基于B/S三层架构的调度综合业务管理系统的设计与开发

电力成为新时期重要能源之一。为了满足电力需求,电网规模不断扩大。在此背景下,电力调度业务量不断增加、业务内容日益复杂,此时传统的调度业务管理模式难以满足需求。发挥现代化技术优势,构建更为智能的电力调度综合业务管理系统成为必然趋势。文章以B/S三层架构为主体,提出一种调度综合业务管理系统设计方案,旨在实现规范化、数字化、标准化、精益化管理,进一步提升电力系统管理效率和质量。

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

储液式CCS耦合P2G的综合能源系统低碳经济调度

为应对电转气P2G(power-to-gas)和碳捕集系统CCS(carbon capture system)在可再生能源出力不足时耦合失效的问题,考虑对常规CCS引入CO_(2)储液罐以加强P2G和CCS的耦合。首先,构建储液式CCS和P2G的耦合模型,利用储液罐将CCS捕集的CO_(2)时移至可再生能源富足时段,供P2G再利用;其次,构建储液式CCS与P2G耦合的电热气综合能源系统日前优化调度模型;最后,以北方某工业园区为例进行仿真。结果证明所提模型可以充分利用CCS捕集的CO_(2),从而获得更好的经济和环境效益。

考虑超碳需求响应的综合能源系统低碳优化调度

西北地区新能源发展迅速,充分利用当地独有的光热资源优势,同时结合火电低碳化改造与新能源协同运行,有利于推动当地能源系统绿色低碳转型。为尽最大限度地提升系统的减碳能力,提出一种基于源荷协同降碳的超碳需求响应模型,将动态碳排放因子作为分时电价的惩罚因子,从而将源侧碳信号传递至荷侧,驱使用户侧进行低碳性状态转移。首先,在日前调度阶段,构建预调度-再调度两阶段调度运行机制,再调度根据预调度的系统状态信息进行超碳需求响应,来深度降低系统碳排量。其次,将光热电站引入综合能源系统,与风电场、碳捕集电厂协同运行,从而构建高比例新能源场景,来验证超碳需求响应在此场景下的减碳效益。最后,建立了基于超碳需求响应的预调度-再调度两阶段低碳调度模型。经算例仿真分析表明,所提源荷协同降碳的新思路能有效提高系统的减碳能力,深入挖掘系统的降碳空间,提升系统的经济效益。

基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度

为了实现园区综合能源系统(PIES)的低碳化经济运行和多能源互补,解决碳捕集装置耗电与捕碳需求之间的矛盾,以及不确定性源荷实时响应的问题,提出了基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度方法。该方法通过在PIES中添加碳捕集装置,解决了碳捕集装置耗电和捕碳需求之间的矛盾,进而实现了PIES的低碳化运行;通过采用近端策略优化算法对PIES进行动态调度,解决了源荷的不确定性,平衡了各种能源的供给需求,进而降低了系统的运行成本。实验结果表明:该方法实现了不确定性源荷的实时响应,并相比于DDPG(deep deterministic policy gradient)和DQN(deep Q network)方法在低碳化经济运行方面具有有效性及先进性。

考虑柔性电/热负荷的综合能源系统分布鲁棒优化调度

综合能源系统(integrated energy system,IES)的效益分析不仅取决于能源供给侧的调度方案,也受到需求侧用能方式的影响。基于此,在IES的需求侧引入柔性负荷响应,以平滑负荷曲线,进一步提升IES的风电消纳能力和经济效益;同时为尽量减小供能侧风电出力不确定性的影响、实现调度方案鲁棒性与经济性的均衡,构建了考虑柔性电负荷和柔性热负荷的IES两阶段分布鲁棒优化调度模型:预调度阶段以IES的日前综合调度成本最低为目标;再调度阶段以风电历史数据为基础,寻找最恶劣风电出力概率分布下的最优机组调节方案,并使用列约束生成算法进行求解。最后,采用算例验证了该模型的有效性。

考虑需求响应和热能梯级利用的园区综合能源系统多目标优化调度

园区综合能源系统(Park-level Integrated Energy System,PIES)供能设备多样,能源耦合机制复杂,是典型的复杂能源系统。为实现PIES低碳经济运行并提升风电消纳量以及解决系统因用能结构不合理导致的能源利用效率偏低问题,文中建立了电热需求响应模型优化负荷,并充分考量能量的“质”与“量”,基于热力学第一、第二定律建立了对系统碳排放约束性较强的综合能效模型,并将系统的热负荷根据能源品位进行细化区分,依据热能梯级利用理论,建立了能量耦合设备的数学模型。最后结合系统经济成本目标及系统综合能效目标建立了园区综合能源系统多目标优化调度模型,实现针对系统内各设备出力的调度。算例分析表明,文中提出的优化调度方案能够在提升系统风电消纳率及运行经济性的同时兼顾系统的低碳高效运行。

考虑氢能利用与需求响应的综合能源系统低碳优化调度

综合能源系统(IES)对提高能源利用效率、减少碳排放具有重要意义.为了更好地实现这一目标,提出一种考虑氢能利用与需求响应的IES低碳优化调度方法.在源侧,构建以氢能利用为核心的IES模型来优化设备运行灵活性;在负荷侧,考虑到用户用能特征,建立基于Logistic函数的需求响应模型来优化负荷曲线、协助降碳;同时,为进一步挖掘系统的碳减排潜力,在优化模型中引入阶梯式碳交易机制;最后,综合考虑系统购能成本、运维成本、碳交易成本以及弃风成本,以IES日运行总成本最小为目标函数进行优化调度.算例验证结果表明,所构建模型不仅达到负荷削峰填谷的效果,同时可以有效地降低IES的运行总成本和碳排放,具有较好的低碳经济性.

基于深度强化学习的氢能综合能源系统优化调度方法

为实现碳减排目标,氢能与综合能源系统的结合成为最具潜力的发展方向之一。针对当前氢能综合能源系统调度策略灵活性不足、复杂系统多目标优化求解困难等问题,提出一种基于深度强化学习的氢能综合能源系统优化调度方法。首先,采用耦合设备的变工况模型,构建风-光-氢-冷-热-电综合能源系统,拓展设备联合供能空间。其次,考虑系统运行成本、碳排放量、系统自供给平衡度和新能源利用率,基于最优解距离构建多目标优化模型,激发智能体探索性。然后,通过时序片段表征优化深度强化学习算法,增强了智能体对系统状态变化的估计精度。最后,在源荷实测数据的基础上设计仿真算例。结果表明,所提方法可以有效提高氢能综合能源系统调度的灵活性,充分挖掘氢能的碳减排潜力,实现调度经济性和环保性的双重优化。

考虑[火用]效率的区域综合能源系统配置与调度双层优化

文章针对含高比例的可再生能源的区域综合能源系统,综合考虑能量的数量和品质,提出了一种计及[火用]效率的双层优化方法。首先,建立了区域综合能源系统电、气、热、冷多能耦合的模型,并对系统内涉及的能量和设备进行[火用]分析,分别计算其能量品质系数和[火用]效率;然后,建立了兼顾系统容量规划和调度运行的双层协同优化模型,其中上层以[火用]效率和经济性为优化目标进行容量配置,下层以运行成本最低为目标优化机组出力,从而得到最佳方案;最后,选取某区域综合能源系统进行算例分析。与其他方案相比,文章所提双层优化方法可以为区域综合能源系统提供更好的配置和调度方案,[火用]效率可以更好地反映能量真实利用水平,实现高质量用能。

考虑电转氨和生物质废能转换的农村化工综合能源系统低碳调度方法

农村地区能源绿色转型发展是构建现代能源体系的重要组成部分,而引入化工类产业在促进乡村振兴的同时,也带来严重的污染问题。因此,研究农村化工生产脱碳及园区能源结构优化对实现“双碳”目标和农村现代化具有重要意义。该文提出一种考虑电转氨和生物质废能转换的农村化工园区综合能源系统低碳调度方法,通过利用富余可再生资源产生绿氨,考虑碳-氨耦合过程,将绿氨与碳捕集设备联合运行促进化工生产,同时利用生物质能替代燃煤发电,三者构建化工园区联合生产单元,进而降低园区碳排放及运行成本。首先,建立电转氨两阶段模型和生物质废能转换模型及其能流关系。其次,构建化工园区联合生产单元,分析其电、热、气以及碳能量耦合特性。再次,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热发电和负荷侧综合需求响应,综合优化化工园区联合生产单元。最后,以化工园区运行总成本最低为目标,通过不同场景对比分析证明所提调度方法对化工园区有较好的改善作用,可为农村产业结构调整和能源转型提供理论支持。

基于深度强化学习的园区综合能源系统低碳经济调度

为降低园区综合能源系统的运行成本和碳排放量,同时应对系统不确定性带来的随机波动,提出一种考虑阶梯式碳交易的园区综合能源系统低碳经济调度模型,并采用深度强化学习方法求解。首先构建园区阶梯式碳交易模型,将碳交易成本考虑在内对园区综合能源系统低碳经济调度问题进行数学描述;其次将该调度问题表述为马尔可夫决策过程框架,定义系统的观测状态、调度动作和奖励函数;继而采用近端策略优化算法进行低碳经济调度决策。所提方法无需进行负荷预测或不确定性建模,能够对源和荷的随机波动做出实时响应。最后基于多场景多算法进行算例仿真,结果表明所提方法提高系统运行经济性的同时降低了系统碳排放量。

计及负荷灵活特性的工业园区综合能源系统日前优化调度研究

研究工业灵活负荷可调特性是提升电网动态调节能力的有效途径。工业园区用户侧存在大量具备调节潜力的工业负荷资源,针对此特性,基于能源集线器构建包含分布式发电系统、储能电站、燃气轮机、燃气锅炉、灵活负荷等在内的工业园区综合能源系统数学模型,并提出一种考虑负荷灵活特性的园区能源系统日前优化调度方法。首先,考虑系统需求响应侧电解铝等灵活性负荷的可平移、可转移、可中断的负荷特性;其次,在计及生产运行要素的基础上,以购能成本、补偿成本以及运行和维护成本之和最小为目标函数,建立系统优化调度模型;最后,基于Matlab软件结合Cplex求解器,并通过3种不同典型场景对比分析,验证了所提模型的有效性。算例分析表明,考虑工业灵活电、热负荷耦合优化,成本最低,比没有灵活负荷参与时的成本降低了6.6%。研究分析表明,工业灵活负荷资源优化配置有助于促进新能源的消纳、减轻工业用电压力和提高工业园区系统运行的经济性。

计及设备变负载率特性的综合能源系统“源-荷-储”协同优化调度策略

针对传统综合能源系统忽略设备变负载率特性建模而导致调度方案经济性降低等问题,提出了一种计及设备变负载率特性的综合能源系统“源-荷-储”协同优化调度策略。文章基于对系统“源-储”两侧设备运行特性的研究,建立了设备的变负载率模型,以减少传统恒定效率模型带来的调度误差;引入主从博弈理论分析了综合能源系统供需两侧之间的交互过程,建立了计及设备变负载率特性的供需两侧主从博弈模型,进而证明了所提模型存在唯一博弈均衡,并提出相应求解流程;最后,对某园区综合能源系统进行仿真分析。结果表明:所提策略能够实现综合能源系统“源-荷-储”协同运行,提升供给侧与需求侧的经济效益。

阶梯碳下考虑耦合电转气-碳捕集和热电联产灵活输出的综合能源系统优化调度

“双碳”目标下,为进一步降低综合能源系统(integrated energy system,IES)碳排放,提升可再生能源消纳能力,提出一种IES低碳经济运行优化策略。首先引入阶梯型碳交易机制约束IES的碳排放;然后建立耦合电转气(power to gas,P2G)和碳捕集系统(carbon capture system,CCS)模型,并细化P2G两阶段运行;接着在传统热电联产机组(combined heat and power,CHP)中引入卡琳娜循环与电锅炉联合运行,构造热电灵活输出的CHP模型;最后以系统运维成本、碳交易成本、购能成本和弃风弃光成本之和最小为优化目标,构建IES低碳经济调度模型,并设置不同运行场景对比分析。结果表明:IES碳排放减少38.45%,运行总成本降低10.37%,验证了所建模型的低碳性和经济性。

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。

基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度

利用电-气-热多元负荷节点碳势引导需求响应是实现综合能源系统(IES)低碳运行的有效手段。IES中多能流耦合关系复杂、动态特性交织,碳排放特性难以准确表达。文中针对IES中低碳运行潜力挖掘不足的问题进行了研究,提出了一种基于节点碳势-能源价格双响应的经济调度方法,用于IES源-荷协同,实现低碳运行。一方面,通过剖析气、热动态特性对碳排放流的影响机理,引入动态特性等价替换思想,得出计及动态特性的碳排放流模型,进而得到负荷节点的碳势,实现碳排放责任的分摊;另一方面,从碳视角出发,考虑多元负荷的碳排放责任,设计了基于多元负荷节点碳势-能源价格双响应的IES源-荷低碳互动机制,充分挖掘IES中多元负荷的低碳潜力。通过对IES中碳排放产生、传输、消费全过程的追踪与计量,制定兼顾经济性与低碳性的调控策略。以电网14节点-热网6节点-天然气网6节点(E14-H6-G6)和E57-H12-G12测试系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。

园区综合能源系统低碳经济优化调度模型研究

现有的园区综合能源系统调度方案,存在成本高、污染环境且能源利用率低等问题。因此,提出一种计及电转气和碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济优化调度模型。首先,重点分析电转气过程甲烷化环节强放热特性,研究其对系统优化调度的影响;其次,构建含补偿系数的综合园区能源系统阶梯式碳交易机制,以约束园区碳排放;最后,建立以运行成本、弃能功率、碳排放量最小为目标的园区综合能源系统优化调度模型,并进行多目标优化计算。结果表明:所提优化模型的总成本、弃能功率和碳排放量分别下降了15.4%、98.3%和19.7%。因此,该文所提园区综合能源系统优化调度模型提高了对能源的利用效率和经济性,并有效降低了园区的碳排放。

考虑运行状态信息的综合能源系统图强化学习优化调度

“双碳”背景下,异质能源的耦合加剧迫使综合能源系统(integrated energy system, IES)拓扑朝着更复杂、更灵活的方向不断演变。然而,现有优化调度方法对非欧网络拓扑知识及其异质潮流约束考虑不足。针对这一问题,提出一种基于图强化学习的综合能源系统优化调度方法。首先,基于图理论在保证节点多样状态的情况下,将异质能源网络拓扑转换为网络图模型。其次,通过建立基于真实图映射的状态-动作-奖励的框架,利用图强化学习的方法学习图模型的非欧拓扑信息,将异质潮流知识加入系统节点运行状态,从而实现IES的安全优化调度。最后,利用某工业园区的真实数据进行仿真验证,所提方法相对于传统方法有效缓解了节点电压越限的问题。结果表明,所提方法能够在考虑IES真实拓扑运行状态信息和异质潮流安全的情况下实现IES的优化调度。

考虑多能负荷波动实时平衡的综合能源系统多时间尺度优化调度

综合能源系统内负荷的不确定性及多能源响应负荷波动的时间尺度不同为优化调度结果的可靠性及系统对负荷波动的响应带来了挑战。确定日前、日内、实时三阶段优化调度模式,在日内调度中对当日影响系统运行的随机事件进行分类并将其量化影响反馈至调度模块;对系统内热/冷负荷端口进行能流分析,通过监测供回水压、水温等数据,快速响应热/冷负荷波动,并在实时调度中调整机组出力;建立日前、日内、实时三阶段优化调度模型,提出基于多能负荷波动快速响应的综合能源系统多时间尺度优化调度方法。以中国南方某城市综合能源系统冬季运行模式为例进行数值分析。结果表明,所提方法对计划性负荷调整及突发小幅负荷波动均有良好效果,能有效提升系统供能收益和用户的用能舒适度。