考虑综合需求响应的楼宇综合能源系统能量管理优化

针对楼宇综合能源系统(residential integrated energy system,RIES)能量管理时未充分考虑影响室温因素及其对负荷建模的影响和刚性捆绑RIES、用户从未全面考虑用户舒适度和用能支出的问题,文中提出冷、热负荷参与阶梯型补贴和电负荷参与电价型综合需求响应的RIES能量管理优化模型及其求解方法。首先,综合考虑影响室温因素,得到离散化的楼宇热平衡方程,建立楼宇的柔性而非固定的冷、热、电负荷数学模型。其次,建立冷、热负荷参与的阶梯型补贴和电负荷参与的电价型综合需求响应机制。然后,考虑RIES向用户售能的收益、从外部购能的成本和支付用户的补贴费用,构建以最大化RIES运行利润为目标、计及设备和系统运行约束的能量管理优化数学模型,并采用Cplex对线性化后的模型进行求解。最后,通过算例仿真表明:计及综合需求响应的RIES能量管理优化能统筹协调供需两侧资源,提升系统与用户的经济效益。

考虑功率可调节裕度的综合能源系统云边协同优化

区域综合能源系统(RIES)集群协同优化可以实现跨区域能量共享,提高系统的灵活性。针对RIES集群多主体难管控的问题,提出了一种考虑功率可调节裕度的云边协同优化调度模型。首先,对不可控设备和可控设备的可调节能力进行建模,并在此基础上建立RIES主动调节能力综合指标的数学模型;其次,建立能量管理云平台和RIES双层能量优化模型,能量管理云平台以降低整个系统对外部能源需求为目的对区域间能量互济进行调控;然后,引入交替方向乘子法对模型进行求解,协调能源信息交互;最后,通过云边协同优化方法对RIES集群运行进行了仿真验证。结果表明:各RIES对内部能量进行优化,实现了低碳经济运行,并提高了系统的功率可调节裕度。由能量管理云平台和RIES协同交互完成的优化过程,提高了RIES集群的自给能力和主动调节能力,减少了系统运行成本和碳排放。

基于机会约束规划的智能楼宇与社区综合能源系统协调优化

为考虑智能楼宇(IB)与社区综合能源系统(ICES)协调优化中的不确定性及多主体的差异化利益诉求,提出了基于机会约束规划的IB与ICES主从博弈协调优化调度策略。首先,基于IB的蓄热特性,采用热阻-热容网络对热量在楼宇围护结构的热动态过程进行建模。随后,基于该热动态模型,构建了含可调散热器的楼宇用户热需求响应模型。其次,为考虑ICES和IB的差异化利益诉求,利用主从博弈方法对二者的协调优化进行建模。然后,为考虑风电和光伏出力不确定性对ICES与IB协调优化调度的影响,进一步采用机会约束规划的方法对ICES与IB的主从博弈优化模型进行求解。最后,通过算例验证了所提方法可以在风光出力不确定性下保证ICES与IB双方的经济利益,并在兼顾经济性的同时促进风光消纳。

计及电-气-热需求响应的区域综合能源系统运行优化

针对区域综合能源系统(regional integrated e ner gy system,RIES)源荷主体互动少、碳排放强度高、风光消纳能力低以及整体运行效益差等问题,文中提出计及电-气-热价格需求响应的RIES经济低碳运行优化方法。利用电能、天然气、热能共有的商品属性以及多元柔性负荷的可调度价值,建立电-气-热价格需求响应模型,有效增强了价格信号对负荷参与需求响应的激励效应;为充分挖掘系统的低碳潜力,引入阶梯型碳交易,完善实际碳排放模型;以系统运行成本最小为优化目标,研究不同运行方式对系统经济性和低碳性的影响。案例分析结果表明,所构建的运行优化模型采用价格需求响应和阶梯型碳交易协同优化方式,在实现负荷削峰填谷的同时可以兼顾系统运行的经济低碳性与风光消纳能力。

考虑群体热适应性的楼宇综合能源系统规划

充分发挥楼宇综合能源系统能源生产侧与消费侧源荷互动特性的作用,需要由供能的舒适度来保证。基于群体热舒适感会随季节调整其对环境的热期望的热适应性原理,建立楼宇综合能源系统中的能量枢纽选型定容统一优化模型。模型计及典型日室外温度、光照辐射强度和刚性电热负荷对室内温控负荷及能量枢纽出力的影响,将室温调节策略和能量枢纽容量配置基于群体热环境舒适区间进行约束,实现楼宇热舒适供能与能量枢纽架构经济性的协同优化,并采用Benders分解方法加以求解。算例分析结果表明,对热舒适区间进行修正后的规划模型能减少能量枢纽的配置容量,可有效提高可再生能源利用率并降低系统整体的碳排放量。

考虑热惯性的居民楼宇综合能源系统日前运行优化

针对居民楼宇中部分热负荷的热惯性特征,提出了一种考虑热惯性的居民楼宇综合能源系统日前运行优化方法。首先,建立了居民楼宇综合能源系统的典型结构和数学模型,探究能源供给、转换、分配、存储的机理;其次,基于线性能量平衡法,采用微分方程描述楼宇制冷采暖系统和生活热水系统的热惯性特征,并将上述方程差分化;再次,以综合成本最小为目标,考虑购能约束、功率平衡约束、热惯性约束、备用容量约束等,建立日前运行优化模型,并将上述模型转化为混合整数二次规划,通过Yalmip调用Cplex求解;最后,通过实际算例分析热惯性对居民楼宇综合能源系统运行优化的影响。结果表明,利用热惯性能够对冷热负荷进行平移或削减,从而降低运行成本。

楼宇式天然气分布式能源系统年均综合能源利用效率提升方案

受溴化锂溶液质量浓度特性及腐蚀性的影响,楼宇式分布式能源系统烟气热水溴化锂机组在夏季制冷工况下排烟温度不能低于160℃。为降低系统的排烟温度,提出在溴化锂机组排烟出口设置烟气热水换热器,制取生活热水外供和增加热水流量进入溴化锂机组制冷的2种方案。以某分布式能源系统工程为例,计算2种方案的年均综合能源利用效率,结果显示,设置烟气热水换热器后可以降低系统排烟温度,大幅度提高年均综合能源利用效率。

基于差异化需求的智慧楼宇级综合能源系统多元融合设计

以降低能耗、减少用户支出、缩减成本为目的,多元融合设计基于差异化需求的智慧楼宇级综合能源系统。利用存在时序性特征的物理层、信息层、平台层以及价值层四个层级,为系统的各角色提供差异化、多元化服务;采用多种能源互补耦合的供能方式,联合热电联供设备和吸收式制冷机,梯级利用能量,满足用户差异化需求;利用自适应权重系数法和自适应罚函数法多目标优化了用户消费经济性与源网发电经济性。实验结果表明,该系统可有效降低不同季节的电负荷、热负荷和冷负荷,减少用户支出费用的同时有效降低成本投入,具有较强实用性和有效性。

考虑电能共享的综合能源楼宇群日前协同优化调度

首先提出了一种含高比例分布式能源的智能园区运行框架,针对综合能源楼宇内冷热电联供系统、电动汽车、温控负荷等资源建立了计及用户用能需求的量化模型。进一步,基于电能双向流动特性,建立园区内多综合能源楼宇群电能共享模型,并通过智能园区代理商制定园区的日前优化调度策略。通过算例仿真,验证了所提方法可通过协调内部综合能源需求侧资源,进行楼宇间电能共享,实现电能供需就近平衡,达到最小化园区调度成本的优化目标。最后,讨论了有无变压器容量限制下的园区与电网的功率交互情况,所提调度策略可通过增加变压器容量约束来避免变压器越限对电网安全运行的不利影响。

区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度

在区域综合能源系统的基本架构上,为了提升系统经济性与可再生能源并网能力,研究混合储能、冷热电联供机组(CCHP)、能量转换装置在多能互补下的两阶段优化运行模型.利用虚拟能量厂(VEP),平抑发、用电不确定性;采用鲁棒理论,构建灵活调整边界的不确定合集;引入条件风险理论,构建考虑多种不确定关系耦合下基于Copula-RCVaR的能量管理风险模型.针对上述模型特点,提出基于滤子技术的多目标鲸鱼算法进行求解.分析不同可再生能源渗透率及集群效应对系统收益结果和运行策略的影响.结果表明,引入虚拟能量厂可以提高利润1.9%,在保证稳定运行的前提下合理选择荷、源不确定变量的置信概率,可以提高利润5.9%.

基于改进最小叉熵法的区域综合能源系统经济效益评估

区域综合能源系统(RIES)作为一种可充分利用多种能源的有效网络形式,其组成方案的经济效益评估意义重大。针对RIES经济性评估指标不完善及指标权重确定受主观因素影响较大的问题,文中首先分析了RIES的架构,搭建了RIES经济性评价指标体系。为提高指标权重融合的合理性,文中提出可反映主、客观权重内在联系的改进最小叉熵法,结合优劣解距离法(TOPSIS)和秩和比法(RSR),进行RIES投资方案的多准则评价排序并选出最优方案。最后,选取某工业园区不同系统组成方案作为算例进行经济效益评估验证,结果证明了文中所提方法的工程实用性,可为RIES的规划和改造等项目提供有效的经济效益评价。

综合能源智能楼宇能量优化管理技术发展趋势研究

综合能源系统是一种多能互补、供需互动的多种能源耦合系统,有助于降低供能成本,提升能源利用效率。对于用户层级的综合能源楼宇系统,更强调楼宇级多能耦合终端用户单元的源-荷资源供需互动。在分析综合能源智能楼宇架构及基本单元的基础上,总结了综合能源智能楼宇和综合能源智能楼宇群的研究方向及现状。

考虑气象因素的WOA-TCN楼宇IES多元负荷预测

准确且可靠的综合能源系统多元负荷预测是IES优化调度的数据基础,为此开展了小型楼宇IES多元负荷预测,提出了基于鲸鱼优化算法的时序卷积神经网络组合预测模型,经小型楼宇IES数据集验证,该方法能够有效降低多元负荷预测误差,获得准确且可靠的多元负荷预测结果。

考虑碳交易成本及区域能源优化的配电网扩展规划研究

随着《碳排放权交易管理办法》的正式实施,加速了碳排放权交易的进度,在此背景下考虑区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)接入配网后需求响应、可再生资源消纳和碳排放交易成本的影响,提出一种新的配电网规划方法。首先,对区域综合能源系统结构进行概述,介绍典型区域综合能源系统的构成及特点;其次,将碳交易成本、弃风弃光成本和需求响应引入配电网扩展模型当中,综合考虑系统的碳排放、弃风弃光和需求侧响应对区域综合能源系统的影响,促进系统整体的优化运行。在上述基础上构建考虑区域综合能源系统优化的配网扩展优化双层模型,采用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization,IPSO)和预测校正内点法(prediction correction interior point method,PCIP)求解规划层和运行层模型。最后,运用算例系统对构建的模型和方法进行验证。结果表明:配电网扩展规划时,充分考虑区域综合能源系统优化,能够提升可再生能源的消纳,降低整体的扩展规划成本。

计及虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度策略

储能设备可以实现负荷的跨时段平移,在综合能源系统的经济稳定运行中能够起到重要作用。但当下储能投建费用较高,难以大规模应用。而通过优化用户侧可控负荷,可达到类似储能设备平移负荷的效果。从电能、热能2个角度出发,提出了利用用户侧虚拟储能的区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)优化调度策略。首先基于电动汽车充电管理方法和楼宇蓄热特性,对电、热虚拟储能(virtual energy storage,VES)系统进行建模;进而将虚拟储能系统集成到考虑天气不确定性的区域综合能源系统调度模型中,该模型以降低能源系统日运行费用为优化目标,合理安排电动汽车充电并在温度舒适度范围内对建筑物室温进行调节,实现虚拟储能系统的充放能管理;最后以夏季系统用能场景为例,对优化模型进行仿真实证。仿真结果表明,虚拟储能设备可以起到负荷平移效果,削减储能配置容量。应用虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度模型可以在满足能源需求和温度舒适度的前提下降低系统日运行成本,提升系统运行稳定性。

考虑综合需求侧响应的区域综合能源系统多目标优化调度

为兼顾区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)中能耗成本、污染排放、风电消纳等多个调度目标,建立了考虑综合需求响应的RIES多目标优化模型。首先,对含电转气、储能系统、热电联产机组等设备的RIES建模,并在区域内引入了具体考虑削减负荷、转移负荷和替代负荷的综合需求响应,旨在削减系统负荷峰谷差。然后,分别建立了以系统用能成本、弃风功率和污染物治理成本最小的目标函数,采用多目标优化方法——以模糊加权规划遍历权值求解帕累托前沿,再根据证据推理决策方法寻找最优调度策略。最后基于典型算例研究,结果表明了所提多目标优化算法能有效在多个调度目标间做出权衡,考虑综合需求响应的RIES在总能耗、环境友好和风电消纳等方面更具优势。

考虑电转气和可平移负荷的区域综合能源系统优化运行

针对可再生能源发电的消纳以及冷热电负荷需求不匹配问题,文章在原有区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的基础上,引入电转气(power to gas,P2G)技术,同时结合综合能源系统内不同种类可平移负荷的用能特性,建立了各类可平移负荷模型,对冷热电负荷平移,利用内点法求解可平移负荷模型,建立涵盖经济、能源及环境等多方面的多目标系统运行优化模型,采用粒子群优化算法获得Pareto非劣解集,并利用模糊理论获得折中解。在算例中设置多种场景,仿真分析考虑负荷平移和电转气技术的区域综合能源系统在降低系统运行成本、削峰填谷等方面的优势,从而验证所搭建模型的有效性。

面向区域能源服务商的智能楼宇需求侧响应优化策略

需求侧响应(demand response,DR)是提高可再生能源利用效率,实现未来电力系统双侧协调互动的重要途径,同时也是未来区域能源服务商为用户提供能源增值服务的重要手段。该文在对智能楼宇热力学特性建模的基础上,构建了面向区域能源服务商的智能楼宇(用户)DR优化模型。以冷藏仓库/写字楼用户为例,通过算例分析,将DR调用后的用户用能模式与初始用能模式进行比较,对上述模型的有效性进行验证。结果表明,该文提出的优化策略能够有效降低区域能源服务商的经营成本,提升分布式光伏的利用效率。