Solution of Combined Heat and Power Economic Dispatch Problem Using Direct Optimization Algorithm

This paper presents the solution to the combined heat and power economic dispatch problem using a direct solution algorithm for constrained optimization problems. With the potential of Combined Heat and Power (CHP) production to increase the efficiency of power and heat generation simultaneously having been researched and established, the increasing penetration of CHP systems, and determination of economic dispatch of power and heat assumes higher relevance. The Combined Heat and Power Economic Dispatch (CHPED) problem is a demanding optimization problem as both constraints and objective functions can be non-linear and non-convex. This paper presents an explicit formula developed for computing the system-wide incremental costs corresponding with optimal dispatch. The circumvention of the use of iterative search schemes for this crucial step is the innovation inherent in the proposed dispatch procedure. The feasible operating region of the CHP unit three is taken into account in the proposed CHPED problem model, whereas the optimal dispatch of power/heat outputs of CHP unit is determined using the direct Lagrange multiplier solution algorithm. The proposed algorithm is applied to a test system with four units and results are provided.

邻域自适应粒子群算法求解地源热泵区域能源系统鲁棒优化调度问题

针对地源热泵区域能源系统中冷热负荷和机组效能的不确定性,本文提出了一种考虑双重不确定性的鲁棒优化调度方法.首先,基于多面体不确定模型描述调度模型中的鲁棒变量.然后,针对建筑冷热负荷不确定性,采用对偶原理将双层优化模型等价为单层优化模型;对于机组效能不确定性,采用场景法进行分析.最后,采用多目标优化约束处理方法处理鲁棒优化调度模型中的约束条件.同时,为更加高效、准确求解所构建的优化调度模型,提出了一种邻域自适应粒子群优化算法(NAPSO).实验结果表明,在制冷和制热工况下,与经验运行策略相比,本文所提方法可分别减少7.22%和5.55%的系统运行成本,是一种解决地源热泵区域能源系统鲁棒优化调度的有效方法.

基于数据驱动自适应鲁棒优化的电-热耦合系统协同调度

随着电-热系统的紧密耦合,电-热联合调度已成为当前研究的热点。通过挖掘供热系统在源、网、荷侧的灵活性,为电力系统的风电消纳提供了额外空间。然而,可用的风电出力难以准确预测,且其相应的概率分布无法事先获取,而鲁棒调度又过于保守。为了解决这一问题,提出一种基于数据驱动的电-热耦合系统自适应鲁棒调度方法。该方法结合随机规划和鲁棒优化的优势,利用历史数据模拟最坏的概率分布场景,实现了经济性和保守性的平衡。通过在包含6节点电网和6节点热网的耦合系统进行仿真测试,验证所提方法的有效性。

考虑配网功率约束及可靠供暖的蓄热式电采暖系统优化调度方法

文中提出一种考虑配网功率约束及可靠供暖的蓄热式电采暖系统优化调度方法。基于系统内负荷热需求量构建热负荷预测模型,并对蓄热式电采暖设备与系统建模;建立负荷功率曲线模型;以配电网传输功率限制、可靠供暖为约束,构建一种考虑配网约束及可靠供暖的蓄热式电采暖系统优化调度方法。以系统日运行成本最低以及电采暖设备实际消耗功率与电网下发的负荷功率曲线的偏离程度最小为目标,确定电采暖系统的优化调度方案。算例结果表明,所提方法可在考虑配电网功率约束的前提下,能够充分利用蓄热式电采暖的蓄热量,可有效提升配电网运行安全性及用户供暖可靠性。

Q学习差分进化算法求解热电动态经济排放调度

热电联产动态经济排放调度同时考虑了燃料成本花费和污染气体排放两个目标值,且下一时间段的热电产量受当前时间段热电产量的影响,这是近年来电力系统运行中的一个重要问题。文中提出一种基于Q学习强化多目标差分进化(Q Learning Multi-Objective Differential Evolution,QLMODE)算法,以此求解热电联产动态经济排放调度(Combined Heat and Power Dynamic Economic Emission Dispatch,CHPDEED)问题。在QLMODE中,采用Q学习技术调整算法的比例因子参数,即在迭代过程中利用子代解和父代解之间的支配关系确定动作奖励和惩罚,并通过Q学习调整参数值,以获得最适合环境模型的算法参数。文中将所提QLMODE用于求解11机组和33机组的热电联产动态经济排放调度问题。仿真结果表明,与4种成熟的多目标优化算法相比,QLMODE算法燃料成本最小,污染气体排放最少,收敛性和多样性指标优于其他4种算法,且QLMODE在两组问题上都获得了更好的Pareto最优前沿。

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

储能技术与风电相结合实现电能的时空平移是解决系统运行稳定性问题的有效手段。氢储能具有储存容量大、可实现电热联产联供的优点,具有很大的发展潜能。然而由于风电存在不确定性,氢储能系统在频繁切换工作模式时面临着不确定的热能需求。因此,文中综合考虑氢储能在间歇模式下的热能需求,首先,介绍了氢储能系统接入的电-热综合能源系统基本结构,将风电场与氢储能相结合构成风-氢混合系统;然后,提出考虑风-氢混合系统热平衡需求不确定性的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型;最后,基于对偶理论,对所提出的模型转化求解,通过算例对比分析各类情况优化结果,验证了氢储能在促进风电消纳、提高系统能源综合利用率方面的有效性,并证明了考虑电解槽和燃料电池工作温度能提高系统的工作效率并提高风电场并网功率。

计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度

在考虑电热能源互联基础上,提出了计及多时段尺度与地域分层的电热多能互补系统经济调度策略,该策略从单时段和多时段角度出发,综合考虑局域级和区域级的能量平衡关系,以实现电热多能互补系统经济调度为目标。首先,在采集局域级各类能源资源数据与信息的基础上建立母线式电、热能平衡模型;然后,提出区域级能量平衡公共母线式模型,并采用小容量机组等效思想来等效聚合同类型机组;其次,建立典型局域级电热互联能源系统模型;最后,对电热多能互补系统经济调度求解,并输出经济调度结果信息。对电热多能互补系统的经济调度的有效性与合理性通过仿真算例已经得到验证,为区域级电热多能互补系统多能互补利用、资源协调配合、经济高效运行及分析提供参考与理论指导。

计及需求侧柔性负荷调控的综合能源系统优化运行方法研究

引入柔性电热负荷参与到综合能源系统的调度中,综合考虑源荷两侧,供能侧构建了由光伏机组、能量转化装置和储能系统组成的多能源系统模型,需求侧构建了可平移、可转移和可削减柔性电负荷与耦合室内外温度的柔性热负荷模型。以系统日运行成本最低为优化目标,分别对供能侧与需求侧设备出力和柔性负荷的用能时间与负荷大小进行了优化。对北京市某社区综合能源系统的优化调度进行了研究。结果表明:柔性负荷参与调度能够降低负荷波动,热负荷峰值由原来的3876.80 kW下降到3822.11 kW,减少了54.69 kW;电负荷的峰谷差从1488.81 kW下降到1382.69 kW,波动率下降了7.1%;源荷两侧共同参与优化调度能够提高系统经济效益,系统成本比原来降低了2.26%。

考虑电锅炉辅助供热碳捕集机组的电热系统低碳调度

我国北方地区的热电联产机组(combined heat and power,CHP)装机容量较大,在供暖期受“以热定电”约束产生大量碳排放。在CHP机组中加入碳捕集设备(carbon capture and storage,CCS)能减少其碳排放,但加剧了CHP机组的电、热耦合,因此,该文引入电锅炉及储热装置,为CCS辅助供热,针对含电锅炉辅助供热的CHP-CCS机组的电热系统低碳调度开展研究。首先研究具有储热CHP-CCS机组的运行特性模型,然后建立考虑碳交易成本的含CHP-CCS机组的电热系统低碳调度模型,其中采用模糊机会约束描述风电及负荷的不确定性。最后以改进的IEEE 30节点系统和西北地区某实际系统为算例,分析不同热源容量及置信水平对电热系统运行经济性、碳排放及弃风的作用,给出了电热系统日优化调度方案。

碳交易机制下旁路补偿供热消纳风电的电热经济调度

针对“三北”地区突出的弃风消纳问题,提出利用热电联产机组汽轮机旁路补偿供热实现风电消纳的电热经济调度方案。调度模型计及阶梯式碳交易机制,考虑整机旁路和高低压旁路两种供热补偿热电解耦方案。基于热量法建立了旁路供热煤耗量计算模型,探究了夜间风电高峰期启用旁路供热对煤耗量和弃风量的影响,进行了热电机组电热运行特性分析。算例结果表明:整机旁路供热的调度方案能有效地实现热电解耦,达到最佳的低碳经济热电分配结果,热电机组汽轮机电热运行特性良好。

交直流电力系统与供热系统联合经济调度

随着热电联产等技术的广泛应用,电力系统和供热系统耦合日益紧密,电热联合调度得到了广泛的关注,但现有电热联合调度忽略了热网供电来源的多样性,由此提出了交直流电力系统与供热系统联合经济调度方法。首先,建立交直流电力系统模型,并提出一种线性近似方法对电压源变换器模型所带来的强非线性进行处理;然后,以运行成本最低为目标,建立考虑热网热惯性的交直流电力系统与供热系统联合调度模型,该模型中供热系统通过热电联产机组和交流电锅炉与交流电网耦合,通过直流电锅炉与直流电网耦合;最后,通过算例仿真验证了所提方法的有效性并说明了在电热联合调度中考虑交直流电源的必要性。

基于CHP机组碳排放分析的综合能源系统低碳调度优化方法

针对现有研究对于热电联产(CHP)机组碳排放计算不符合实际物理特性的问题,提出了基于CHP碳排放分析的综合能源系统(IES)低碳调度优化方法。从CHP机组内部结构入手,分析CHP机组内部各部分之间能量的传递过程,绘制CHP机组功率与碳排流向图,列写各个部分的功率平衡方程,得到CHP机组排放废气的等效热功率;计及碳排放量与废气排放速率的关系,结合废气排放的热力学方程,得到CHP机组废气排放速率与输入气流量及输出功率的关系;提出基于CHP机组碳排放分析的IES低碳调度优化模型,以总运行成本最小为目标,求解IES低碳调度优化结果;通过算例分析不同CHP机组运行方式下的优化调度结果,并与现有方法进行对比,验证了所提模型在降低碳排放方面的有效性。

考虑个体自私的热电联产系统完全分布式经济调度

针对传统集中式经济调度策略需要获取全局信息以及无法适应系统灵活拓扑的缺陷,同时考虑能量以电能和热量形式并存出现的情况,基于一致性算法提出了一种完全分布式热电联产经济调度策略.将热电联产系统中各机组电价和热价的增量成本作为一致性变量进行迭代计算,直至增量成本达到收敛,实现系统经济最优.此外,还分析了个别机组为了提升自身利益,向相邻机组传输带有偏差增量成本值的情况,设计了一个增量成本补偿项来消除该自私行为的影响.在3个仿真算例中得到的结果表明,所提策略在解决热电联产系统经济调度问题中具有有效性和可行性.

计及网络动态特性的电-热互联系统仿射优化法

热网动态特性带来能量传输延时的同时,使得空间上的源荷不确定性对系统造成的影响存在时序上的先后差异,导致电-热互联系统日前调度转变为复杂的时空耦合问题。为此,该文提出一种计及网络动态特性的仿射优化法。首先,利用流量分段法与节点网络模型,构建计及能量传输延时且适用于环网的热网动态模型。在此基础上,利用仿射算法与牛顿-拉夫逊能流计算原理,通过线性化建模方式与模型凸化方法,构建仿射凸优化模型。其次,利用仿射优化法解决电-热互联系统不确定性优化调度问题,实现对源荷不确定性传播轨迹的跟踪及其影响的量化分析。最后,33节点电-热互联系统仿真算例证明,所提方法能够揭示网络动态特性下源荷不确定性影响机理,并获得具有低保守性、高经济性的调度方案。

基于多源热泵协同优化的区域综合能源系统经济调度

为探究电、气热泵协同优化效果,提出多源热泵协同运行的区域综合能源系统(RIES)经济调度方法。首先,对电、气热泵技术特性进行对比阐述,并基于能量枢纽对电、气热泵多能互补运行工况下系统各类能量流进行分析;其次,根据电、气能源价格优势,在谷电时段利用电热泵进行电冷能源耦合供能,在电价高峰时段通过气热泵进行气冷替代供能,改善系统用电负荷峰谷特性与降低运行成本;最后,以系统成本最优建立电、气热泵协同优化调度模型,采用CPLEX软件进行求解。算例表明:电、气热泵协同运行能够充分发挥二者优势,降低系统运行成本的同时优化联络线交互功率波动,并且所提出的方法具有良好的环保效益。

考虑充热动态特性的储热罐容积配置方法

电热转换是实现新能源就地消纳,助力清洁低碳型供热系统建设的有效途径。为此,设计了一种具有新能源消纳能力的新型热力站系统。该系统在传统热力站的基础上,增设电锅炉和储热罐等调节设备。同时,提出了基于一次热源和储热罐等灵活性资源协同调节的热力站调度策略,实现新能源完全消纳,满足热负荷需求,并可获得所需储热罐的能量容量。进一步提出了考虑充热动态特性的储热罐容积及其结构参数的配置方法,计算注入储热罐热水的体积和计及斜温层厚度的储热罐容积。通过最大充热流量,确定储热罐的进出口管径;选取合适的高径比,保证储热罐较理想的温度分层特性。通过仿真算例验证了所提方法的有效性。该方法可为新能源的就地消纳和热力站建设提供参考。

考虑热网管道铺设方式影响的电热耦合系统优化调度

热网热损特性作为热力系统温度动态过程的重要驱动因素,在电热联合调度中受热网管道铺设方式的影响显著。针对不同的热网管道铺设方式,分析了热网热损特性在电热联合调度中的作用机理,以及在不同热网管道铺设方式下的特性差异,提出了一种计及热损特性影响的热网管道温度动态过程约束模型。基于此,计及风电出力与负荷的不确定性,建立了考虑热网管道铺设方式影响的多场景电热耦合系统调度模型及其信息间隙鲁棒优化求解策略。算例仿真结果表明:相比于传统管道约束模型,所提出的管道约束模型反映了热网实际结构对于热力系统运行约束的影响,提高了系统运行的经济性。

计及碳交易和调峰灵活性的多场景热电负荷优化分配

面向提高机组调峰灵活性和降低碳排放需求,建立热电联产机组收益和负荷优化分配模型,得到机组热电负荷分配策略、收益及碳排放分布特性。选取两台350 MW机组4种运行场景,采用进化算法EA,以机组总体收益最大和碳排放最低为目标进行热电负荷优化分配,得到了4种运行场景收益情况以及原因;定义了两台机组热电负荷分配不均数,同时研究了热电负荷分配不均数在4种场景下对机组总收益的影响。为热电联产机组的高效低碳负荷优化分配和灵活运行提供参考。

计及建筑热负荷弹性的综合能源系统调度方法

具有一定弹性的建筑热负荷被视为电-热综合能源系统运行优化的重要调节资源.考虑建筑热负荷具有规模大、单体容量小的特点,非侵入式的数据驱动方法成为量化建筑热负荷弹性的有效手段.然而,由于数据不足或模型精度不够,该方法将不可避免地产生误差,给电-热综合能源系统的优化调度带来认知不确定性.因此,提出一种考虑建筑热负荷弹性并兼容相关认知不确定性的电-热综合能源系统优化调度方法.分析基于数据驱动的建筑热负荷需求弹性评估方法,将评估过程中产生的误差建模为认知不确定性,并通过改进的D-S证据理论对多源误差进行融合;采用拉丁超立方抽样方法生成表征热负荷弹性认知不确定性的场景,并通过模糊聚类法进行场景削减;将构造的场景集嵌入电-热综合能源系统的协调优化调度中,实现对建筑热负荷弹性及相关认知不确定性的综合考虑.算例仿真结果表明,考虑建筑热负荷需求弹性及认知不确定性对减少弃风、提高电热综合能源系统的运行灵活性至关重要.

改进高斯柯西差分进化算法求解热电联产经济调度

热电联产经济调度(combined heat and power economic dispatch,CHPED)是一类复杂的非线性约束最优化问题,智能优化算法则是近年来求解CHPED的主流方法。针对目前智能优化算法求解CHPED存在易于陷入局部最优、精度不佳等问题,提出了一种改进的差分进化算法,即高斯柯西差分进化(Gaussian-Cauchy differential evolution,GCDE)算法。GCDE算法对标准差分进化算法进行了两方面的改进:一方面采用自适应参数策略来调节算法的控制参数,提升算法的求解稳定性;另一方面采用高斯柯西变异策略来进行局部搜索,增强算法的搜索精度。将GCDE算法应用于求解7台机组和24台机组的CHPED模型,并与现有差分进化算法结果进行了对比,结果表明GCDE算法在求解CHPED问题时具有较好的求解精度和稳定性。