考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型

目前,弃风现象仍是制约风电发展的主要因素,且风电具有较强的不确定性,而传统随机规划和鲁棒优化方法均不同程度上存在片面、保守和经济性问题,基于此,该文提出了考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型。首先,搭建以热电联产机组和电锅炉为耦合单元,以常规机组发电成本、热电联产机组发电成本和弃风成本为综合优化目标,电功率平衡、热功率平衡、最小开停机等为约束条件的确定性热电协调优化调度模型;其次,以调度系统可用的风电出力历史数据为基础,构建数据驱动下的分布鲁棒两阶段优化调度模型,模型第一阶段目标中不仅考虑了机组开停机成本,还融合风电预测场景信息,制定出更具经济性的日前调度计划,第二阶段综合考虑1-范数和∞-范数约束不确定性概率分布置信集合,寻找到最恶劣概率分布下的模型最优解,并采用列与约束生成(column-and-constraint generation,CCG)算法进行求解。最后,采用IEEE39节点算例验证了模型对风电消纳的提升效果和分布鲁棒模型的有效性。

考虑热储灵活配置与热网水力热力特性的电热综合能源系统优化规划

电热综合能源系统优化规划可以定量决策电热耦合系统转型,在规划层面充分开发风电消纳路径。为此,提出一种考虑热储灵活配置与热网水力热力特性的电热综合能源系统优化规划方法。基于变流量-变温度策略构建热网模型,建立电力系统与灵活热源-热网-热储协同规划模型。提出预定参数型、功率平衡下最优投资型、变流量温度下最优投资型、时间系数离散型4种热储建模方法,实现热储灵活配置,采用二项式凸松弛和大M法将非线性规划模型转化为混合整数二阶锥规划模型求解。通过算例分析验证了所提方法可以有效提升规划方案的经济性,保证系统运行可行性,实现风电高比例消纳。

电热氢综合能源系统建模及容量规划研究

在“双碳”目标下,电热氢综合能源系统的应用将成为能源高效利用、多能耦合发展以及清洁低碳转型的重点战略方向。结合当前电热氢综合能源系统的国内外研究现状,首先对系统建模部分进了归纳与总结,并建立了考虑系统电热特性、自身寿命衰减特性等特点的各设备数学模型,为后续相关方向的深入研究提供一定的参考。其次,对电热氢综合能源系统的容量规划问题展开研究,并分别从系统运行策略、目标函数与求解以及当前存在问题与创新方面展开详细分析。最后,对电热氢综合能源系统的未来创新与发展进行了展望。

考虑变掺氧富氧燃烧与利用LNG冷能的LAES的综合能源系统低碳经济调度

为促进风电消纳,减少火电机组的碳排放,解决综合能源系统(Integrated Energy System,IES)低碳经济运行问题,文中引入变掺氧富氧燃烧技术对燃气机组进行改造,并结合利用液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)冷能的液化空气储能(Liquid Air Energy Storage,LAES),提出了一种电热气冷IES低碳经济优化策略。首先,构建含变掺氧富氧燃烧燃气机组、利用LNG冷能的LAES、电转气(Power To Gas,P2G)设备、中央空调和溴化锂制冷机的IES架构,并建立各设备的数学模型;其次,引入阶梯式碳交易机制,建立了以系统运行成本最小为目标的电热气冷IES低碳经济调度模型;最后,采用MATLAB调用GUROBI求解器对多个场景进行求解,验证了文中提出的低碳经济优化调度策略可以提高系统的风电消纳、有效降低系统运行成本,实现碳减排。

计及出行行为调整的综合能源系统双层博弈优化策略

针对园区综合能源系统中各个主体的利益难以兼顾及新能源汽车出行计划临时变动会对系统运行带来不利影响的问题,提出了考虑车主出行行为调整的电热氢综合能源系统双层博弈优化运行策略。首先,建立以能源运营商(IESO)、负荷聚合商(ULA)和新能源汽车负荷聚合商(NEVLA)为主体的Stackelberg-Shapley双层博弈框架;其次,将双层博弈框架嵌入两阶段模型预测控制滚动调度模型中,并在第1阶段引入惩罚博弈机制,抑制车主按照个人意愿无序改变充电计划的行为;最后,联合沙丘猫优化算法与CPLEX求解器对博弈模型进行求解。仿真结果表明:所提策略与无惩罚博弈机制的滚动优化运行策略及考虑惩罚博弈机制的单断面优化运行策略对比,能源运营商的收益分别提高了4.43%、7.75%,负荷聚合商的剩余价值分别提高了6.48%、12.18%,电动汽车负荷调度成本分别减少了13.64%、4.43%,验证了所提策略具有更好的系统运行经济性。

计及热网灵活性恢复过程的电热综合能源系统鲁棒超前调度

热网的动态特性使其能够为电力系统提供可观的灵活调节能力,促进新能源并网消纳。然而,如何充分挖掘、准确评估热网的灵活性潜力而尽可能维持热能供需的长期平衡,减少灵活性潜力挖掘对热网运行的影响是当前亟待解决的问题。为此,提出了计及热网灵活性恢复过程的电热综合能源鲁棒超前调度方法。首先,设计了热网灵活性恢复策略,进而构建了兼顾灵活性供给与恢复过程的热网灵活性量化模型。其次,引入风电接纳风险指标,兼顾系统运行成本与风险,构建电热综合能源系统鲁棒超前调度模型。而后,融合分段线性近似、大M法等,设计了兼顾计算精度与效率的求解方法。最后,基于小型规模测试系统,验证了所提方法的有效性。算例分析结果表明:相较于传统的电-热系统协同调度策略,采用所提方法,风电可接纳范围提升10.72%,综合成本降低0.87%,有效提升了系统的安全性及经济性。同时,基于大型规模测试系统,验证了所提模型求解方法具有良好的计算效率。

考虑单峰分布的电热综合能源系统风险调度

不确定可再生能源并入电热综合能源系统后将引发系统运行风险,而通过合理量化风险,实现风险可控性和调度经济性平衡是电热综合能源系统风险调度的关键。依据随机风电功率的单峰分布特性构建矩模糊集并以此刻画风电功率的不确定性,同时采用分布鲁棒机会约束方法来刻画系统的运行风险,进而建立了电热综合能源系统的分布鲁棒风险调度模型。在此基础上,从风险发生概率和经济成本的角度,提出了评估不确定风电功率引发运行风险的量化指标:均值风险概率和风险调度成本。最后,以改进的巴厘岛电热综合能源系统为例进行算例分析,验证了所提模型及其风险评估指标的可行性和有效性,并给出了电热综合能源系统的最优调度决策。

计及可再生能源消纳的电热综合能源系统多目标优化模型

可再生能源因其清洁低碳的特点备受能源行业关注,在能源转型背景下,可再生能源受到关注和重视,已经成为能源转型的核心。可再生能源具有高效、清洁、低碳、环保等特点,发展可再生能源有利于促进生态环境和社会经济可持续发展。所以,我国能源发展的核心和关键环节是加快发展可再生能源。但是,可再生能源的不确定性也带来了严重的消纳问题。提高电力系统的灵活性去解决可再生能源的消纳问题成为当下研究热点之一。本文突破异质能源间的壁垒,基于电热综合能源系统去探索提高可再生能源的消纳能力。同时,立足于经济性与安全性指标,提出一种多目标优化数学模型,并通过对偶转化和行列生成算法对所提模型进行求解。最后,在算例测试中,通过对比电热综合能源系统与电力系统的各种测试指标证明了所提模型的有效性。

基于主从博弈的电热综合能源系统优化运行

电热综合能源系统可以实现多种能源的协调互补,达到能源高效利用的目的。针对含电热耦合的综合能源系统,提出了基于主从博弈的综合能源系统优化调度策略。首先建立燃气轮机、储电池、蓄热槽等设备模型,然后以综合能源系统运营商为领导者,系统能耗用户为追随者,形成主从互动的均衡模型,同时优化系统能耗用户需求响应方案以及系统内各类能量转换耦合设备的出力,提升运营商和能耗用户综合效益。最后通过算例分析论证所提方案的合理性和有效性。

计及建筑热负荷弹性的综合能源系统调度方法

具有一定弹性的建筑热负荷被视为电-热综合能源系统运行优化的重要调节资源.考虑建筑热负荷具有规模大、单体容量小的特点,非侵入式的数据驱动方法成为量化建筑热负荷弹性的有效手段.然而,由于数据不足或模型精度不够,该方法将不可避免地产生误差,给电-热综合能源系统的优化调度带来认知不确定性.因此,提出一种考虑建筑热负荷弹性并兼容相关认知不确定性的电-热综合能源系统优化调度方法.分析基于数据驱动的建筑热负荷需求弹性评估方法,将评估过程中产生的误差建模为认知不确定性,并通过改进的D-S证据理论对多源误差进行融合;采用拉丁超立方抽样方法生成表征热负荷弹性认知不确定性的场景,并通过模糊聚类法进行场景削减;将构造的场景集嵌入电-热综合能源系统的协调优化调度中,实现对建筑热负荷弹性及相关认知不确定性的综合考虑.算例仿真结果表明,考虑建筑热负荷需求弹性及认知不确定性对减少弃风、提高电热综合能源系统的运行灵活性至关重要.

基于需求侧响应的电热综合能源系统风电消纳低碳经济调度

电热综合能源系统作为能源互联网的重要组成部分,促进了能源在更广阔范围内的配置。首先,本文提出了一种多目标电热综合能源系统低碳经济调度模型,充分挖掘了储热装置、电锅炉以及电储能的风电消纳特性;其次,系统考虑需求侧响应的影响,通过峰谷分时电价优化负荷曲线,有效削减了负荷峰谷差,为风电上网提供了空间;最后,采用多目标细菌群体趋药性算法对低碳经济调度问题进行求解。仿真分析了实施峰谷分时电价前后系统的风电消纳情况,并对储热装置、电锅炉以及电储能对系统风电消纳的效果进行了分析。仿真结果验证了所建立低碳经济调度模型的合理性和所采用算法的有效性。

电热综合能源系统框架下蒙西电网电源容量最优配比研究

在电热综合能源系统框架下从总的节能减排效益角度出发,以供电供热总化石能源消耗最小为目标,研究高比例可再生能源系统中各类电源的相互关联机理及能源资源优化配置问题。基于对各类电源、热源在供电、供热、煤耗和灵活性等方面的分析,建立了以化石能源消耗最少为目标的电源容量配比优化模型,并结合蒙西电网的实际数据进行计算分析。对当前电、热负荷水平下的电源容量最优配比及各类电源之间的相互关联关系进行了讨论,为可再生能源和常规电源的协调发展和节能减排效益最大化提供科学指导。

电热综合能源系统中热力管网动态建模及协调运行研究综述

电热综合能源系统中的热力管网由于较强的热惯性而具备被动储热能力,可以提高电力系统的调节能力,为大规模可再生能源并网消纳提供空间。利用热力管网储能的方法可在不增加额外设备与投资的前提下,仅通过电力、热力系统的协调优化,达到平抑可再生能源波动性与间歇性、提高可再生能源使用率的目标。该方法已成为目前较具潜力的灵活性提升手段之一,逐渐受到国内外广泛关注。热力系统本身具有多变量、非线性、时延性等特点,且热力管网运行调节独立于电力系统调度之外,导致在刻画评估热力管网所具备的调节能力时,面临电热系统动态建模难以兼容、异质能源系统运行机制难以协调等瓶颈。研究围绕热力管网动态特性建模及电热协调优化等方面,对利用热力管网热惯性提升电热综合能源系统调节能力的研究方法展开回顾:比较分析了节点法、元素法、集总参数法、等效热电路法及能路法等动态建模方法的优劣,剖析了电力系统与热力管网协调运行研究中的关键要素,并针对进一步研究方向提出了几点建议。

计及多能源集线器的电热综合能源系统分布式优化

由于电热综合能源系统各主体信息不共享、存在隐私保护等,区域内不同主体的自治决策和通信安全变得至关重要。为此,提出一种基于交替方向乘子法(ADMM)的电热综合能源分布式优化方法,以实现电热综合能源系统中能源集线器(EH)的自治决策和分布式优化。建立了电热综合能源系统与EH的优化调度模型,并建立了基于ADMM的电热综合能源系统分布式优化模型,实现了综合能源系统运营商与多个EH运营商的分布式功率交互。同时,采用自适应步长的方法求解所建立的模型,提高了算法的收敛性。

基于随机经济模型预测控制的电热综合能源系统运行优化

北方供暖地区存在大量热电联产机组,其“以热定电”的运行特性限制了机组调峰能力。同时,随着我国能源替代的提出以及风电的快速发展,建立包含风电的电热综合能源系统是降低电热耦合以及系统运行成本的重要手段。因此,建立电热综合能源系统模型,在满足用户电热负荷需求的基础上,综合考虑风电不确定性以及系统动态过程中的经济性,提出一种基于情景树结构的随机经济模型预测控制策略。为了降低风电功率随机性干扰和风电功率变化难以描述的问题,提出采用一种改进的非线性变换方法建立风电功率非高斯分布模型,在此基础上建立基于情景树结构的风电功率变化显式表达结构,在保证鲁棒性的同时降低了优化过程中风电随机性的干扰。最后,通过累计节约成本的复合单步增长率指标验证所提策略的有效性。

计及网络传输损耗的电热综合能源系统多目标优化调度

针对电热综合能源系统中网络传输损耗对供需平衡的影响,提出一种多目标优化调度策略以最小化系统经济环境调度目标,并且实现电热能源之间的协调与优化。首先,提出一种计及网络传输损耗的电热综合能源系统多目标优化调度模型,该模型同时考虑电传输损耗和热传输损耗;其次,依据公式化的非线性耦合优化问题获得协调方程,以此分析机组出力的协调关系;然后,设计一种双层双l迭代算法以有效求解此多目标优化调度问题,该算法能够减少计算负担以具备更快的收敛速度;最终,通过5个仿真算例验证所提算法的有效性。

含多能微网群的区域电热综合能源系统分层自治优化调度

分布式能源与负荷聚合形成多能微网群连接至区域供热系统和上级配电网,构成区域电热综合能源系统。为保护多利益主体隐私并满足其利益诉求,提出了基于分布自治、集中协调设计架构的区域电热综合能源系统分层优化调度方法。在上层,计及多能流异质动态特性,提出了区域电热综合能源系统的动态经济调度模型;在下层,考虑用户柔性热需求和分布式光伏不确定性,建立了多能微网自治能量管理的机会约束模型。基于目标级联分析法将上下层解耦,层间仅需交换边界电功率和热功率,通过微网并行计算与层间迭代求解获得全局最优策略。算例结果证明,该方法能够在保证收敛性的前提下,为含多能微网群的区域电热综合能源系统提供高精度的多能互补优化调度结果。此外,对缩放因子进行灵敏度分析,讨论了算法误差来源并说明了算法最优性。

考虑能源站非线性效率系数的电热综合能源系统运行分析

为简化计算和提高效率,传统电热综合能源系统中区域能源站能源转换设备的效率系数通常设为常数。但在实际运行中,能源转换设备的效率与其实时出力往往呈非线性关系,因此采用常规优化调度方法存在精度问题。由此,根据已有研究提出的效率系数与其输出功率的二次函数关系,构建电热综合能源系统的最优经济调度模型,并采用粒子群算法进行求解。基于算例分析,考虑能源站非线性效率系数和常效率系数对电热综合能源系统运行成本、电网和热网运行时间特性以及配电网电压水平等的不同影响,为实际工程应用提供相应的理论支持。

能量与备用市场主体自调度的电热综合能源系统优化

为更好地管理电热综合能源系统中能源交易以提高系统运行的经济效益,同时考虑新能源入网带来系统运行的不确定性,本文提出能量与备用市场主体自调度的电热综合能源系统两阶段优化方法。第一阶段基于博弈模型分析主从(双层)交易的市场主体之间多种能源的交互方式,以系统经济性运行为优化目标来求解市场主体之间的均衡交互策略。第二阶段是鲁棒可行性检验,采用改进列和约束生成算法求解第一阶段解的鲁棒可行解。算例表明所提模型通过市场主体能量管理实现了系统的经济运行,同时还通过备用整定和鲁棒优化保证了系统在不确定环境下仍能可靠运行。

区域电热综合能源系统稳态潮流建模与算法研究

区域电热综合能源系统整合电力和热力网络,作为一个整体来考虑会有很多好处,可以控制能量流动来提高能源供应的安全性,还可以确定最节能的运行模式将能量损失和气体排放降至最低。随着热电联产机组和锅炉等电热之间耦合元件的渗透性增加,电和热网络的相互作用变得更加紧密,电和热网络作为一个整体的建模变得越来越重要。对考虑电热耦合的综合能源系统进行建模,将巴厘岛电热模型作为算例验证了模型的合理性,并利用牛顿拉斐逊法准确求解出电热综合能源系统的稳态潮流。