考虑氢负荷响应的化工园区电–氢耦合系统协同优化调度

为解决新能源大规模发展下日益严重的弃风弃光现象,中国很多城市及园区开始广泛使用电解水制氢作为消纳新能源的一种有效途径,随之产生了越来越多的电–氢耦合系统,本文以化工园区为例,提出了考虑氢负荷响应的园区级电–氢耦合系统协同优化调度方法。首先,以实际绿氢绿氨工业园区为基础,提出了典型园区级电–氢耦合系统架构,并从系统的源–网–荷–储各角度建立了包括煤制氢、电解水制氢、储氢罐、氢制氨、氢燃料发电机与输氢管网的化工园区电–氢耦合系统模型。其次,以实现园区整体效益最大为目标,并在目标函数中加入弃风弃光惩罚项,同时考虑氢负荷的需求侧响应,使氢制氨作为园区内可灵活调节的资源,基于此进行化工园区电–氢耦合系统协同优化调度。为验证本文所提出优化调度方法的经济性及优越性,对比分析了3种不同运行场景下的优化调度结果。结果表明,电解槽与氢燃料发电机通过跟踪园区内的电源与电负荷的变化情况,实时调整自身出力功率,在保证园区电量平衡的前提下减少与外界的电力交易,减少园区购电成本与弃风弃光,同时,考虑氢制氨的需求侧响应可以在保证经济效益的前提下,进一步减少弃风弃光、降低园区整体运行成本。

考虑基准点—修正点两阶段的天然气管道泄漏定位新方法

管道泄漏是天然气管网系统运行过程中常见的故障之一,准确、快速地对泄漏点进行定位是及时发现并预防安全事故扩张的重要举措。为此,首先提出了考虑基准点—修正点两阶段的天然气管道泄漏定位新框架;其次,基于时域有限差分法构建了含伪泄漏点的天然气管道状态估计模型并采用联邦卡尔曼滤波器求解估计序列,并得到基准点;最后,定义了泄漏条件可信度对估计序列进行时延—分布一致性度量,作为权重得到修正点,实现了天然气管道的泄漏定位。研究结果表明:①所提出的天然气管道两阶段泄漏定位方法可以实现对管道微小泄漏(2%)的有效定位,解决了传统的基准点定位方法与空间步长选取强相关的问题;②所提出的联邦卡尔曼滤波信息分配系数设定方法,解决了因观测路径不同导致的子滤波器观测噪声差异问题;③所提出的基于动态时间规整算法的时延度量方法,可定量描述完整的泄漏量估计序列的响应速度;④所提出的基于时延—分布一致性度量的条件可信度权重概念,可以将泄漏量估计序列的时间信息与波形信息解耦并分别量化,能有效反映出泄漏发生在不同序列对应的伪泄漏点之间的依赖关系。结论认为,该方法提高了管道泄漏的检测、识别、定位的速度与精度,为天然气管道的泄漏定位提供了理论与技术支撑,具有重要的经济价值与社会效益。

电-气耦合综合能源系统准动态安全评估

随着燃气机组的广泛运用,电力系统与天然气系统的相互作用日渐加强,针对单一能源系统的传统安全评估方法将不再适用。该文针对电–气耦合综合能源系统,提出一种能够反映故障演化过程的准动态安全评估方法,包含预想故障的定义、筛选和详细分析3个步骤,体现了电力系统和天然气系统的动态过程时间尺度差异。之后,根据预想故障下系统状态量越限和负荷损失情况,计算出“时间相依”的系统综合安全性指标,能够反映系统安全性随时间的变化趋势。最后,以简化处理后的某省天然气管网和IEEE30节点系统组成的大规模电–气耦合系统为例,验证了所提方法在电–气耦合系统实时安全性刻画方面的有效性。

能源互联网:理念、架构与前沿展望

能源互联网是当前国际学术界和产业界关注的新焦点,其概念还处于讨论和不断发展中。文中从能源网和互联网的关系入手,分析了两者相互借鉴的互助发展历程及形成的不同理念和特点,在此基础上提出了能源互联网的发展目标、主要理念、主要特征和基本架构,并展望了潜在的前沿问题,以及和智能电网概念的关系。能源互联网是能源和互联网深度融合的新型能源系统,开放是其最核心的理念,互联网思维和技术的深度融入是其关键特征。能源互联网的基本架构由"能源系统的类互联网化"和"互联网+"两层组成。前者指能量系统,是互联网思维对现有能源系统的改造,表现为多能源开放互联、能量自由传输和开放对等接入;后者指信息系统,是信息互联网在能源系统的融入,体现在能源物联、能源管理和能源互联网市场等方面,是能源互联网的"操作系统"。

面向能源互联网的多能流静态安全分析方法

多能流是能源互联网的重要特征之一,涵盖电、热、冷、气、交通等多个能流子系统,带来诸多效益的同时也使系统更加复杂,安全问题更加突出。提出了面向能源互联网的多能流静态安全分析的概念和方法。多能流系统需要根据能流子系统之间的耦合程度确定合适的边界,其组成可分为耦合元件和非耦合元件。多能流系统静态模型的共性表现为网络拓扑约束和广义基尔霍夫定律,个性表现为支路特性和耦合元件特性。多能流求解方法可以分为联合求解和解耦求解。给出多能流静态安全分析的安全运行约束、运行状态分类、预想事故集和流程。电-热耦合算例验证不同能流子系统之间的相互影响,说明开展多能流静态安全分析的必要性。

多能流能量管理研究：挑战与展望

多能流耦合是能源互联网和综合能源系统区别于智能电网的关键特征之一。多能流能量管理面临三方面挑战:多能流耦合、多时间尺度和多管理主体。总结了国内外的研究现状,展望了多能流能量管理的研究趋势和重点:多能流实时建模与状态估计;多能流多时间尺度安全分析与安全控制;多能流混合时间尺度优化调度;多能流能量管理系统设计、开发和验证。

能源互联网:驱动力、评述与展望

能源互联网是能源和互联网深度融合的结果,是当前国内外学术界和产业界的关注焦点和创新前沿,可能颠覆传统的能源行业。剖析了能源互联网提出和发展的驱动力,包括环境、经济、社会、技术和政策等方面。梳理了国内外能源互联网的发展历程,评述了所提出的不同的能源互联网概念,这些概念分别侧重全球电力互联、侧重多种能源耦合和侧重能源信息融合。认为能源互联网是能源网和互联网深度融合的产物,能够包容现有的概念,但具有更深刻的内涵。其中,开放是其核心理念,互联网理念和技术的深度融入是其核心特征,能源系统的类互联网化和互联网+是其基本架构。提出了能源互联网系统层面若干基础科学问题。能源互联网的发展将有力促进能源的市场化、高效化和绿色化,并使能源这一庞大的传统行业成为万众创新创业的沃土。

跨界思维在能源互联网中应用的思考与认识

针对中国双碳目标下能源绿色低碳转型面临的重大挑战,能源互联网利用跨界思维,破除能源系统中的各种壁垒,低成本地从电力行业之外寻找潜在资源,助力构建以新能源为主体的新型电力系统。能源互联网跨界思维应用有3个维度的要素:目标维度,包含绿色、低碳、安全、高效、优质等;对象维度,包含部门之间、主体之间、行业之间的跨界;手段维度,包含能量层打破物理壁垒实现互补资源互联、信息层打破信息壁垒打造灵活协同智慧、价值层打破价值壁垒构建多方共赢生态。分析了中国已实施的若干能源互联网项目在跨界思维3个维度的要素。探讨了学术层面学科跨界交叉融合若干方向的科学问题和关键技术。

多场景通用的在线能流分析关键技术研发与应用

在线能流分析是综合能量管理系统的基础功能,为在线监测、安全评估等应用提供分析结果和基础工具,辅助运行人员研究综合能源系统运行规律和改进运行策略。在线能流分析工程实用化面临的挑战有:异质能流耦合计算的通用性、复杂系统模型的适应性、计算模式的多样性。针对上述挑战,设计了多场景通用的在线能流分析功能,提出流体网络的通用支路模型、流体网络的稳态计算模型、设备控制方式和边界量的配置和转换、多网络通用迭代方法、多能灵敏度计算、复杂系统模型的自适应等关键技术,满足现场多种类系统结构和多样化控制方式可靠计算的要求。研发了在线能流分析功能,并在产业园和北方城市大规模供热网络进行应用,验证了方法和模块的通用性。

综合能源系统分析的统一能路理论(二):水路与热路

供热网络是综合能源系统的重要组成部分。作为系列论文的第二部分,该文以供热网络为对象,基于质量守恒方程和动量守恒方程推导了水路模型,基于能量守恒方程推导了热路模型,并通过傅里叶变换和二端口等值实现了模型向代数方程的化简,最后基于水路模型与热路模型刻画了供热网络的支路特性与拓扑约束,并由此导出了水力网络方程和热力网络方程。此外,根据供热网络的水力运行特点,完成了动态水路向稳态水路的退化并提出了修正解法。算例结果表明了水路与热路方法分析供热网络的有效性。与传统分析方法相比,热路方法可以描述时域中连续的热力动态过程,在满足计算精度的同时,显著降低了网络分析的计算复杂度。

支撑云-群-端协同调度的多能园区虚拟电厂:研发与应用

虚拟电厂技术挖掘并利用了各类分布式资源的灵活调节能力,是提高电网安全水平、降低用户用能成本、促进新能源消纳的重要措施。在能源互联网环境下,虚拟电厂面临分布式资源主体众多且特性各异、不确定性强、各地电网需求多样化等技术挑战。文中基于云边协同的信息架构,设计了云-群-端递阶协同的多能虚拟电厂调度技术框架,研究并提出了面向特性各异分布式资源的调控能力标准化建模方法、日前鲁棒聚合和日内滚动修正衔接的虚拟电厂在线等值技术、考虑差异化调峰需求的虚拟电厂-电网交互调度模式等多项实用化关键技术,设计并开发了面向园区的虚拟电厂调度模块,并在多个工程现场实际运行。以中国北京某多能园区的场景分析为例,证明了所提方法的实用性和模块的通用性。

计及用户灵活性和热惯性的多能园区优化调度:研发及应用

设计了多能流园区多时间尺度优化调度模块功能框架,提出了考虑用户多能需求响应的调度决策、考虑多类实际约束的储能调度决策等多项实用化技术,研发了多能园区综合优化调度系统,支持了冷、热、电、气等多种能源组合场景,充分利用了负荷侧、冷/热网络和储能资源的多时间尺度调节能力,提高了调度灵活性和经济性。所研发的实际系统已经在多个城市的实际园区运行。基于2个实际园区的在线优化结果,分析验证了优化调度系统的效果和功能适应性。

热电联合网络状态估计

热电联产可有效提高能源的使用效率,与此同时,通过合理调度热电联产还可稳定电网、减少电网波动,有利于各类可再生能源的接入。因此,近年来,热电联供在国内外都有了大力发展。由于热电联合网络日益庞大,对于热电联合网络的监控刻不容缓。参考电力系统常用的监控手段,即电力系统状态估计,对热网引入状态估计进行监控。总结了现有的3种热网模型,最终提出了半联合静态模型作为热网状态估计的模型,成功在热网中引入了状态估计。在此基础上,考虑了热网和电网之间的耦合关系,完成了热电联合网络的状态估计,并通过蒙特卡洛实验比较了热电联合状态估计与单独状态估计的性能。热电联合状态估计通常可以得到更精确的全局一致基态潮流解,这为后续的热电联合网络在线安全评估、优化调度打下了基础。

多场景适配的多能流在线状态估计功能研发与应用

多能流在线状态估计是多能流综合能量管理系统的基础模块,为后续安全分析和优化调控提供实时、可靠、一致、完整的网络状态信息,主要面临3方面挑战:不同多能流系统场景的通用性、不同能流网络时间尺度的差异性、低冗余量测配置下的可观性。针对上述挑战,该文设计多场景适配的多能流在线状态估计功能框架,研究并提出多源量测融合下的综合可观测分析、多能流网络模块化建模、稳态状态估计实用化模型、动态状态估计实用化模型和管网储能状态实时估算等多项实用化关键技术,开发多能流在线状态估计模块并在多个现场运行,证明所开发功能对各种场景较灵活的适应性和实用性。

多能流多尺度综合安全评估关键技术研发与应用

综合安全评估是保障多能流系统安全运行的核心功能,在工程应用中面临多能安全状态"时间相依"、大规模多能流系统预想故障快速分析两方面挑战。针对上述挑战,设计了多能流多尺度综合安全评估功能框架,提出了"时间相依"的多能流安全状态及安全指标,基于多能灵敏度和准稳态模型提出了快速预想故障筛选技术和多能流动态预想故障分析加速技术。所研发的多能流多尺度综合安全评估功能在多个现场实现应用,能考虑多能相互支撑作用,分析多能流间的连锁故障及随时间演变过程。

多场景通用的综合能源系统标准化信息模型与应用

标准化是实现综合能源系统多管理主体信息交互的必要途径。与传统电力系统相比,综合能源系统标准化存在多能流耦合、运行场景更加复杂、设备种类繁多且特性各异等技术挑战。借鉴电力系统标准化的经验,设计了“单质能流层-多能耦合层”两层综合能源系统模型架构,以适应不同的运行场景;提出了类电力系统的异质能流标准化建模方法,实现了单质能流的源网荷结构化建模;提出了基于聚合-派生的多能流耦合设备标准化建模方法,兼顾了各种能量耦合设备的共性和个性特征;研发的标准化模型生成模块已集成到园区综合能源管理系统,并在中国某北方园区在线使用,实现了冷热电气多能流系统模型的标准化表达与信息交互。

含可再生能源的微网冷-热-电多能流协同优化与案例分析

能源互联网概念被提出且得到了飞速发展,含可再生能源和高能源利用率的冷热电联供系统的微网也受到极大的关注。建立了一个含有可再生能源以及冷、热、电多种能源形式的微网优化运行模型,以整体运营成本最小为目标函数,考虑不同能量形式之间的转化效率以及多种类型发电与储能的约束条件,实现多能流综合利用与协同优化,满足最终用户的多类型负荷需求。面向某实际园区,在算例中对实际案例进行分析。算例结果表明所建立的模型能有效优化冷热电能源分配,降低微网成本,利用多种能源形式的相互协同可明显提高可再生能源的消纳。

云管边端架构下虚拟电厂资源集群与协同调控研究综述及展望

具有极强随机性和不确定性的分布式能源、可控负荷、电动汽车等的发展,既给电力系统的灵活性问题带来挑战,又可以作为灵活性资源(flexible resources, FRs)给电网带来机遇。虚拟电厂(virtual power plant, VPP)作为FRs集成聚合的主要形式,实现对海量灵活性闲散资源终端的聚能、储能、供能与用能。该研究聚焦于VPP内部的资源管理,首先从能量、空间、时间三个尺度指出VPP实施资源集群及协同调控过程中面临的技术挑战;然后阐述云管边端架构下VPP的层级结构与基本功能,并对资源建模、资源集群、协同调控涉及的关键技术及相关通信方法进行综述;最后对未来VPP需要探索的研究方向进行了展望。

基于联盟链的去中心化能源交易系统

随着分布式能源的快速发展,传统的中心化能源交易系统遇到了建造和维护中心化数据库的成本较高、数据被篡改后会酿成严重后果和难以保障用户隐私这三大问题。针对这些问题,设计了一种基于联盟链的去中心化能源交易系统。首先,分析了该系统的组成部分,利用联盟链的准入机制对用户进行监管。介绍了该系统的交易流程,包括网络节点的配置,使用数字证书注册管理员和用户,借鉴链上链下协同架构实现分布式交易撮合等。接着,介绍了该系统使用的分布式交易撮合算法。然后,利用Hyperledger Fabric平台研发了该系统,介绍了相关的软件架构。最后,分析了使用联盟链的优点,从系统总成本、园区内分布式光伏发电自销占比两个方面将设计的系统与中心化的点对网交易系统进行比较,验证了该系统用于分布式能源交易的可行性。