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。

计及能量互济的多区域综合能源系统多目标双层优化

多区域综合能源系统(integrated energy system,IES)的能量供需关系复杂,增加了系统规划及运行调度的难度。为此,提出了计及区域能量互济的多目标双层优化策略。其中,规划层选取年化总成本、㶲效率及年碳排放量作为优化子目标,并对子目标赋予权重因子,建立多目标优化模型;调度层以日运行成本最低为目标函数,并计及区域能量互济的作用。分别采用线性权重递减的粒子群优化算法和整数线性规划方法求解规划及调度问题,实现了二者的协同优化。算例分析表明:双层优化策略将IES的运行特性纳入规划过程,提高了规划方案的可行性;应合理配置多目标优化的权重因子,以实现多目标的合理折中;区域能量互济能够优化IES的运行方式,提高综合效益。

计及[火用]效率的电-气-热综合能源系统多目标优化调度方法

为解决综合能源系统(integrated energy systems,IES)难以量质协同运行,且求解时间较长的问题,该文提出了一种计及[火用]效率的电-气-热综合能源系统多目标优化调度方法。首先,该文构建了IES模型,结合热力学第一、二定律,推导了该IES不同能源网络的源侧和负荷侧的[火用]方程以及[火用]效率等表达式;其次,为降低求解时间,提出了一个基于线性权重法的多目标函数求解与决策方法;最后,通过算例分析,验证了所提模型与方法的有效性。分析结果表明,相比于传统IES的优化问题,模型中考虑[火用]效率的多目标函数保证了能源品质的传输,促进了IES的量质协同运行,且该文所提求解方法的求解时间相比于遍历权重法降低了90.22%。

基于协同优化的耐压柱壳多学科多目标优化

为提高耐压柱壳的设计效率和结构性能,本文基于多学科设计优化思想,进行了耐压柱壳多学科设计优化的学科分解,确定了耐压柱壳多学科优化设计的设计参数,明确了设计变量间的耦合关系,设计了耐压柱壳参数化分析流程,进行了设计变量灵敏度分析。在利用响应面模型建立了具有较高拟合精度耐压柱壳近似模型的基础上,以质量排水量比和极限载荷为目标函数,建立了基于协同优化方法的耐压柱壳多学科多目标优化模型,在确定了系统层和学科层的优化求解方法基础上,设计了基于协同优化的耐压柱壳多学科多目标优化框架,进行了优化的求解工作,得到了优化方案。与初始方案的对比表明:所得到的Pareto解集中,部分方案在2个目标函数上均得到了优化,验证了优化框架的有效性。

基于目标级联法的园区综合能源系统多主体日前经济优化调度

园区综合能源系统运营商和用户主体之间存在复杂的利益博弈关系,因此研究如何在提高系统整体经济效益的同时平衡各方主体利益具有必要性。为此,提出一种考虑多主体利益的园区综合能源系统日前经济优化调度策略。考虑利用园区综合能源系统多能协同互补优势参与需求响应市场交易,建立两级递阶经济优化调度模型:上层是以运行利润最大为目标的运营商优化调度模型,下层是以用能成本最小为目标的用户优化响应模型;采用基于目标级联法的分布式优化算法实现上下层模型的解耦和独立并行求解。通过算例分析,验证了所提策略通过综合需求响应可实现园区供、用能侧可调资源的协同优化,并通过分布式求解使各主体经济效益均达到最优。

基于多目标灰狼算法的园区微电网综合能源优化调度

园区微电网优化调度是电网安全运行的重要一环,而且随着清洁能源接入电网功率的不断提高,有必要采取措施以应对电网冲击、电力浪费及运行成本增加问题。该文针对园区微电网综合能源优化调度,以园区微电网运行成本和环境成本最低为目标,以电网安全运行为前提,充分考虑风电、光伏消纳,采用多目标灰狼算法求解模型。仿真结果表明,多目标灰狼算法能够降低园区电力运行成本、减少环境污染,促进清洁能源的消纳,保证园区微电网高效运行。

基于综合优化目标的低碳园区能源系统规划配置

低碳园区复合式能源系统合理的规划与配置对提升系统能效、降低成本、减少污染物排放等具有重要意义。首先,基于园区用能需求快速预测方法和能源系统动态仿真平台,提出了以综合评价指标为导向的低碳园区复合式能源系统优化规划配置方法,建立了虎克-捷夫算法和粒子群算法相融合的混合优化算法。然后,以典型低碳园区冷热电三联供耦合地源热泵、蓄能与燃气锅炉的多能系统为例,对比分析了不同优化算法的配置结果和优化速度,研究了综合优化目标最优、全生命周期成本、能耗最低等不同优化目标对容量优化配置结果和系统典型日运行情况的影响。结果表明,本文提出的优化配置方法和混合优化算法可以保证寻优能力、优化精确度,同时提高了优化计算性能。以综合评价目标最优的能源系统配置结果可以兼顾系统成本、经济运行、环境影响及低碳排放等多方因素,更有利于构建低碳园区最优能源形态。

考虑碳捕集的风光火储综合能源系统多目标运行优化

针对综合能源系统中碳排放与运行成本冲突的问题,提出了一种考虑碳捕集的风光火储综合能源系统多目标优化调度方法,探讨了碳捕集设备对系统可再生能源消纳、碳排放与运行成本的影响。以某地区典型日的电负荷数据为参考,以改进的IEEE 30节点系统为例,以系统经济性为优化目标求解。结果表明:相比无碳捕集的风光火和风光火储情景,考虑碳捕集的综合能源系统在典型日的运行成本分别下降了5.19%和2.86%;碳排放量分别减少了1159 t和1013 t;风光消纳率分别提升了5.01%和2.82%。以系统运行成本和碳排放量最小作为优化目标,采用非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)进行多目标寻优,结合线性加权和法得到了不同目标权重下系统优化调度方案:随着碳排放量目标权重的增加,碳排量逐渐减小,系统运行成本增加,单位碳减排成本也会增加;当碳排放量目标权重从0增至0.5时,系统碳排放量减少了5159t,运行成本增加了205466元;碳排放量目标权重从0.4增加到0.5时,单位碳减排成本增加最小;碳排放量目标权重在[0.2,0.4]时,减排效果最为明显。该计及碳捕集的多目标优化调度方法可为决策者在权衡系统碳排放和运行经济性时提供参考。

基于多目标优化法的小流域综合治理应用研究

以盖州市九盘岭河小流域为例,考虑小流域治理参与用户及行业综合性、目标多样性等特征,应用多目标优化法建立目标函数,然后结合各个目标的重要程度赋予相应的权重,通过求解单目标定性评价综合治理各项指标,可为盖州市小流域水土保持方案优化设计提供一定支持。

考虑阶梯式碳交易机制与氢能的园区综合能源系统多目标优化运行

综合能源系统(Integrated Energy System,IES)由于具有能源利用效率高、绿色能源接入灵活、系统环保效益高等优势而被广泛应用于能源用户终端。随着我国“双碳”战略的不断推进,碳交易价格对能源用户用能成本的影响逐渐增加,碳交易机制对IES用户成本的影响研究成为近年来的研究热点。本文以碳交易机制影响下的IES为研究对象,将碳交易市场引入由多种绿色能源构成的IES系统模型中,分析了阶梯式碳交易机制对IES系统经济成本的影响;在此基础上,以经济性和环保性为目标,构建了含阶梯式碳交易机制和氢能的园区IES多目标优化模型,并采用CPLEX商业求解器对该优化模型进行求解,通过实际算例对本文提出的多目标优化模型的经济性、环保性进行了验证分析。

基于改进粒子群算法和多目标优化算法的燃煤电站脱硫废水零排放综合评价

燃煤电站脱硫废水零排放要求较高,待优化目标较多,相关量化指标处理困难,对此,提出基于改进粒子群算法和多目标优化的燃煤电站脱硫废水零排放综合评价。依据燃煤电站脱硫废水零排放技术的工艺流程,选取影响评价结果的指标,设立评价指标体系;采用换阶函数、里昂惕夫逆矩阵以及指示函数量化叠加评价指标,从而获得综合评价指标;引入多目标优化算法构建以效益最大化为目标的评价模型,并利用改进粒子群算法采用弥漫性求解,由此求取综合评价值,实现对燃煤电站脱硫废水零排放的综合评价。以实际燃煤电站脱硫废水零排放工艺为研究背景,对所提方法的评价性能进行测试,结果显示,所提方法得到的评价结果具有较高的拟合系数,评价效果更好。

基于多学科协同的土木工程现场管理综合优化研究

随着现代土木工程规模的扩大和复杂度的增加,土木工程现场管理面临着前所未有的挑战。多学科协同理论因其协调各个专业,充分利用资源,跨界合作解决关键问题的优势,在土木工程现场管理中的应用取得了显著效果。此研究针对现有管理状况,分析了多学科协同在土木工程现场管理的必要性,并阐述了其基本理论框架和方法实践。基于这一理论,研究设计了一套现场管理模型,详细清晰地规定了在实施过程中所需协同的环节和参与角色,并提出了关键问题的解决方案。模型实证应用的结果显示,多学科协同可以有效提升现场管理的效率,对主要策略进行的综合优化改进后,现场管理表现出更大的潜力。效果评估结果提供了很好的反馈,也为持续改善管理模型提供了方向。这一研究为土木工程现场管理提供了新的视角和处理方式,有益于提升现场管理的效率和效果。

综合能源系统在双碳目标下的多能源协同优化控制

综合能源系统包括电力、热力、气力等多种能源形式,有效管理和调度这些能源是实现能源高效利用和碳减排的关键。双碳目标的提出使得综合能源系统需要更加精细的优化控制方法,以提高能源的可持续性和环境友好性。多能源协同优化控制涉及各种能源之间的协同调度与衔接,旨在实现能源的高效利用和碳减排的双重目标。随着全球对碳减排的倡议与我国双碳目标的提出,综合能源系统在实现可持续发展方面扮演着重要角色。为了提高能源利用效率、降低碳排放并优化能源系统的协同运行,多能源协同优化控制成为当前的研究热点。本文在引入双碳目标的背景下,针对综合能源系统的管理与调度问题以及多能源协同优化控制策略展开研究,旨在实现能源的高比例可再生利用和多种能源综合利用的良好协调。

基于AMOWOA的区域综合能源系统运行优化调度

目前,智能优化算法已广泛应用于工程优化中,在当前多能耦合与互补的能源发展趋势下,仅考虑系统经济指标的单目标优化模式已经不再适用于目前区域综合能源系统(Integrated energy system, IES)的运行优化调度,需要研究一种多目标运行策略来解决区域综合能源系统的运行优化调度问题.首先综合考虑经济与能源利用两个指标并结合商业住宅区域的特性,以系统日运行收益和一次能源利用率为优化目标构建商业住宅区域综合能源系统多目标运行优化调度模型.其次由于传统多目标智能优化算法缺乏一种最优解综合评价方法,基于非支配排序以及拥挤度计算的多目标算法框架,提出一种利用模糊一致矩阵选取全局最优解的多目标鲸鱼优化算法(A multi-objective whale optimization algorithm, AMOWOA),并将提出算法对商住区域综合能源系统多目标运行优化调度模型进行求解.最后以华东某商业住宅区域综合能源系统为例进行仿真,验证了该方法的有效性和可行性.

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。

余热余压空气梯级利用的双涡流管有机朗肯循环综合性能分析与优化

为充分利用工业生产中的余热余压空气能量,同时降低ORC系统冷凝热损失,该文提出一种双涡流管ORC系统(ORC coupled with double vortex tubes,DVT-ORC)。利用热源涡流管将放热后的余热余压空气分离成冷、热空气,冷空气用于工质冷却,热空气作为二级蒸发器的热源且换热后其余压用于驱动气动增压泵;利用工质涡流管将透平乏气分离成冷、热气流,热气流经气动增压泵升压再循环,冷气流进入空气冷却器冷却。以150℃、0.6 MPa的空气为初始热源,R245fa为工质,建立热力与经济的多目标优化模型,分析双涡流管冷流比和透平排气压力对系统综合性能的影响;采用遗传算法进行优化,确定系统最优工况。结果表明:当热源涡流管冷流比大于0.3时,DVT-ORC输出功大于基本ORC输出功,工质涡流管与空气冷却器的㶲损失之和较基本ORC系统冷凝器的㶲损失最大可减小1240.32 kW,单位电力生产成本较低,DVT-ORC系统热力性与经济性提升。系统最佳运行工况在透平排气压力为0.3007 MPa、工质涡流管冷流比为0.8738、热源涡流管冷流比为0.8942时,对应的净输出功为173.94 kW、热效率为13.57%、单位电力生产成本为0.415元/(kW·h)。

基于区间理论的油田综合能源系统优化规划

针对油田的能源结构和用能负荷的特征,构建了油田综合能源系统架构;考虑可再生能源出力的不确定性和油田多元负荷用能的随机性,建立了光伏、光热出力的区间模型,热负荷区间模型和基于价格型响应的电负荷区间模型;通过分析设备投资成本的时间价值和区域碳中和途径,建立一种计及源荷不确定性的综合能源系统规划模型,并结合仿射算法和区间序关系,将不确定性优化问题转化为确定性的多目标优化问题进行求解。算例分析表明,油田综合能源系统架构符合油田能源禀赋和负荷实际耦合情况,设备配置方案投资回收年限短,不确定性权重系数越高,投资越大,年净收益区间越大,结果验证了规划方法的有效性。与传统鲁棒凸规划优化方法相比,所提方法为决策者提供了满足区间约束的解集,避免了规划方案的保守性。

基于热电解耦CCHP和综合需求响应协同优化的配电网韧性提升策略

针对灾后紧急恢复阶段,提出一种基于热电解耦燃气冷热电三联供(CCHP)和综合需求响应协同优化的配电网韧性提升策略。该策略在提升韧性的同时计及资源利用效能,通过刻画计及不确定性的冷热用户响应意愿曲线,得到其可用调温范围,并基于此提出衡量用户舒适度的温度偏离度指标,最终以停电周期内电负荷恢复价值量最大和冷热负荷温度偏离度最小为目标构建多目标优化模型,利用ε-约束模型将其转换为单目标模型进行求解。以IEEE-69电力系统与比利时20节点天然气网络耦合系统进行仿真模拟,验证策略的有效性。

面向乡村建筑分时分区用能需求的零碳综合能源系统设计优化

基于传统最大负荷原则设计的综合能源系统容量通常远大于建筑的实际用能需求,导致以户为单位的乡村综合能源系统设计缺乏针对性和适用性。该文通过现场调查和数值模拟的方法精细化乡村建筑的实际用能需求,基于农户用能行为制定4种用能策略。并构建考虑农户经济水平和零碳约束的综合能源系统设计优化模型,采用两阶段带精英策略的快速非支配排序遗传算法(Top-NSGA-II)进行多目标优化问题的求解,获得不同策略下的最佳设计方案。结果表明,与基于建筑全空间连续动态负荷的设计优化方案相比,基于分时分区用能需求的设计方案年总成本降低13.58%,系统购电比例降低7.89个百分点,实现全年净零碳排放。

基于响应面法的马铃薯挖掘铲多目标优化设计

马铃薯挖掘铲是马铃薯收获机挖掘装置的重要组成部分,起到直接与土壤接触,并把马铃薯挖出的作用。在丘陵地区为了保证高效稳定的收获,马铃薯挖掘铲的综合性能对整个收获过程至关重要。使用ANSYS Workbench分析出挖掘铲的应力、应变、变形云图,通过参数化过程选择并验证特征尺寸。基于响应面法建立特征参数和结果的函数关系,通过多目标遗传算法得到候选解集,按照设计要求和优化目的综合考虑选择最优解。优化前后总变形降低了24.88%,总应力降低了21.40%,质量减少了4.58%,减少了质量的同时还明显地降低总变形和总应力,提升了马铃薯挖掘铲的综合性能,为后续实验和生产提供了理论依据。