征凸显的新型电力系统对数据实时计算、绿色计算的需求。该文系统性梳理了风电场大数据中心典型数字化业务的类别、算力敏感性特征和可调节潜力,构建了基于云-边-端协同技术的数据管理架构,从数据交互、业务执行、资源调度和质量治理4个维度提出了大数据中心优化运行方法。算例仿真分析了所提架构在数据传输、存储和能耗等方面的性能,结果表明:相较于集中式架构,云-边-端协同可为大数据中心云服务器节约350%的存储容量,降低21.04%的能耗,验证了所提架构在实际工程中应用的有效性和合理性。