考虑随机场景生成及优选技术的分布式能源站选型定容规划研究

精准地把握风、光等可再生能源以及电、热等负荷的不确定性因素,可使规划后的分布式能源站更加经济、稳定地运行。针对这一问题,首先,提出了综合考虑时序自相关性和互相关性的随机场景生成及优选方法,得到一定数量具有代表性的随机场景;然后,建立了随机场景下分布式能源站的选型定容规划模型;其次,通过算例,分别将在不同随机场景生成方法下的分布式能源站规划结果与在传统的确定性场景下规划结果进行对比,验证了本文所提考虑随机场景生成及优选技术的分布式能源站选型定容规划方法的合理性和可行性,最后,分析了基于综合考虑时序自相关性和互相关性的随机场景生成及优选方法所规划的能源站运行特性。

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态计算模型

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。在IES熵态理论的基础上,进一步梳理了系统熵态分布的计算体系与思路;根据熵增流求解的需要,定义了一些关键计算矩阵与计算列向量;结合IES㶲流模型和熵态网络的定义,考虑能量枢纽(能源站)熵增流转化与分配机制,建立了基于顺序求解和联立求解的IES熵态计算模型,通过算例验证了两种计算模型的正确性与有效性,并讨论了两种计算方法的异同与适用性。

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。

能源转型视角下城市能源系统的形态演化及运行调控

随着能源转型进程的加速,城市能源系统(UES)的源-网-荷-储角色定位将发生重大转变,系统形态将向着信息物理高度融合、多能源分区互联的方向逐步演化。这一方面为UES的运行提供了更为丰富的灵活性资源,但同时也给运行调控引入了大量复杂的不确定性因素,极大制约了UES安全、经济与可持续发展。从UES能源转型过程中的形态演化分析入手,重点阐述了UES未来分区互联化的形态特征,剖析了新形态下UES运行调控面临的挑战,进而从互补潜力分析、运行态势感知、柔性互联控制、可靠性评估与韧性提升4个方面对UES运行调控关键技术展开讨论,并对相关技术问题的研究方向进行了展望。

含可再生能源的区域综合能源系统区间化安全域研究(一):概念、建模与降维观测

未来含可再生能源的区域综合能源系统可以实现能源低碳高效、可持续利用,但随着可再生能源渗透率不断提高,系统也面临更严峻的安全性挑战。现有区域综合能源系统安全域模型对于可再生能源随机性影响考虑有待深入。该文将可再生能源随机性所引起的系统供需不平衡视为一种特殊“N–1故障”,基于区间数学分析理论,提出一种含可再生能源的区域综合能源系统区间化安全域概念与模型,域内存在一个不受可再生能源随机性影响区域,并分析了其正确性;进而结合工程实际构建实用区间化安全域模型;然后,从实用化不受可再生能源随机性影响区域最大化的角度出发,构建一种观测变量优化选取的降维投影观测方法;最后,通过算例验证所提模型的有效性,且两种安全域模型可相互近似替代。同时,通过研究区间化最大供能能力工作点对应各管线段所供应负荷特征,以及与观测变量相关的实用区间化安全边界,探讨了实用化不受可再生能源随机性影响区域的3类增大方法。所提模型可为集成可再生能源的区域综合能源系统提供一种新的安全分析方法,并为后续安全控制研究奠定一定的理论基础。

面向能源转型的高?综合能源系统理论与应用

构建量质协同发展的综合能源系统是推动能源转型的重要举措之一。传统能流和能效研究只关注能量的“数量”,而忽视不同能量的“质”的差异,无法完全体现能量的价值,应用中存在局限性。提出高?综合能源系统的概念,重点关注综合能源系统中有效能的输送能力提升问题。基于综合能源系统?流机理模型以及系统能源品质核心参数,探讨了电力、天然气、热力系统、能源站和可再生能源的?流模型,随后深入剖析了高?综合能源系统在规划、运行优化和能量调度、?交易和市场化机制等方面的核心理论框架,并建立典型数学模型示例,同时对未来高?综合能源系统的相关研究方向做出展望。

考虑多区域互联协同的分布式能源站设备配置及站间管线规划

通过互联管线在多区域能源站间建立能源通路,可以实现不同区域间能源的互联协同与互补互济,提升系统整体的经济与环境效益。因此,首先在单一分布式能源站(distributed energy station,DES)模型的基础上,建立了考虑能量损耗的互联电力线路模型以及基于热能流的互联热力管道模型,并拓展了考虑互联协同的DES综合模型;其次,研究了一种基于改进P-中位模型的DES选址方法,得到了DES互联管线长度以及沿道路建设的最优路径;最后,基于混合整数线性规划建立了一种考虑多区域互联协同的DES设备配置及管线选型规划方法,实现了DES集成各类设备配置、DES间互联管线的选型规划与多区域系统整体运行优化,并通过算例验证了所提方法的合理性与可行性。

流程工业综合能源系统用电灵活性综述

随着风、光等间歇性可再生能源比例的提高,灵活性在电力系统中的重要性更加突出.作为重要电力负荷之一,流程工业用电行为具有较强的多能互济特性,能够有效支撑电力系统灵活运行.然而,与一般居民和商业用户侧综合能源系统不同,流程工业用户涉及多能源系统与生产过程的交互,灵活性更为复杂.本文首先从多能源系统耦合分析和能量-物质流模型两个角度介绍了典型流程工业用能特征的描述方式.然后,梳理了流程工业综合能源系统灵活调控的主要手段,包括热电联产系统调度、用电设备直接控制和非用电设备的间接调控.在此基础上,分析了面向电力系统需求的流程工业用电灵活性指标及其评估方法.考虑到不同工业用户的特征差异和协同潜力,给出了依托负荷聚合商的多用户聚合交易框架,以及用户、电力系统和市场的交易流程.最后,对灵活性分析领域待研究方向进行了总结和展望.

煤矿区综合能源微网架构及低碳运行优化研究

在推行煤炭清洁开采、构建绿色低碳循环能源新发展格局的背景下,当前煤矿区能源的孤立开发方式和以煤炭发电、电网供电为主的供能模式已不再适应新形势,需要构建综合能源微网以增强煤矿区能源综合利用水平并控制碳排放量。本文讨论了煤矿区综合能源微网应用的基本需求及天然优势,提出了一种煤矿区综合能源微网架构并分析了蕴含的新能源发电、储能、伴生能源利用、多能耦合转换、能量优化调度等发展要素;建立了煤矿区的物质流‒能量流‒碳流枢纽模型,实现了针对典型煤矿区的综合能源微网碳能协同低碳运行优化。结果表明,将综合能源微网应用于煤矿区,能够发挥风、光、瓦斯、空气热、涌水热等资源优势并进行高效整合利用,储能装置则进一步提高供能与负荷需求的匹配度,充分降低煤矿区的电网购电量与用电碳排放量;煤矿区碳能协同低碳运行优化过程考虑了各类设备的碳能耦合关系,支持制定低碳经济的运行策略。煤矿区综合能源微网架构及碳能协同低碳运行优化,可为煤矿区经济社会高质量发展提供新的理念与技术支撑。

含可再生能源的区域综合能源系统区间化安全域研究(二):全维观测与域的几何特征优化

安全域法是区域综合能源系统安全分析的一种重要方法,域形态观测与优化作为其研究体系的重要一环,是后续域应用的基础。从域整体出发,如何在不降维前提下对其进行观测,以及实现域几何特征优化的研究尚不充分。因此,基于系列文章第1部分所构建实用区间化安全域(practical interval security region,PISR)模型,在全维视角下,建立实用区间化全维半径(practical interval full-dimensional radius,PIFR)解析与数值模型,并比较分析2种模型的应用特点。进而提出一种基于数值模型的PISR全维观测方法。基于PIFR模型,构建全维PISR均衡程度与可再生能源随机性影响程度指标对域的几何特征进行量化分析,并建立能量枢纽关键元件扩容成本指标衡量其优化成本。进而提出一种基于PIFR的PISR几何特征多目标优化方法。最后,结合测试算例,对系统安全域开展全维观测与几何特征优化分析,验证所提模型及方法的有效性和实用性。比较2种PIFR求解模型,并针对域缺陷,通过改变系统参数,即关键元件扩容,给出域几何特征多目标优化方案集并分析,实现了全维视角下域形态优化。所提方法拓宽了含可再生能源的区域综合能源系统安全信息获取途径,并为后续规划、运行等应用研究奠定理论基础。

考虑电池寿命损耗的园区综合能源电/热混合储能优化配置

针对园区综合能源系统(PIES)储能容量优化配置问题,为提升PIES规划-运行经济性,提出了考虑电池寿命损耗的PIES电/热混合储能优化配置方法。首先,构建了适用于PIES规划问题的电池寿命损耗模型,用于量化评估电池寿命损耗;进而,在考虑PIES多能互补特性基础上,引入电池置换成本体现电池寿命损耗的长期影响,以电/热混合储能投资置换成本与运行成本等年值最低为目标函数,建立了PIES电/热混合储能容量双层优化配置模型;最后,通过算例验证了文中混合储能配置方法对系统规划-运行经济性、电池使用寿命的提升效果,并比较分析了电/热混合储能与单一储能对系统规划-运行经济性和电池使用寿命的影响。

考虑多能碳流约束的区域综合能源系统双层博弈扩展规划

随着能源和环境的问题逐渐受到社会重视,碳减排已经成为各类系统规划问题的研究要素,综合能源系统以其多能耦合的独特性对减排提效有着重要作用。以此为研究背景,提出一种考虑碳约束的双层Nash-Stackelberg博弈扩展规划方法。依据比例分摊原则建立系统线路碳流率和节点碳势计算模型,构建了考虑多能碳流约束的电网公司、天然气公司和能源站三大主体的规划收益模型,采用了不动点迭代的双层Nash-Stackelberg博弈规划方法,利用粒子群优化算法求解博弈模型,并引入Kriging元模型提高寻优效率。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,博弈规划满足了市场三大主体各自利益的最大化,而多能碳流约束的引入有利于引导投资方增加绿电设备的建设。

考虑建设时序的园区综合能源系统多阶段规划

园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)的工程建设往往分为多期,但目前PIES的规划未考虑系统建设时序,并假设在整个规划周期内负荷水平保持不变,造成了规划前期冗余配置、超前投资,后期设备容量短缺、供能质量下降等诸多问题,严重影响了PIES的经济效益。因此,提出一种考虑建设时序的PIES多阶段规划方法。将规划周期分成若干个阶段,随着园区负荷水平的不断提升,在每个规划阶段期初增加设备投入,以满足长时间尺度下负荷增长的需求。首先,建立各能量生产、转换、储存单元数学模型;在此基础上,以计及投资、运行和维护费用的全寿命周期成本最低为目标,以每个规划阶段的设备运行和功率平衡为约束,建立PIES的多阶段规划模型,并采用混合整数线性规划算法进行求解,得到各规划阶段的最优配置方案。最后,通过算例验证了多阶段规划方法在提升园区供能经济性、促进光伏消纳等方面的有效性。

考虑设备变工况特性的区域综合能源系统优化调度方法

区域综合能源系统(regionalintegrated energysystem,RIES)调度方案的经济性受不同能源转换设备模型参数准确性的影响。传统静态能源集线器(energy hub,EH)模型将设备效率视为常数,忽略了设备效率随负载率变化的变工况特性,影响到设备模型的准确性,进而降低了RIES调度方案经济性。为考虑设备变工况特性对系统优化调度方案的影响,提出了一种考虑设备变工况特性的RIES优化调度方法。首先基于静态EH模型,建立一种动态EH(dynamicenergy hub,DEH)模型,可对能源转换设备运行效率进行修正;进而,基于DEH模型,提出了一种考虑设备变工况特性的RIES优化调度方法;最后,针对一个典型的RIES进行优化调度分析。结果表明,该方法由于考虑了设备变工况特性,提高了设备模型准确度,减小了调度方案的成本预测误差,为RIES提供了更为合理且经济的调度方案。

面向综合能源系统的[火用]流机理与分析方法

综合能源系统涉及多种不同能源形式,[火用]可作为衡量能源品质的一种量度。基于“流”的思路,提出了综合能源系统网络[火用]流机理建模方法。首先,基于能流界定了[火用]流分析范围,分析了热力系统的[火用]流机理,定义了[火用]势、[火用]势差等概念,建立了热力系统[火用]流机理模型;然后,将相关规律拓展到其他能源网络,提出了电力、天然气系统的[火用]势概念以及[火用]流机理模型,将能源站等效为[火用]损节点,通过各环节[火用]平衡分析验证[火用]流机理模型的优越性;最后,通过算例直观展示了综合能源系统[火用]流分布,分析各个环节[火用]损情况,通过分析整体和局部的[火用]平衡关系,验证了[火用]流机理模型相比于传统黑箱模型更具优越性,并探讨了[火用]流理论在高品质能源系统中的应用优势。

基于安全域的区域综合能源系统储能优化配置

区域综合能源系统的安全域是由若干基于N-1安全准则的实用化安全边界围成的超几何空间。而储能装置除了能够利用“低储高发”特性降低系统运行成本,还可作为N-1故障后的临时电源,扩展系统安全域,从而提升系统的安全性。首先,构建考虑储能的实用化安全边界,并提出全维安全裕度标准差指标;其次,建立以储能的全寿命周期成本及效益、最大供能能力(total supply capability,TSC)指标、全维安全裕度标准差指标为目标的多目标双层储能优化配置模型,下层优化模型包括运行成本优化和TSC求解优化模型;最后,结合具体算例对所提兼顾经济性与安全性的多目标双层储能优化配置方法进行验证。结果表明,通过合理配置储能装置可有效解决系统N-1不安全问题,并提升系统安全性指标。此外,该储能优化配置方法可提供经济性与安全性不同的配置方案集,为决策者提供更多选择。

面向综合能源系统的[火用]流计算模型

综合能源系统[火用]流机理与分析方法的提出为能源品质分析提供了新思路。针对不同应用场景,如何系统性地求解[火用]流分布成为亟须解决的问题。基于网络化[火用]流机理,建立了两种适应于不同场景的综合能源系统[火用]流计算模型:一是建立关联矩阵,在已知非平衡节点功率的条件下,基于多能潮流提出间接计算方法;二是基于三相电力潮流、[火用]流与气压关系、[火用]流与水流-温度关系,建立电力、天然气、热力系统[火用]流计算模型以及能源站[火用]集线器模型,在已知非平衡节点[火用]的条件下,提出直接计算方法。最后,通过算例系统验证了两种计算模型的合理性与优越性,分析了算例系统的能源品质特征。

面向可再生能源接入的综合能源系统熵态机理和分析方法

综合能源系统(IES)中不同品质能量的转换和高比例可再生能源集成背景下源荷的不确定性均增加了系统能量的不可用性。为统一量化分析上述场景中的能量不可用性,基于IES的网络属性,提出了面向可再生能源集成的IES熵态机理与分析方法。基于IES㶲流机理模型,建立了IES物理层面热力学熵增机理模型;基于广义信息功理论,引入IES信息学等效热力学熵增机理模型。结合IES的网络化特征,定义了熵态、熵增流、熵增流量、熵增源、节点熵增等IES熵态基本概念。在此基础上,提出了IES各个环节的熵态建模方法。最后,通过算例系统验证了所提模型可有效求解IES的熵态分布,并探讨了源荷预测差异性对系统熵态分布的影响。

基于区域互联的能源零售市场双边竞价出清策略

随着综合能源系统与多能源市场的发展,通过市场交易实现能源优化分配已成为研究热点。当前区域间能源互联成为趋势,多区域的能源传输与交易得以实现。以分布式能源站及多能用户为市场参与主体进行研究,首先研究互联分布式能源站的运行原理与连接方式,并建立机理模型,引入用户竞价策略,构建互联区域能源零售市场框架。其次,对比独立或互联区域内双边竞价市场交易机制差异,提出以各区域总社会剩余最大化为目标的互联区域能源零售市场出清策略。最后,以某区域综合能源系统为例对冬季典型日的市场出清与区域间能源传输结果进行量化分析,验证了所提方法可在各个市场出清时刻实现多区域资源优化分配,提升区域总社会剩余。

面向综合能源系统的?流追踪模型与计算方法

现有电力系统潮流追踪计算方法在含有电、气、热等多能源耦合的综合能源系统中存在局限性。?作为多种能源形式的共有属性,能够统一表征综合能源系统的有效能。为明晰综合能源系统中有效能在网络中的流动踪迹,文中基于等效?流机理模型建立了综合能源系统?流追踪模型,分别提出了综合能源系统顺序?流追踪方法、逆序?流追踪方法和?流分配解析追踪方法。通过典型综合能源系统算例,全面分析了综合能源系统网络中?流在源-网-荷的分配关系,并验证了?流追踪模型的正确性。最后,对?流追踪在能源价格制定、可再生能源消纳路径、不良?数据辨识、规划与运行优化等方面的应用前景进行了展望。