计及灵活需求响应和碳-绿证交易的综合能源系统优化调度

基于“碳达峰、碳中和”背景,有效结合碳交易和绿证交易机制,挖掘需求侧资源,有助于实现综合能源系统低碳经济发展。为此,提出了计及灵活需求响应和阶梯碳-绿证联合交易的综合能源系统低碳优化调度策略。首先,在源侧引入含有机朗肯循环的余热发电环节,解耦热电联产“以热定电”约束,并在荷侧引入综合需求响应模型,构建了源荷协调的灵活需求响应模型。其次,研究碳交易和绿证交易机制原理,分析两者之间的相关性,构建了阶梯碳-绿证联合交易机制。最后,综合考虑系统经济性和低碳性,以总成本最低为目标,构建了日前低碳经济优化模型。算例仿真表明,考虑阶梯碳-绿证联合交易机制后系统总成本和碳排放量分别下降了13.37%和11.44%,并且相比传统需求响应模型,考虑所提的灵活需求响应模型后系统总成本和碳排放量分别下降了3.87%和2.85%,有效实现了系统经济、灵活和低碳运行。

支撑新能源电力系统灵活性需求的用户侧资源应用与关键技术

伴随着传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统转型升级,高比例新能源的接入和传统机组占比下降导致电力系统灵活性产生缺额。电动汽车、数据中心、P2X(power-to-X)等需求侧资源可以在多时间尺度为电力系统提供灵活性,是新型电力系统灵活性的重要组成部分。该文首先描述高比例新能源背景下输电网和配电网在不同时间尺度的灵活性需求,然后对比总结了典型需求侧资源的调节特性与应用实践,研究了需求侧资源在支撑高比例新能源输电网和配电网中运行、规划2个层面多时间尺度灵活性需求的应用场景。最后针对未来需求侧资源的研究重点,从聚合技术、电碳协同优化调控策略、可信调节能力量化和通信与信息交换标准等角度,对支撑新型电力系统需求侧资源应用的关键技术进行了总结与展望。

考虑需求侧灵活性资源配置的配电网分布鲁棒优化规划方法研究

考虑需求侧灵活性资源(简称“资源”)配置,开展网-荷-储联合规划是提升配电网灵活性以适应新能源出力波动的关键途径。为此提出一种灵活性缺失场景筛选与不确定性分析方法改进相结合的配电网规划研究模型:首先,立足资源视角进行配电网灵活性供需关系建模;其次,基于影子价格理论提出配电网灵活性缺失场景筛选策略,建立筛选指标以描述规划资源、运行约束、场景筛选间闭环关系;然后,将该策略嵌入配电网-多资源两阶段联合规划模型,一阶段考虑投资成本最优,二阶段协调运行及灵活性综合成本期望;将规划模型重构并于改进场景概率驱动型分布鲁棒优化(ISPD-DRO)框架下求解,其优势在于实现了概率优化求解与场景动态更新的有机统一;最后经算例分析验证所提模型在提升决策经济性及配电网灵活性层面的优势。

考虑需求侧灵活性资源的区域电能共享市场模型

提出考虑需求侧灵活性资源、用于区域电能共享市场的双侧竞拍机制,市场内包含分布式太阳能产消者和消费者。假设所有产消者和消费者形成的代理商拥有灵活的可按需求响应利用的聚合电动汽车和储能设备。首先,采用鲁棒虚拟电池模型描述价格激励下聚合电动汽车灵活性,实现可靠经济地扩大储能容量。然后,代理商在区域电能共享中设置最优的储能系统充放电计划,降低用电成本。之后,将管理好的产消者和消费者用于市场,为计算双侧竞拍市场的现货价格,所有区域产消者和消费者采用非合作博弈。提出迭代算法用于出清市场和最小化供需电能不确定性。最后,以区域内10个代理商为例,验证描述需求侧灵活性资源的虚拟电池模型和区域电能共享市场模型有效性。

考虑需求侧灵活性资源参与的国内外电力辅助服务市场机制研究综述

需求侧灵活性资源是未来支撑新型电力系统运行的重要手段之一,可以有效应对高比例可再生清洁能源并网带来的挑战,科学、合理、完善的辅助服务市场机制对推进需求侧灵活性资源的利用和发展具有重要意义。为此,对当前国内外典型辅助服务市场机制的相关研究与市场实践进行调研与综述。首先,分析梳理国内现有的需求侧灵活性资源参与电力辅助服务市场交易的机制,总结当前市场机制运营存在的若干问题;然后,介绍澳大利亚、美国、英国的相关市场机制,以及在需求侧灵活性资源利用方面进行的探索和实践;最后,对需求侧灵活性资源的利用以及未来我国电力辅助服务市场的建设提出相关建议。

可再生能源电力系统运行灵活性需求量化及优化调度方法

以风、光为代表的波动性能源发电占比快速增加,对电力系统的运行灵活性提出了更高要求。综合考虑风光出力不确定性、波动性及相关性特征,用多胞体描述多个随机源的联合波动域,构建系统灵活性需求量化模型;并利用多胞体在线路上的投影得到灵活性需求的空间分布特征。针对灵活性需求优化调度问题,建立了考虑灵活性需求空间分布约束的区间优化滚动调度模型,给出满足给定置信度下灵活性要求的发电调度方案。在IEEE 39节点系统及我国西北高比例新能源电力系统上进行算例验证,证明了所提的灵活性需求量化方法及调度策略的有效性。

考虑灵活性需求的园区综合能源系统协同优化配置

为了进一步考虑灵活性需求对综合能源系统(IES)资源配置的影响,在IES规划过程中,提出一种计及灵活性需求及新能源不确定性的园区IES协同优化配置方法。基于价格弹性理论建立综合需求响应(IDR)柔性负荷模型,采用Z-number方法描述IDR认知过程与结果的不确定性;考虑新能源的随机性和相关性,利用非参数估计法与Frank-Copula函数改进风光出力联合概率模型,得到典型日风光出力曲线;以IES运营商年化总成本最低为目标,构建上层优化设备型号与台数、下层优化机组运行的IES双层协同配置模型。算例结果表明相较于未考虑IDR及新能源不确定性的场景,所提配置模型减少了成本,进一步提高了经济性,同时配置方案充分考虑源荷双侧不确定性给系统带来的运行风险问题,从而实现了IES规划经济性与运行安全性的平衡。

计及需求灵活性的地区绿色证书、碳排放权及电力联合交易分析

通过市场的导向作用,形成不同关联市场之间的合力,促成能源的清洁低碳转型是亟待解决的重要问题。针对当前电–碳–绿证联合市场方面的研究未针对市场参与主体构建可供量化分析的动力学模型,以及求解算法的智能性仍需进一步挖掘等问题,提出了计及需求灵活性的地区绿色证书、碳排放权及电力联合交易分析方法。首先,构建了地区绿色证书、碳排放权及电力的联合交易框架;其次,结合系统动力学理论对传统火电厂商、可再生能源发电厂商以及电力用户负荷聚合商等市场参与主体进行建模;在此基础上,采用深度分布式强化学习算法对模型问题进行求解;最后,通过实际算例仿真分析验证所提理论方法的有效性,并对联合交易中的关键影响因素进行灵敏性分析。

需求侧资源灵活性刻画及其在日前优化调度中的应用

由于分布式能源(DERs)在配电网的渗透率不断提高以及电力改革对售电侧的放开,充分发挥需求侧资源的灵活性变得愈加重要。该文以电动汽车(EV)和暖通空调(HVAC)两种典型的需求侧资源为例,在计及设备的物理特性和人为、环境因素的影响下,采用极端能量场景方法建立通用虚拟电池(VB)模型用于刻画其资源的灵活性。在此基础上,进一步针对交互平台参与日前电力市场情况提出了日前优化调度模型。仿真算例表明基于通用VB模型的日前优化调度可以分配日前调度计划及备用容量。此外,通过仿真验证了所提模型的有效性,并结合算例结果分析了其在运算效率与信息安全方面的优越性。

双碳背景下需求侧灵活资源互动技术标准体系研究

在“双碳”目标背景下,随着新型电力系统建设,电力系统逐步呈现“双高”“双峰”特征,电力系统灵活调节资源不足等问题凸显,调动需求侧资源参与电网互动,做好电力需求响应优先、有序用电保底工作是提升电网控制灵活性、促进清洁能源消纳、缓解电力供需紧张的重要手段。为满足新形势下需求侧灵活资源互动规范化开展,需要充分发挥标准的作用,本文从标准体系现状、业务发展趋势、标准需求分析以及体系完善构建等方面展开阐述,旨在为新形势下需求侧灵活资源互动技术提供标准技术参考。

基于数据驱动知识显式嵌入的配电网最优需求响应策略

充分挖掘多元需求侧资源的灵活性,对于提升分布式新能源广泛接入背景下的新型配电网运行可靠性和经济性具有重要意义。然而,目前关于需求响应策略的解析化方法大多基于较为理想的用户行为观测和参数假设,纯数据驱动方法难以兼顾电网侧运行的复杂约束,策略的可用性存疑。为此,文章提出基于数据驱动知识显式嵌入的需求响应策略,首先,考虑到需求侧资源灵活性的强时段耦合特性,提出需求侧资源动态模型,定量分析需求侧灵活性资源的响应特性;其次,提出数据驱动知识的显式解析方法,将需求侧灵活性描述为混合整数线性模型并嵌入至配电网优化运行模型中,实现灵活实用的新型配电网供需交互与协调运行。最后,通过仿真算例验证所提方法兼具解析模型和数据驱动方法的优势,为不完全信息观测条件下源网荷协调运行提供较为实用化的解决方案。

计及灵活性资源的综合能源系统源荷协调优化调度

可再生能源和负荷的波动性、不确定性等给综合能源系统(integrated energy system,IES)的安全灵活运行带来了极大挑战。为提高IES灵活调节能力与可再生能源消纳水平,提出一种计及灵活性资源的IES源荷协调优化调度方法。针对系统内运行灵活性需求,精细刻画各类资源灵活性能力,源侧根据电氢耦合单元运行特性构建热电联产机组(combined heating and power,CHP)和氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)联合运行模型,荷侧考虑综合需求响应的灵活性供给能力,建立系统综合灵活性供给模型。根据不同时刻运行灵活性不足问题分成2种调度模式,构建基于IES灵活性约束的优化调度模型,并进行仿真分析。仿真结果表明,所提出的优化调度方法能够有效提高IES灵活调节能力和可再生能源消纳水平。

考虑需求灵活性的含风电配电网调度优化

风电供电有较强的不稳定性和随机性,为经典配电网调度运行体系带来了极大挑战。为了弥补现有研究中忽视不确定集外风险、无法充分考虑需求灵活性的不足,在客观量化风电不确定集外期望风险的基础上,建立基于需求灵活性的含风电配电网调度优化模型。为求解所建复杂混合整数非线性规划模型,基于协调分解思路,提出了一种改进蚁狮算法与分支定界算法相协调的双层优化算法,充分利用人工智能算法和经典数学算法的优势,快速求解所建复杂模型。算例结果表明:与现有先进调度方法相比,所提出方法能充分利用需求灵活性,有效降低配电网调度的风险,合理权衡调度计划的经济性和风险性;在实际配电网调度中,可为实现更加高效、稳定的含风电配电网调度提供指导。

绿证碳交易下考虑系统灵活性的源荷协调优化调度

能源结构的多元化趋势以及可再生能源与负荷的频繁波动,对综合能源系统的稳定运营造成巨大威胁。提出一种在绿证碳交易下考虑系统灵活性的源荷协调优化调度方法,在供能端引入有机朗肯循环技术,利用余热进行发电,从而摆脱热电联产机组传统上“以热定电”的限制,提高热电联产机组灵活性能力以及热电需求响应交互能力;考虑系统负荷和可再生能源的波动性和不确定性,构建了灵活性需求模型。为提升可再生能源消纳和降低碳排放,引入绿证碳交易机制,结合系统灵活性需求的源荷协同优化调度策略,设计了四种不同方案进行模拟验证,提升了系统经济性和可再生能源消纳能力。

灵活准则地面测控资源约束满足模型研究

针对地面测控资源调度中复杂约束难以描述的问题,对地面测控资源及用户需求进行详细分析。将任务分解为阶段性的需求集合,用一种时序性约束描述各类需求间的逻辑关系,给出包括设备匹配约束、时间窗口约束、地面站冲突约束、卫星竞争约束、时序逻辑约束、星载可再生资源约束六类约束的表示方法。针对不同用户从资源利用,任务完成等角度提出的需求偏好,设计了任务优先级,任务集中以及设备均衡三类原则,并进行仿真验证。初步实现了地面测控资源调度的复杂约束建模,为灵活需求偏好提供了一种设计思路。

新能源电力系统灵活性供需量化及分布鲁棒优化调度

电网中新能源渗透率的提升导致电力系统在局部时段灵活性严重不足。针对现有处理电力系统灵活性和供需不确定性过于保守或冒险的问题,提出一种数据驱动的分布鲁棒优化调度模型。首先,考虑风光出力的时空相关性,基于Copula理论构建出力集合。结合场景法与区间法对电力系统灵活性需求进行量化,引入灵活调节因子表征各类资源参与灵活性调节的能力,建立灵活性供需平衡约束。其次,考虑电动汽车等需求侧资源的灵活性供给能力,以灵活性资源运行成本与电网灵活性缺额惩罚成本最优作为目标函数,建立数据驱动的两阶段分布鲁棒模型。为降低保守性,采用综合范数对其概率分布进行约束,减小了灵活性需求出现极端情况的概率。针对两阶段鲁棒模型求解问题,利用零和博弈思想将模型解耦为主问题和子问题,采用列与约束生成算法进行迭代求解。最后,仿真算例表明,所提模型相比于传统不确定性模型对提高电力系统灵活性裕度与经济性具有积极作用。

新能源高渗透系统灵活性供给能力评价方法研究

针对新能源高渗透系统灵活性需求激增的问题,文中提出一种新能源高渗透系统灵活性供给能力评价方法。首先,基于净负荷时序波动特性建立新能源高渗透系统灵活性需求模型,根据灵活性改造火电机组、需求响应和储能的运行特性,构建源荷储侧灵活性资源供给能力模型,精确计算新能源高渗透系统的灵活性需求量;其次,采用节点运行灵活性的思想建立灵活性资源供给能力评价指标;然后,基于协同优化的思想构建新能源高渗透系统灵活性评价指标计算模型,并通过Yalmip调用CPLEX对模型进行求解;最后,基于改进的IEEE 39节点系统进行仿真算例分析。结果表明,所提出的灵活性评价方法通过源、荷、储灵活性资源协调优化,能够在实现系统整体灵活性供给能力优化的同时使系统经济性更优。

新型电力系统典型负荷侧资源灵活性价值分析

随着以新能源为主体的新型电力系统逐渐形成与发展,电网面临调节能力不足的风险,而负荷侧资源可以在多时间尺度为电力系统提供灵活性。首先介绍了电力系统灵活性定义,然后对新型电力系统背景下输电网和配电网不同时间尺度的灵活性供需平衡进行论述。以温控负荷、电动汽车和负荷侧电氢能源枢纽3类具有发展潜力的负荷侧资源作为研究对象,分析了需求侧对支撑新型电力系统灵活性需求的灵活性价值与可行性。

新型电力系统需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制研究综述

高比例新能源接入配电网络和传统可控发电机组占比下降导致电力系统调节能力严重不足,需求侧灵活性资源可以通过一定的控制手段,在多尺度下为电力系统提供调节能力。基于此,文章介绍了需求侧灵活性资源的基本概念、特征及类型,归纳了新型电力系统需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制的研究热点与进展,并总结需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制在形态结构解耦分析、供需平衡协调配置、聚合调度与协同优化及集群效益动态均衡分配方面的关键技术和实现算法的优劣势。最后,对需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制研究的关键技术进行展望,旨在对实现需求侧灵活性资源在新型电力系统中的应用提出一定的建设性思路。

共享储能模式下电动汽车充电站双层优化运行策略

在电动汽车持有量快速增长的背景下,电动汽车充电站的建设需求日益强烈。为了提高充电站运行经济性,文中提出接入共享储能的电动汽车充电站优化调度方法。首先,分析分布式储能和共享储能的运行模式,以充电站年投资成本和年运行成本最低为上层目标函数,以典型日运行成本最小为下层目标函数,构建考虑储能不同运行模式的电动汽车充电站双层优化调度模型。其次,对3个具有差异性的电动汽车充电站进行仿真,并将多个场景下的不同储能运行模式进行对比。然后,在此基础上,针对共享储能服务费以及电动汽车放电损耗进行灵敏度分析。最后,算例表明,共享储能的接入对降低电动汽车充电站规划和运行成本具有积极作用,合理的储能服务费定价和电动汽车放电损耗成本能减少充电站运行成本。