基于深度强化学习的多能流楼宇低碳调度方法

建筑减排已成为中国达到“双碳”目标的重要途径,智慧楼宇作为多能流网络耦合的综合能源主体,面临碳排放量较多、多能流网络耦合程度高、负荷用能行为动态特性明显等问题。针对这一问题,提出基于深度强化学习的多能流楼宇低碳调度方法。首先,根据智慧楼宇的实际碳排放量,建立了一种奖惩阶梯型碳排放权交易机制。其次,面向碳市场和多能流耦合网络,以最小化运行成本为目标函数,建立多能流低碳楼宇调度模型,并将该调度问题转换为马尔可夫决策过程。然后,利用Rainbow算法进行优化调度问题的求解。最后,通过仿真分析验证了优化调度模型的可行性及有效性。

第5代区域供热供冷驱动的产消型综合能源系统多能流分析

第5代区域供热供冷(5GDHC)与主动配电网构成电-热-冷强耦合、热产消者、双向传输的复杂新场景。为此,文中基于传统综合能源网模型,通过对比5GDHC与传统第1至4代区域供热网的不同特征,提出了与5GDHC热产消者相兼容的多能流网络模型。该模型系统地集成了热力共享的产消者模型、冷热负荷重叠系数、管网温度的热泵模型以及双向水流引起的复杂水力交汇等特征,描述了各产消者在时空上共享互补的冷热功率。最后,采用15节点配电网、36节点供热网算例验证了所提模型与方法的有效性。计算结果包括状态变量的时域仿真(电压、电/热/冷功率、温度、流量、压力等)、与冷热未互补系统运行成本的对比以及蓄热与热泵的联合运行等。

电–热综合能源系统仿射型区间多能流算法

针对综合能源系统区间能流算法仅能分析多个不确定性因素共同作用的结果,而无法量化分析各不确定性因素的传递过程及其对系统状态量影响的不足。该文采用仿射算术建立系统不确定性模型,提出电热综合能源系统仿射型区间能流算法。首先,基于泰勒公式简化热网温度方程,建立仿射形式的热网温度传递模型,进一步地,计及耦合元件的不确定性,建立电热综合能源系统仿射模型。在此基础上,考虑管道流量约束进行多源互补,提出热网仿射能流前推回代算法;同时,以耦合元件的仿射功率作为电热网络间的边界条件,提出电热互联系统仿射能流的并行迭代方法。最后,基于IEEE33节点配电网与23节点配热网构成的电热互联系统,分析不同节点负荷变化对系统状态量的影响程度以及电–热系统之间的交互影响过程,验证该文所提方法的可行性和优势。

计及碳捕集和多能流的虚拟电厂多目标优化调度

虚拟电厂作为多能流互联的综合能源网络,面临实际碳排放量过高、新能源消纳能力不足、多能流优化变量复杂、优化目标非单一等难点。为此,提出一种计及碳捕集和多能流的虚拟电厂多目标优化调度方法,提升多能流虚拟电厂新能源消纳能力的同时降低碳排放量。首先,根据虚拟电厂的实际碳排放量建立基于奖励系数的奖惩阶梯型碳交易机制。然后,以最小化运行成本和碳排放量作为目标函数建立双目标优化调度模型,利用樽海鞘群多目标优化算法进行求解。最后,设置多个调度场景对比分析多目标优化算法的性能,研究结果验证了优化调度模型的可行性及有效性。

面向能源互联网的多能流综合能量管理系统:设计与应用

能源互联网是当前国内外学术界和产业界关注的热点和创新方向,其中一个焦点是研制多能流综合能量管理系统(IEMS)。在简要回顾能量管理系统(EMS)发展历程的基础上,设计并研制了面向能源互联网的IEMS,通过多能互补和源网荷储协同,实现安全供能前提下的效益最大化。阐述了所研制的IEMS的主要功能,并通过示例展现了其应用效果,该IEMS系统已经在几个能源互联网的示范项目中得到现场应用。

碳中和目标下的能源系统转型与变革:多能流协同技术

近年来全球多个国家提出了碳中和战略目标,能源系统的转型与变革已迫在眉睫。在能源系统低碳化转型路径中,高比例新能源渗透充当了极为重要的战略角色,且各能源系统之间的转型呈现相辅相成、协同发展的趋势。一方面,新能源可通过电转气、电转热、电制氢等能源耦合设备分别为天然气、热力、交通侧等负荷提供绿色能源供应,终端用能的电气化改善了终端能源结构;另一方面,多能源系统的灵活性及多能互补性为间歇性新能源并网的消纳提供了支撑。为此,综述了面向碳中和目标的能源系统转型与变革的多能流协同技术,介绍了高比例新能源渗透下的多能流协同技术,剖析了支撑新能源并网的多能源市场机制设计,最后归纳总结了未来能源系统转型与变革面临的核心挑战。

基于改进杂交粒子群算法的农村微能网多能流优化调度

西部农村地区电网薄弱,光伏和风电扶贫投资未考虑配套输配电设施,用以处理生物质废弃物的沼气受季节性温度变化影响运行经济性不佳,为解决上述问题,该文提出利用沼气作为气源含可再生能源的冷-热-电-气多能流农村微能网供能架构,建立相应的多能流微能网调度模型,针对粒子群算法早熟、容易陷入局部最优的问题,提出采用动态调整惯性权重的杂交粒子群算法进行求解,算例结果表明,通过对系统内各设备的调度,有效降低系统日运行成本,在冬季,采用改进型杂交粒子群算法所得日运行费用相比采用基本型粒子群算法降低7.6%,其相比系统未优化所得日运行费用降低79.1%;在夏季,相比基本型粒子群算法与未优化分别降低17.0%、71.2%,实现微能网的经济运行,证明了本模型和算法的正确性。

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。

多能流分布式综合能源系统容量匹配优化与调度研究

综合能源系统可以实现电、热、气等多种能源形式的互补供能和满足负荷需求的多能调度,从而促进可再生能源消纳能力,提高能源综合利用率。针对含电、热、气并相互耦合的分布式多能流综合能源系统的设备容量匹配优化问题,建立以系统各能量成本最低为目标,以能量平衡和设备工作特性为约束的优化模型,采用一种区域收缩算法加速寻优收敛速度。以西安市某厂房办公楼为例,采用所建模型和所提算法得到综合能源系统最小能量成本下的最优容量匹配和调度策略。结果表明,通过系统的容量匹配优化可以大大减少电、热、气的单位价格,降低多级储热器、可逆固体氧化物燃料电池的设备成本,提高太阳能电池的利用率,可有效提高系统经济性。

区域综合能源系统中考虑季节负荷特性的多能流耦合运行研究

为了深入研究区域综合能源系统中电、热以及天然气三种能量流的耦合情况,文中基于能源集线器理论,提出一种适用于冬夏两季不同负荷类型的通用能源集线器模型,建立了该模型下的耦合矩阵及运行模式,结合与之相连的天然气管网与配电网稳态计算,得到能源集线器的能量分配计划。以MATLAB及其simulink为平台实现对该系统的仿真计算,计算结果表明,所提出的模型及计算方法可用于分析能源集线器中不同能流的耦合程度,算法能够合理的反映区域综合能源系统的稳态特性。通过运行模式的对比与检验,进一步证明了考虑负荷特性的冬夏运行方式的合理性。

考虑天然气N-1的多能流系统静态安全耦合分析

以综合能源系统为代表的多能流系统是推动低碳高能效能源转型的主要措施,但多种能流系统联合运行所带来的安全问题也不容忽视。该文针对多能流系统的静态安全问题,提出以天然气N?1事故作为预想事故集,研究适用于多能流系统的静态安全耦合分析理论和方法。提出考虑天然气管道N?1开断的预想事故集,并结合牛顿拉夫逊算法对开断事故进行模拟;利用标准矩阵模型分析能量枢纽在故障跨能流传播中起到的耦合机理;在静态安全耦合分析中以状态转移过程描述天然气管网的动态特性,评价故障的严重性,实现对关键事故和脆弱部位的识别。算例结果验证了所提理论和方法是正确有效的。

智慧社区多能流随机响应面模型预测控制方法

提出一种智慧社区多能流随机响应面模型预测控制方法。采用随机响应面法获取分布式风电和光伏出力、负荷需求以及实时电价等预测误差分布特性,得到预测误差概率密度分布曲线并将其离散化,利用轮盘赌算法生成初始场景集并采用最近邻聚类法进行场景削减。考虑冷热电联供、电动汽车、储能设备等的技术经济特性,构建了兼顾经济性和环保性的多能流多目标优化调度模型,并利用随机模型预测控制方法对多能流调度模型进行在线滚动优化,从而实现日前优化和实时滚动优化的有效统一。算例结果验证了文中所提出方法的有效性和优越性。

电力-天然气区域综合能源系统多能流计算及静态稳定性分析

冷、热、电负荷的急剧增长为区域综合能源系统的稳定运行带来挑战,为此提出构建含有能源集线器的电-气联合系统模型。首先根据电网的静态电压稳定指标的思想,提出气网的静态气压稳定指标概念,分析负荷变化对区域综合能源系统中子系统的影响;继而利用分解求解法进行多能流计算,并根据子系统的指标曲线确定薄弱子系统。结果表明,系统负荷与所提出的指标呈正相关,且所提指标可用于确定区域综合能源系统的薄弱子系统,为系统的静态稳定分析提供帮助。

含多EH参与的电-气区域综合能源系统多能流收敛性调整

电-气区域综合能源系统含多个耦合元件能源集线器(energy hub,EH),容易出现多能流计算不收敛的问题.该文基于牛顿-拉夫逊法解耦求解,分析出电-气区域综合能源系统多能流计算不收敛的机理,提出含多EH参与的多能流收敛性调整方法.首先解耦判定电力系统和天然气系统能流计算的收敛性,再根据识别出的不平衡量类型和关键节点采用相应的收敛性调整方式:若为有功功率不平衡采用EH平衡机调整方式,若为无功功率不平衡或轻微有功功率不平衡则采用电力节点类型转换调整方式,若为流量不平衡则采用天然气节点压力调整方式.该方法可解决有功无功强耦合给能流不收敛调整带来的困难,且简化了含耦合元件的多能流收敛性调整.算例系统应用验证了所提方法的可行性和有效性.

计及静态安全因素的电-热多能流计算方法

多能流含义为多种类型的能量流,包括能量流的相互耦合、转换和传输,例如冷、热、电、气等多种能源形式。其中以电热联供为代表的电热耦合多能流系统发展最为迅速,带来诸多效益的同时也使安全问题更加突出。文中考虑安全因素提出电-热多能流系统计算方法。建立电力网络、热力网络模型、耦合元件模型,基于安全因素考虑构建预想故障集合,采用分布式顺序潮流求解算法进行求解。针对电力网络中并网和孤岛两种运行方式进行分析,通过实际算例验证了所提算法的优越性。

基于㶲评估的多能流节能调度

多能流系统可以实现能源的整体规划、多能互补和梯级利用,提高能源利用率。在此背景下,构建冷、热、电多能流系统模型,并引入压缩空气消纳风电,平衡能量。以热力学第二定律的“㶲分析”方法评估系统的节能指标,确定多能流系统的最节能调度方法。以某园区冬夏季节的典型风电出力和冷、热、电需求为例,采用模拟退火算法进行系统的节能调度并计算系统㶲效率。对系统是否使用先进绝热压缩空气对系统节能性的影响进行对比研究。研究结果表明,系统采用㶲评估节能指标,在具有先进绝热压缩空气时㶲效率更高,约为38%~58%。

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。

综合能源系统多能流准稳态分析与计算

多能流计算及互动分析是综合能源系统的重要基础,分析多能流交互机制,建立由电、气、热网和耦合元件组成的综合能源系统模型,提出针对多能流计算的分解法和统一法的求解框架和求解方法。针对目前基于牛顿法的多能流算法对初值较为敏感的不足,提出基于自适应步长因子的改进统一法,对比分析3种算法的准确性、收敛性和收敛时间。考虑扰动后的过渡过程和网络间的多时间尺度特性,将综合能源系统交互过程划分为4个准稳态阶段,分析基于准稳态多能流的交互作用。最后,基于一个双向耦合的综合能源系统,以电网支路开断为例对系统进行分析,验证了所提算法和准稳态分析的有效性。

基于储电船舶的远洋海岛群多能流优化调度

远洋海岛群可再生能源丰富,就地开发条件得天独厚,然而岛屿间存在天然的地理隔离,导致能量供需结构呈现时空逆向分布的格局。该文提出一种基于储电船舶(electric vessel,EV)的多能流模型,并将其应用于远洋海岛群能量经济调度中。首先,针对海岛群各岛屿差异化资源禀赋和空间隔离的特性,介绍基于EV的岛际能量传输通道的可行性。进而,量化分析单体EV的时空转移特性和微网子系统能量的时空分布规律,建立考虑二者交互作用关系的多能流混合模型。在此基础上,以系统运行总成本为目标,依托系统统一平台对多能流进行经济调度。通过精细化分析模型中大规模非线性、时空高度耦合的约束条件,提出基于两阶段分解的主、子问题迭代的求解方法。仿真结果表明,采用两阶段分解法能够高效、准确求解多能流模型,验证了远洋海岛群能量经济调度的合理性与可行性。

能源互联网多能流的耦合模型及动态优化方法综述

将分布式可再生能源和互联网技术相结合的“能源互联网”概念为解决人类的化石能源危机提供了可行路径。能源互联网将打破电、气、热等不同能源系统间的壁垒,实现多种能源的综合高效利用,支持大规模可再生能源的广泛接入,成为耦合多能流的开放互联新型能源供应系统。首先基于能源互联网的相关研究,归纳了能源互联网的多能流耦合特征。接着介绍了多能流耦合模型的构建方法,根据能源组网的结构和用能形式的不同,分析了能源互联网的多能流交互机理。在此基础上对能源互联网的优化模型和多能流多时间尺度动态优化方法、以及计及空间尺度的多源互补动态优化方法进行深入剖析,将为能源互联网建设提供理论基础。