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。

多能流系统合作协同的不确定多目标决策

多能流工业生产过程具有多目标、强耦合、时变、不确定性等特点,针对此类系统的平衡调度问题,本文提出一种基于合作协同优化的不确定多目标决策方法.以钢铁企业副产煤气系统为例,针对系统未来状态的不确定性,本文在优化决策的过程中结合卡尔曼滤波方法和贝叶斯定理,提出一种考虑条件预期的不确定决策模型.该模型能够同时分析当前目标和预期目标,从而消除未来状态不确定性带来的影响.针对副产煤气系统多能流强耦合的特点,本文在优化决策过程中综合考虑单能流系统特性以及多能流系统的协同关系,基于图模型原理提出基于双向权重的协同进化方法,从"总体"–"局部"相结合的角度给出最优的决策策略.通过实际钢铁企业数据的仿真实验表明,该方法能够充分考虑未来的不确定性,同时兼顾单能流系统性能和多能流耦合关系,给出合理的调度决策方案.该方法可用于具有多目标、强耦合以及不确定性的复杂多能流系统,为其调度决策问题提供支持.

多能流系统经济-节能多目标最优运行

多能流系统通过不同种类能源的多能互补和梯级利用,能够有效降低供能成本,提高能源利用率。然而,由于多能流系统中存在的能源种类不同,在其运行过程中不仅要考虑“量”的节约,还应注重“质”的差异。为此,本文首先利用热力学分析法,对多能流系统内不同类型能源进行质量评估,建立系统最小化㶲输入的节能指标;其次,考虑系统运行成本和设备模型,建立多能流系统的经济-节能多目标最优运行模型;最后,利用ε约束法获得该多目标优化问题的Pareto前沿,并采用模糊决策确定系统的最佳运行策略。仿真结果验证了本文所提的模型和方法的有效性,能够实现多能流系统的经济、节能协调运行。

变工况特性下的多能流系统多目标模糊协同优化

针对在不同运行模式下多能流系统中各设备通常具有非线性工作特征使其运行特性与设计点发生偏移的问题,文中建立了变工况特性下的多能流系统多目标模糊协同优化模型。首先,在考虑了新能源与电/热储能的基础上建立了变工况特性下设备的高阶非线性模型。然后,根据不同工程应用模式需求提出了以经济型、环保型、节能型为优化目标的多能流系统协同优化模型,并基于模糊理论建立多目标模糊协同优化模型。其次,考虑设备载荷率、启动次数、工作时段、变工况运行等物理约束。最后,以一个多能流系统算例对所建模型进行了应用和验证,提出的变工况特性下的多能流系统多目标模糊协同优化是多能流系统优化调度、协同运行、运行设计和工程计算分析的基础。

考虑需求响应的多能流系统两级协调优化

针对一次能源危机与可再生能源蓬勃发展引起的多能流系统成本增高和可再生能源出力消纳问题,提出一个日前-实时两级协调优化调度运行模型,以实现减少多能流系统运行成本和可再生能源出力平稳消纳的目的。首先,日前级引入需求响应机制,设计合理的定价机制,利用价格信号引导用户参与电力削峰填谷,并以最小化系统运行成本为目标,建立日前调度优化模型。其次,实时级采用模型预测控制方法,以最小化有功出力修正偏差和有功出力调节量为目标函数,滚动优化。最后,设计算例进行对比仿真实验,得到由日前、实时调度计划方案组成的优化运行结果。仿真结果表明,参与需求响应机制后的日前优化调度方法能够节约系统运行成本5.42$/d;基于模型预测控制的实时优化调度模型在接收到日前调度计划后,能够快速的跟踪期望值,并且调度结果更加平滑,日前-实时两级协调优化方法实现了在降低系统运行成本的基础上,平稳消纳可再生能源出力,对于多能流系统发展具有重要意义。

储能装置在多能流系统中的作用分析

为了探究储能装置在多能流系统中的作用,构建了耦合风能、太阳能的有储能装置与无储能装置的两种多能流系统。建立了在晴朗的夏季典型日,系统24 h运行费用最小为目标函数的优化调度模型,以某工业园区为研究对象,进行了优化分析,并以此为基础,对比分析了两种系统在典型日运行费用、可再生能源消纳率、各时刻允许源荷波动的范围大小等几个方面的差异。最后,采用蒙特卡洛模拟法,对比研究了负荷不确定性对两系统典型日最小运行费用的影响大小。结果表明,有储能系统可以节约运行费用、消纳更多的可再生能源、在大部分时刻允许源荷两侧的波动范围更大,典型日最小运行费用受负荷不确定性影响较小。

面向工业生态园的多能流系统优化与综合特性分析

针对工业生态园区的多能流系统,采用混合整数线性规划方法对不同能源结构和能流网络进行研究。构建系统总运行成本(包括二氧化碳排放成本和系统运行成本)最小的优化模型。算例分析结果显示,利用提出的多能流系统优化模型可以使工业生态园区二氧化碳排放减少7.33%,总运行成本降低4.33%。同时建立多能流系统可再生能源消纳率、系统的扰动性和一致性与余能系统循环率的综合评价模型,提出多能流系统的综合评估指标,针对多能流系统的余能单次利用程度和循环利用率提出余能的一次回收率、余能利用率和余能系统循环率等评估参数。该评价模型注重多能流系统的运行特性,可再生能源消纳情况及多能流系统在遭遇用能突变、能流波动等扰动时情况和余能利用情况,对构建大空间全方面的多能流系统具有重要的意义。

含分布式多能流微能源网的配电物联网架构探索与研究

我国未来能源系统的发展趋势是分布式多能流微能源网与大电网并举,大量的物联网设备将接入低压配电网。随着配电网从单纯电力网络向智能能源信息一体化方向演变,目前的配电网面临一系列挑战。以三峡坝区配电网为例,探索包含多个多能流微能源网的配电的信息集成和协调优化运行架构,给出了物联网技术和配电网深度融合的分层的配电物联网架构设计,并提出了配电物联网下一步发展的建议。

考虑线性化网络约束的电-热多能源系统最优能量流分析

随着热电联产(combined heat and power,CHP)元件与可再生能源的广泛应用,配电网与区域供热网之间的联系更加紧密,将热网与电网进行整体规划与建模十分重要。建立联合热-电网综合模型,并提出一种基于线性规划法的最优能量流求解算法,该模型不仅适用于区域辐射状系统,还可以更广泛地应用在大规模网状多能流系统中。通过对电网、区域供热网以及它们之间的耦合元件进行网络拓扑分析,建立网络方程的基本矩阵规划及其线性能流模型。根据不同的网络拓扑结构,可以对网络系数矩阵进行快速修正,以适用所有的网络结构,显示出模型的通用性与实用性。通过将非线性、非凸集规划问题转化为线性规划问题,计算效率大大提高,并避免了传统算法无法收敛的问题。实例系统的计算与分析验证了所提方法的精确性与鲁棒性。

园区多能流综合运行管理系统建设探究

园区多能流综合运行管理系统是区域综合能源监视、控制及优化分析主体,系统部署从全局到园区到企业,一直延伸到用户端。系统涵盖感知、通信、应用、展示及互动等各个层面。整个系统采用松耦合的模式构建,各个模块之间无扰运行,功能弹性扩展,实现了物理上分布,逻辑上统一的敏捷部署。并在广州明珠工业园国家重点专项中实施,获得了卓有成效的验证结果。为后续综合能源系统建设提供技术支撑。

考虑风光利用率和含氢能流的多能流综合能源系统规划

传统多能流综合能源系统往往面临绿色可再生能源装机比例低、利用率低的问题,同时氢燃料汽车的逐渐普及将增加对氢能的需求,将电能转化为氢能是满足交通部门潜在氢需求的有效途径。针对风光装机比例低、利用率低和氢能需求的问题,提出了一种考虑风光利用率和含氢能流的多能流综合能源系统规划方法。首先,计及氢能流构建了电/热/冷/氢多能流综合能源系统。其次,考虑系统年投资费用、运行费用和风光利用率的多目标,构建双层规划-调度模型,以电、热、冷、氢等4种形式能量平衡和元件工作特性为约束,采用非支配性排序遗传算法和商用求解器结合的混合智能算法进行求解。最后,以某地区实际工业园区为例,对所提方法进行验证。案例结果分析表明所提出的方法可有效降低系统年总投资成本,显著提高风光装机比例和利用率,提高系统运行稳定性和经济性。

含光热电站及碳交易机制下的电气热多能流耦合系统分层优化运行

随着低碳经济的日益发展,电热气系统耦合程度日益加深,传统供能系统采用电热分离方式、输配电网分级调度的运行模式已经难以挖掘出全网资源并实现全局最优的运行策略。为提高新能源消纳,同时求解多能流耦合系统,提出了一种含光热(concentrating solar power,CSP)电站及碳交易机制下的电气热多能流耦合系统分层优化运行策略。上层为多能流耦合系统求解层,为求解复杂多能流耦合系统矩阵值,提出了牛顿法、改进牛顿法以及改进二阶锥协同求解的方法;下层为多能流优化求解层,依据上层所得系统求解值,下层优化以用户总成本经济最小化为目标,引入碳交易机制模型来优化电气热机组不同场景下的时序出力,求解方法上采用混合整数线性规划法。最后,通过仿真算例进行有效性的验证。结果表明,所提方法能够优化系统运行,改善系统准确性及快速性,并且“碳交易和CSP电站”手段能够更好地约束多能流耦合系统碳排放,减轻装置能源压力,提升用户总成本的经济性。

综合能源系统状态估计研究综述

综合能源系统(integrated energy system,IES)被誉为未来人类社会能源的主要承载形式。为了保证IES的安全、可靠、优质和经济运行,亟需提出和发展面向IES的能量管理系统(integrated energy system energy management system,IES-EMS)。高性能的IES状态估计(integrated energy system state estimation,IES-SE)可为IES-EMS提供准确可靠的实时运行数据,是IES-EMS各项高级应用正常运行的保证。在当前IES快速发展之际,加快研究面向多能流的IES-SE成为当务之急。首先对IES的构成和特点进行了简要分析;接着对比分析了电力系统SE和IES-SE的异同;然后重点对已有的静态IES-SE模型和方法及动态IES-SE模型和方法进行了剖析;最后,分析了IES-SE领域所面临的挑战,展望了该领域未来可能的研究方向。

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。

综合智慧能源管理系统的功能设计

以园区内三联供电厂为清洁能源中枢,介绍能源管理系统的功能需求,并分析中枢运行机理、多能耦合建模、多能监控、多能安全评估、多能优化调度等关键技术,以期能够提高电厂的发电利用率,提升园区清洁能源的供应比例、能效,降低成本,从而实现经济效益和社会效益双赢。

考虑源-荷不确定性的电冷热气多能流优化建模与实时仿真技术

为了加强能源之间的耦合作用,在源-荷不确定性条件下,提出了电冷热气多能流优化建模与实时仿真技术研究。利用电力系统的节点电压表示电力系统运行的电流,采用电力节点功率平衡方程,建立了电力系统模型,基于板式换热器和供水管中冷源的热量交换,满足设备的供冷需求,在考虑源-荷不确定性的基础上,构建供冷与供热系统模型,由于天然气系统模型的耗能主要由燃气输送加压站流量决定,采用方程式模式描述了天然气系统模型,根据天然气系统节点的气量平衡原理,建立天然气系统模型,实现了电冷热气多能流的优化建模。通过布置算例系统结构,验证了电冷热气多能流模型的有效性,加强了能源之间的耦合作用。