Emission Trading Based Optimal Scheduling Strategy of Energy Hub with Energy Storage and Integrated Electric Vehicles

This paper focuses on the optimal scheduling of the district energy system with multiple energy supply modes and flexible loads.For multi-energy system(MES),the energy hub(EH)model including energy storage system and integrated electric vehicle(EV)is established.Based on the model,the influence of pollutant trading market on total operation cost is analyzed,and the optimal scheduling strategy is further put forward to realize the minimum purchase cost and emission tax cost of the MES.Finally,this paper compares the economic benefit of the fixed mode and the response mode,and discusses the contribution of the energy storage device and the multi-energy complementary mode to energy utilization efficiency.The simulation results indicate that optimal scheduling strategy of the EH can coordinate various energy complementary modes reasonably.Meanwhile,the proposed strategy is able to improve the operation economy of the EH,and ensure the better response effect of the demand side.The sensitivity analysis demonstrates the impact of pollutant emission price change on emission reduction.

基于深度强化学习的电-气区域综合能源系统安全校正控制决策方法

电–气区域综合能源系统电、气相互耦合与影响,使得其安全校正控制难度大且对快速性要求高,为此,提出一种基于深度确定性策略梯度(deepdeterministicpolicy gradient,DDPG)算法的安全校正控制决策方法。首先,进行系统多能流与变量分析,建立安全校正控制的目标与约束条件。然后,构建基于DDPG的安全校正控制模型,设计目标奖励和各种约束条件奖励,提出结合基于综合灵敏度的安全校正知识经验设计目标奖励函数,使调整具有方向性,且目标奖励考虑能量枢纽(energy hub,EH)的经济效益及其可再生能源消纳;通过智能体离线训练,使其能够在线做出实时最优的安全校正控制策略,预先产生专家经验数据集存放于经验回放池,提高训练速度和收敛性。最后,通过含EH电–气区域综合能源系统仿真算例验证了所提方法的有效性。

考虑综合需求响应的多区域综合能源系统协同优化调度模型

新型电力系统大背景下,风光接入规模不断扩大,需求侧负荷类型愈发多样化。为提高综合能源系统的多能耦合转换能力,匹配源荷两侧供需关系,文章提出一种考虑综合需求响应的多区域综合能源系统协同优化调度模型。建立了考虑多种可调负荷的综合需求响应负荷模型和成本及收入模型;构建能源流向为“源侧出力-输入端能源节点-能源集线器-输出端能源节点-终端负荷”的多区域综合能源系统能流拓扑,并建立其能源耦合矩阵;在此基础上,以系统总调度成本最小为优化目标,建立考虑区域间电能交互的多区域综合能源系统协同优化调度模型;通过对冬夏典型日下的多种调度方案进行算例对比分析,证明所提模型能够增强总系统的多能耦合转换能力,进而有效提高系统整体经济性、灵活性和可靠性。

多轮毂电机电动汽车制动能量回收策略研究

自19世纪末以来,汽车作为一种革命性的交通工具开始进入人们的生活,并迅速普及开来;伴随着汽车工业的不断发展,矿物燃料等非再生能源的消耗量也显著增加,随之而来的环境污染问题日益严重。为了应对这一挑战,制动能量回收技术应运而生,该技术通过合理分配制动功率,降低系统热衰减和能量损失,并在制动过程中回收部分能量,从而提高汽车的续驶能力。本研究将从多轮毂电机电动汽车制动能量回收的基本理论,详细介绍其工作原理和技术背景。对制动能量回收的控制方法进行了深入研究,探讨不同制动强度级别的划分及其在实际应用中的有效性。通过理论分析和实证研究,本研究为提升多轮毂电机电动汽车能效提供了新的思路和方法,对推动汽车工业的环保和可持续发展具有重要意义。

考虑大量EV接入的电-气-热多能耦合系统协同优化调度

随着能源互联网的发展,在未来多能源网络将深度耦合的大背景下,传统的电网调度模式已不能够满足对多能源系统协同优化的要求,电动汽车的大量推广也给制定更合理的调度策略,支撑多能源系统运行带来了新的挑战和机遇。基于上述背景,文中考虑电网潮流、天然气网潮流、能源中心供能和电动汽车出行及充电需求等约束,利用模糊理论处理电动汽车总体需求及风电出力的不确定性,以全系统供能成本和污染物排放最小为目标,建立了计及大量电动汽车接入下的多能源系统协同调度模型,并采用内点法进行求解。最后,以典型的11节点多能源系统为算例,分析了电动汽车不同充放电模式和不同能源中心结构下的调度策略及效益,并比较了不同接入车数与不同置信水平下的调度结果,验证了电动汽车参与多能源系统的协同调度能够提升系统运行的经济性。

考虑配电网重构的区域综合能源系统最优混合潮流计算

随着热电联产系统、中央空调及燃气锅炉等单元的广泛使用,区域综合能源系统(ICES)中电力、天然气和热力系统的耦合和联系日益紧密。从"源—网—荷"全环节出发,提出了融合配电网重构的ICES最优混合潮流算法来对ICES进行优化调度。首先,基于能源集线器理论,构建了ICES中能量中心(EC)的数学模型。然后,考虑ICES中三相不平衡配电系统、燃气管网及EC的相关约束,以运行成本最小为目标,提出了融合配电网重构能力的ICES最优混合潮流模型及求解方法。最后,利用典型ICES算例系统测试结果表明,所述方法通过将配电网可重构网络拓扑这一灵活可控元素作为控制变量有效集成到ICES"源—网—荷"最优混合潮流算法中,进一步降低了ICES的运行成本。

面向区域综合能源服务的电-水联合潮流

现有关于综合能源系统潮流的研究大多以电力、热力、燃气系统耦合形成的多能系统为研究主体,而少量关于电-水联合系统潮流的研究又存在耦合方式单一、模型适应性差等问题。为此面向区域供电、供水综合服务商,提出配电网、配水网耦合形成的区域电-水联合系统的潮流模型和计算方法。提出2种用户级电-水能源集线器模型以描述终端用户综合用能行为产生的电-水关联关系;在此基础上,考虑电-水之间的泵站耦合和用户级能源集线器2种耦合方式,以及水负荷的水压特性,提出区域电-水联合潮流模型及计算方法;用2个不同规模的区域电-水联合系统验证了所提潮流计算方法的有效性,并对比分析了用户级电-水能源集线器及水负荷水压特性对联合潮流的影响。

基于能量枢纽的区域电–热网优化运行研究

通过含热电联供的能量枢纽可将区域配电网与区域供热管网紧密耦合,热电联产机组是能量枢纽的主要组成部分。为打破热电联产机组“以热定电”的刚性耦合关系,在能量枢纽中加入了储热装置。在此基础上,建立能量枢纽模型、配电网DistFlow模型和线性热网能量流模型,根据分时电价和天然气价格,以系统从上级电网购电和购气总成本最少为目标函数,建立基于能量枢纽的区域电热网优化调度模型。算例分析表明,所提出的能量枢纽具有的供能灵活性对提升风电消纳、降低区域电热网整体运行成本等方面有诸多益处。

基于能量枢纽可变能量效率的电热网优化运行

基于能量枢纽的电热网优化运行中,忽略能量枢纽设备能量效率随其输入或输出功率变化而变化的特性会导致优化运行结果与实际结果之间存在明显偏差。针对以上问题,首先,采用分段线性化方法逼近设备的可变能量效率,建立标准化矩阵模型对考虑设备可变能量效率的能量枢纽进行描述。其次,以系统购能总成本最小为目标,通过考虑设备可变能量效率的能量枢纽将区域供热网和配电网耦合,建立了电热网优化运行线性模型。最后,通过算例验证了电热网优化运行与能量枢纽设备可变能量效率有关。结果表明:基于设备可变能量效率的电热网运行情况与基于设备恒定能量效率的电热网运行情况相比,运行成本相对误差从12.71%降到了0.03%,风电消纳率增加了4.29%。

计及多能源集线器的电热综合能源系统分布式优化

由于电热综合能源系统各主体信息不共享、存在隐私保护等,区域内不同主体的自治决策和通信安全变得至关重要。为此,提出一种基于交替方向乘子法(ADMM)的电热综合能源分布式优化方法,以实现电热综合能源系统中能源集线器(EH)的自治决策和分布式优化。建立了电热综合能源系统与EH的优化调度模型,并建立了基于ADMM的电热综合能源系统分布式优化模型,实现了综合能源系统运营商与多个EH运营商的分布式功率交互。同时,采用自适应步长的方法求解所建立的模型,提高了算法的收敛性。

多能源网络与能量枢纽联合规划方法

多能源系统集成与协同优化对于促进可再生能源消纳、提升能源利用效率、降低能源系统碳排放具有重要意义。该文研究多能源系统的规划问题,将电、气、热、冷组成的多能源系统划分为两层,下层为园区以及城市层面的区域多能源系统,采用能量枢纽模型进行建模;上层为省级以及跨省层面的能源传输网络,连接各个区域多能源系统。提出多能源网络与能量枢纽联合规划模型,同时考虑下层若干能量枢纽的结构优化和上层能源网络的拓展规划。下层基于图论中有向无环图的拓扑分层性质建立能量枢纽分层化线性模型,上层采用电网直流潮流模型和气网分段线性化模型,整个规划问题构成一个混合整数线性规划问题。为了验证规划模型的有效性,以一个若干能量枢纽通过电网和气网相连接、集中式可再生能源装机占比较高的多能源系统为算例进行分析,同时给出敏感性分析说明可再生能源占比以及负荷情况对于规划结果的影响。

基于机会约束的多能源枢纽电气互联综合能源系统日前经济调度

集生产、转化、储存和消费于一身的能源枢纽使电网和天然气系统的协同规划与运行成为可能,同时多种不确定性是电气互联系统调度面临的最大问题。为此构建了一种含多个能源枢纽的电气互联综合能源系统机会约束规划。首先,充分挖掘气管网的储能特性,在分别对能源枢纽、电力系统和天然气系统精细建模的基础上,考虑风电和负荷不确定性,建立了含机会约束的日前调度模型。然后,将气网潮流线性化,采用Bernstein近似将此模型转化为确定性整数混合线性凸优化问题,可利用商业软件有效求解。最后,在一个含3个能源枢纽的IEEE RST24电力系统和比利时20节点天然气系统的耦合系统中进行仿真,结果表明,气网动态特性能为综合能源系统调度提供缓冲,同时此种确定性转化方法能有效体现机会约束规划的鲁棒性。

基于机会约束规划的能源集线器系统气电购置优化建模

随着能源集线器概念和多能协同互补思想的提出,由能源集线器之间的耦合与联接构成的能源集线器系统,对于共享、互补、经济、高效的能源传输和利用至关重要。由于气电购置量直接关系到系统的经济高效运行,其值可由系统与主网之间天然气管道和电力联络线上流过的能量来量化,但对于二者的常规约束过于保守,通过机会约束规划可以使约束具有一定的弹性,且在置信水平高于特定的置信水平时可在一定程度上保证系统的安全可靠性。基于此,在计及能源集线器内可再生能源不确定性出力下,将传统主要应用于对电力联络线交互功率的机会约束限制,延伸到对天然气管道传输功率的机会约束限制。该约束克服了常规约束保守性的问题,可调节系统气、电资源的合理分配。同时,建立电负荷需求响应模型,考虑能源集线器内各设备出力约束,以气电购置费用最小为目标,并在一定调度周期内将机会约束规划问题转化为确定性问题进行优化求解。优化结果证明对天然气管道和电力联络线上的气、电交互传输量进行机会约束限制会对能源集线器系统向主网的气电购置费用产生影响,并且重点讨论了分别对电力联络线交互功率和天然气管道传输功率实施机会约束限制以及不同置信水平参数设置对气电购置结果的影响。

计及电力需求响应的多能源协同系统优化运行研究

多能源协同系统中冷、热、电等多种能源耦合互补,通过多能协调共济,能够显著提升其运行效率与经济效益。电力需求响应作为一种多能供需平衡手段,可进一步提升系统灵活性和经济性,已在多个省份实施。为明确电力需求响应对多能协同系统最优运行方式的影响,文中提出一种基于市场弹性价格型需求响应的多能源协同系统优化运行模型。首先分析多能源协同系统的主体构成,基于能源集线器模型,研究多能耦合特性,构建基于市场弹性的价格型需求响应模型;然后,基于此,建立以多能源协同系统日运行成本最低为目标的优化运行模型;最后结合实际案例计算分析,验证了价格型需求响应措施的采用能够显著提升多能源协同系统的经济性。

轮毂驱动电动汽车再生制动能量分配策略研究

以四轮毂驱动电动汽车制动反馈控制策略为研究内容,以制动稳定时电机制动参与最大程限为目标,考虑防抱死制动系统与电机制动的协调控制对再生制动的影响。依据理想制动力分配I曲线,确定前后轴制动力分配限值控制线,设计出依照电动机功率分配两桥制动力矩,确保单轴上反馈制动系统介入优先性和参与最大化的优化分配策略。基于Matlab/Simulink搭建能量反馈控制模型,在UDDS工况中,对再生制动的可行性进行分析和评价。仿真数据显示,单次运行工况中,采用优化控制策略回收能量0.126 kW·h,比传统定比例策略高7.7%。相比普通定比例控制和无再生制动功能的控制方案,采用提出的控制策略使得UDDS循环工况下的能量消耗分别减少1.99%和7.30%,同时,节能效果为7.29%,车辆进行再生制动过程中冲击度峰值仅为1.72 m·s^(-3),制动舒适性良好。

区域综合能源系统电/热云储能综合优化配置

随着我国电力市场逐渐开放,用户向产消者角色不断过渡,多种能源互补程度加深,云储能商业模式或将成为未来用户侧储能的新形态。提出将云储能这一商业模式应用于综合能源系统电/热储能的综合优化配置问题。首先,分析云储能特点,建立含云储能的能源集线器结构,分析其输入输出的转化关系。然后,提出基于双层规划模型的区域综合能源系统电/热云储能优化配置方法。内层从用户的角度出发,优化所有用户电/热储能需求;外层从云储能提供商的角度出发,整合内层求解得到的所有用户储能需求,综合优化云储电和云储热配置。最终,将模型应用于3个不同场景并利用CPLEX求解,算例结果验证了云储能模式下进行电/热储能的综合优化配置能够有效节约储能资源,减小成本;并且,用户、云储能提供商、电网和热网将实现互利共赢。

基于热电比可调模式的区域综合能源系统双层优化运行

目前基于能量枢纽(energy hub,EH)的区域综合能源系统的优化运行缺乏对EH内热电联产(combined heat and power,CHP)机组热电比可调的考虑,且在此类场景中参与需求侧响应的负荷种类单一。针对此状况,构建双层优化模型,建立EH机组内部能效特性与外部能源分配的联系,实现内部机组高效运行和外部能源经济分配。模型通过卡罗需-库恩-塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker Conditions,KKT)将双层优化转换为单层优化,并用确定性优化软件求解。算例结果表明,EH双层优化运行模型可减少用能成本,提高用能效率。通过调节CHP热电比,同时利用广义弹性负荷参与响应,可以减小CHP热电比与区域内热电负荷比之间差距,从而提高CHP供能比例,实现区域综合能源系统高效经济运行。

计及N-1安全准则的能量枢纽优化配置

多种能源系统通过集成和优化而形成的综合能源系统(IES)为解决能源与环境问题提供了新途径。能量枢纽(EH)作为多种能源系统的耦合环节,其设备组成与容量配置对IES的安全经济运行至关重要。在此背景下,提出了一种计及N-1安全准则的含电力系统、天然气系统和热能负荷的EH优化配置方法。首先,在EH架构下,对IES的能源耦合部分进行建模;然后,以年综合运行费用最小为目标函数,考虑能源耦合部分约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束和电力系统的N-1安全约束,建立了EH优化配置的混合整数二阶锥规划模型,并利用商业求解器YALMIP/GUROBI求解;最后,采用一个IES算例对所构建的优化模型与求解方法进行了说明。

Energy hub modeling to minimize residential energy costs considering solar energy and BESS

This paper aims to optimize total energy costs in an operational model of a novel energy hub(EH) in a residential area. The optimization problem is set up based on daily load demand(such as electricity, heat, and cooling) and time-of-use(TOU) energy prices. The extended EH model considers the involvement of solar photovoltaic(PV) generation, solar heat exchanger(SHE), and a battery energy storage system(BESS). A mathematical model is constructed with the objective of optimizing total energy cost during the day, including some constraints such as input-output energy balance of the EH, electricity price,capacity limitation of the system, and charge/discharge power of BESS. Four operational cases based on different EH structures are compared to assess the effect of solar energy applications and BESS on the operational efficiency. The results show that the proposed model predicts significant changes to the characteristics of electricity and gas power bought from utilities, leading to reduced total energy cost compared to other cases. They also indicate that the model is appropriate for the characteristics of residential loads.

计及综合需求响应的商业园区能量枢纽优化运行

针对综合能耗高且增速快的商业园区的多能优化运行问题,首先构建了能实现灵活热电比、含光伏发电和电动汽车的商业园区能量枢纽（energy hub,EH）模型,然后在对园区各元件能量转化详细建模的基础上,计及分时电价及＂冷热电气＂综合需求响应（integrated demand response,IDR）,建立了商业园区总运行成本最小的能量优化运行模型。算例对比分析了园区内设备参与IDR的不同模式以及分时电价拉开比和峰谷电价比对EH调度运行的影响,结果表明：所建立的模型能够协调多种能源的运行,达到降低园区总用能成本和由电网供电的等效负荷峰谷差。