考虑低碳经济运行的四联供综合能源系统优化调度

针对多能源互补机制运行条件下综合能源系统优化调度困难的问题,从降低系统运维成本、减少CO_(2)排放和可再生能源弃用等方面进行了多目标优化调度研究。建立了电-气-热-冷能源系统各设备的数学模型,并针对储能设备在长期运行模拟中的建模难点,建立了可模拟综合能源系统长期运行调度的约束条件,采用低碳经济运行指标对综合能源系统进行了优化,并对最低运行成本调度和最小碳排放调度的结果进行了比较。模拟了碳价和运维成本增加对调度结果的影响。仿真结果表明,仅使用最小运维成本或最低碳排放作为调度指标将导致高碳排放或高运维成本,而低碳经济调度综合考虑可再生能源的消纳和碳减排指标,可以降低整个系统的低碳经济运行成本。

碳排放交易机制下的综合能源系统低碳经济运行控制策略

目前二氧化碳排放量呈现增长势头,为响应“碳达峰、碳中和”的要求,阶梯型碳排放交易机制得到普遍应用。首先,建立了电力系统低碳经济运行模型对电力系统关键设备的碳排放特性进行分析。接着,提出了基于阶梯型碳排放交易机制的低碳经济运行策略。最后,建立碳排放关键设备的数学模型,以系统运行维护成本、碳排放成本、购能成本和弃风弃光惩罚成本最小为优化目标构建优化运行模型。算例分析表明,所提运行控制策略使得总成本降低10.3%,排除碳排放成本,其他成本增加了9.1%,但碳排放成本降低了50%,证明此种控制策略的引入能够促进电力系统的节能减排,在保证经济社会发展的同时,践行“双碳”目标。

基于NSGA-Ⅱ算法的分布式冷热电联产系统低碳经济运行策略

分布式冷热电联产(combined cooling,heating and power,CCHP)系统是综合能源系统实现“双碳”目标的有效途径,合理的运行策略是提高CCHP系统一次能源利用效率、降低碳排放与运行成本的关键。针对含燃气机组、可再生能源系统和外购能源的电气综合CCHP系统,研究并网且上网模式下的优化运行策略,提出考虑售电价格的规则控制策略以及基于非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的智能控制策略;在此基础上,进一步研究融合拥挤度算子和初始约束条件的改进型NAGA-Ⅱ算法。算例对比结果表明:相比于规则控制策略,采用改进型NSGA-Ⅱ控制策略的CCHP系统能源消耗量减少30%以上,运行成本降低6%以上,有效实现了系统的低碳经济运行;同时算法具有较好的收敛性,可推广应用至实际CCHP系统中。

含废物处理的城市综合能源系统低碳经济运行策略

针对"无废城市"对低碳排放和废物减量的需求,建立了含废物处理的电–热–气综合能源系统结构,提出了一种基于碳交易机制的系统低碳经济运行策略。分析了城市生活垃圾处理过程,建立了废物处理单元能量流转模型;引入了碳交易机制,构建了奖惩阶梯碳交易成本模型,对系统碳排放量进行约束。以模型为基础,提出了以系统购能成本、运行成本和碳交易成本最小为目标的系统最优化运行策略。算例仿真结果验证了所提模型和策略有效提升可再生能源消纳和废物处理的能力,对城市综合能源系统运行具有重要参考价值。

基于世界模型深度强化学习的含风电电力系统低碳经济调度

通过调度手段提高发电侧风电等可再生能源利用率,降低常规火电机组的碳排放是实现双碳目标的重要手段。针对含风电电力系统的低碳经济运行问题,提出一种基于世界模型深度强化学习的调度方法。首先,计及碳交易成本与发电成本构建了系统运行总成本最低的调度模型,采用基于世界模型的双延迟深度确定性策略梯度(twin delayed deep deterministic policy gradient,TD3)算法求解系统各机组最优出力策略。该算法通过“因果Transformer”神经网络的自注意力机制和多层堆叠结构学习世界模型以等效真实环境,进一步结合TD3算法在世界模型决策空间中开展大规模探索,提高决策稳定性。以改进IEEE30节点系统为例,通过所提算法求解得到各机组发电策略,实现了含风电电力系统的低碳经济调度目标,表明该方法能有效提升风电消纳,减少系统碳排放量,降低运行成本。

考虑碳交易及需求响应的虚拟电厂运行优化策略

为有效提升虚拟电厂的碳减排能力和经济效益水平,提出一种考虑多种柔性电负荷参与需求响应的虚拟电厂运行优化方法。首先,综合考虑柔性电负荷特性并进行分类,建立虚拟电厂的柔性电负荷多元化模型;其次,对传统阶梯式碳交易价格模式进行优化,建立改进阶梯式碳交易机制模型,推动系统碳减排;然后,综合考虑系统运行成本和碳交易成本,以总运行成本最小为目标,建立虚拟电厂运行优化模型,并利用CpleX求解器对模型进行求解;最后,设置3种场景进行对比分析以验证模型的有效性。结果表明,制定合理的碳交易基价和碳交易区间长度能够协同低碳性和经济性,改进阶梯式碳交易机制和需求响应均可降低虚拟电厂的运行成本,减少碳排放量,能够带来巨大的经济效益和环境效益。

融合阶梯式碳交易与需求响应的源荷协同优化

为实现多能互补的区域综合能源系统的低碳经济运行,提出一种融合阶梯式碳交易需求响应的源荷协同优化运行方法。首先,通过引入阶梯式碳交易机制和电转气设备来提高源侧可再生能源的消纳水平并降低碳排放量;其次,在负荷侧引入考虑用户满意度的电气热多能耦合的激励型需求响应,并结合调峰收益实现多元负荷的削峰填谷;基于此,建立考虑碳交易与需求响应的区域电气热综合能源系统优化运行模型;最后,算例结果表明所提调度模型能够优化电气热负荷曲线并降低系统碳排放,实现区域综合能源系统的源荷协同降碳和经济性运行。

计及源荷不确定性和碳捕集虚拟电厂的电-气互联系统优化调度

在电-气综合能源系统的基础上,加入碳捕集系统以及储碳系统,构建碳捕集-电转气-风电-气电虚拟电厂联合运行模型,分析联合运行模式相较于碳捕集电厂独立运行的优势。其次,考虑风电、负荷的不确定性带来的影响,通过引入模糊参数,建立计及源荷不确定性的模糊机会约束模型,分析不确定性对于碳捕集能力的影响。最后,基于改进的IEEE-39节点系统和天然气20节点算例系统,通过GUROBI求解器验证所提碳捕集虚拟电厂联合运行模型在考虑风电和负荷不确定性下可有效消纳风电、降低系统的碳排放。

含电转气技术的电气耦合系统优化运行

在低碳经济背景下,风电、光伏的快速发展促进了电力工业低碳化的发展进程,但弃风、弃光问题愈发严重。电转气(P2G)技术的出现为解决可再生能源消纳问题提供了新思路。考虑减少碳排放和消纳弃风,提出一种含P2G与燃气轮机双向耦合的电-气-电能源循环的电气耦合系统低碳经济优化运行模型。模型以经济成本和碳交易成本之和最小为优化目标,并考虑了弃风惩罚成本以及P2G实现能源转换过程中的经济效益和环境效益,协调经济性与低碳性的同时实现了多目标问题的单目标化。通过对包含电转气和不含电转气两种场景下的系统进行算例分析,验证了优化模型的有效性和优越性。