基于概率预测的电-热综合能源系统灵活性聚合与优化调度

区域电-热综合能源系统源网荷侧具有多种灵活性资源,充分运用其调节能力可有效应对光伏出力波动对系统运行的影响。针对高比例光伏接入的区域电-热综合能源系统,提出基于概率预测的电-热综合能源系统灵活性聚合与优化调度方法。首先,基于光伏发电功率非参数概率预测结果,结合Copula函数抽样生成具有时间相关性的光伏出力场景;其次,采用自适应鲁棒优化算法聚合热网灵活性资源,以精确量化热网对电网的最大功率支撑范围,实现热电调度解耦;然后,基于光伏出力典型场景和热网功率最大灵活运行区间,建立考虑运行灵活性不足风险的系统随机优化运行模型,并通过求解该模型得到区域电-热综合能源系统联合调度策略;最后,通过算例分析验证了所提电-热综合能源系统灵活性聚合与优化方法的有效性。

计及热负荷需求弹性共享的多区域电-热综合能源系统协调调度方法

多区域电-热综合能源系统是包含多个独立供热系统的电热耦合系统,但能源市场的发展使得传统调度难以满足多个综合能源系统之间资源共享的需求。综合考虑区域间灵活性资源共享模式及协调调度求解手段,建立了多区域电-热综合能源系统协调调度模型。首先,对热负荷需求弹性进行建模,考虑区域间电能共享对多区域电-热综合能源系统调节潜力的影响,计及电网、热网传输约束,建立了多区域电-热综合能源系统协调调度模型。为解决多区域协调运行时各区域间的信息壁垒与利益分歧,采用交替方向乘子法对多区域电-热综合能源系统协调调度模型进行分布式求解。算例分析表明:通过多区域灵活性共享,各区域弃风率可以得到明显改善,即所建立的协调调度模型可以在保证各自区域间能源调度独立性的前提下提高整个系统能源利用率及灵活性。

电-热综合能源系统优化调度综述

随着热泵、热电联产机组和热电堆等电-热转换设备的快速发展,为提升新能源的消纳能力,减少碳排放,增加调度的灵活性,电-热综合能源系统越来越受到人们的关注。首先,对电-热综合能源系统优化调度模型进行梳理,从传统模型、能流差异性模型和增加电热耦合元件/储热设备模型3个方面进行了阐述;其次,将目前常见的目标函数及约束条件进行归纳,对现有模型的求解方法进行分类论述;最后,对当前研究存在的问题进行分析总结,并对未来发展趋势进行展望。

基于数据驱动的电-热综合能源系统两阶段鲁棒备用优化

构建以多能耦合为特点的综合能源系统是增强能源系统运行灵活性、提升可再生能源消纳能力的有效途径。考虑到居民、工业用户的供热(冷)需求,电-热耦合已成为中国综合能源系统的主要形态之一。为应对新能源发电、负荷等不确定性,在制定调度计划时通常配置一定比例的备用容量,以提升电力系统运行灵活性。提出了一套面向电-热综合能源系统的两阶段鲁棒备用容量优化框架。构建适合的不确定性模型是电-热综合能源系统鲁棒备用优化的研究基础。相较于传统的鲁棒备用优化,构建了一种数据驱动的超平面不确定集合,可有效挖掘风电出力在时空维度的相关性,以降低运行决策保守性。考虑到超平面不确定集合边界动态变化特征,设计了改进列-约束生成(column-andconstraint generation,C&CG)算法。最后,在两个不同规模的测试系统中验证了所提方法的有效性。

考虑热网传输延时及储热的电-热综合能源系统日前优化调度策略

综合考虑热网传输延时及储热的优化调度,可显著提高电-热综合能源系统的灵活性,在实现系统经济运行的同时,进一步提高系统的新能源消纳能力。对此,文中提出考虑热网传输延时及储热的电-热综合能源系统日前优化调度策略。文章建立描述热网的传输延时和储热的供热系统模型;结合具体的能源设备,将热网作为调度资源参与到日前优化调度中,提出一种热网传输延时及储热的日前优化调度模型,实现对热网虚拟储能的调度利用;最后对不同场景下含风电的电-热综合能源进行算例分析,验证了文中所提方法的有效性。仿真结果表明,该方法可利用热网传输延时和储热进一步降低系统的运行成本,提高风电的消纳率。

考虑热网传输延迟的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度

为应对弃风现象及风电出力的不确定性问题,考虑热网传输延迟特性对应的储能特性,提出一种电热综合能源系统(integrated electricity and district heating system,IEDHS)的鲁棒区间优化调度模型。首先,对热网的物理结构及传输延迟、温度损耗特性进行建模,并参与IEDHS优化调度;其次,以区间形式考虑风电的不确定性,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足运行约束条件;再次,建立了一种考虑热网传输延迟的IEDHS鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型进一步转化为单层模型,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过对PJM-5节点测试系统与6节点热力系统、IEEE-39节点测试系统与12节点热力系统组成的IEDHS进行算例分析,验证了所提模型的有效性。算例结果表明,热网的传输延迟可提高风电利用率,降低系统运行成本,鲁棒区间优化调度结果较常规调度更具可靠性。

考虑供热网储热特性的电-热综合能源系统优化调度

在电-热综合能源系统中,利用电力、热力系统的互补特性可提高系统运行的灵活性,从而提升系统消纳可再生能源的能力。电力系统和热力系统通过热电联产、电制热等发生耦合,文中考虑了热力系统中供热管道传输时间延迟和热损失等热动态特性,以及用户供热需求的柔性,建立了考虑供热网储热特性的电-热综合能源系统优化调度模型。算例1以IEEE 39节点电网和26节点热网耦合系统为例进行分析,结果显示所提模型可以通过能量时间平移,优化匹配电-热综合能源系统的源、网、荷,促进可再生能源高比例消纳;算例2则以海宁市尖山新区为例,分析了含高渗透率可再生能源系统中以集中供热拓展能源终端消费的效果。

考虑风电消纳的电-热综合能源系统优化运行

针对北方供暖期的弃风问题,在传统电-热联合系统的基础上,建立了横向电-热互补、纵向“源-网-储”的电-热综合能源系统。系统充分考虑了供热网的热动态特性和储电、储热两种形式的储能装置,在满足电、热需求的情况下,建立以最小运行成本为目标的优化运行模型。模型在Matlab中调用YALMIP工具箱和CPLEX求解器进行求解。通过算例仿真,分析了供热网的热动态特性和储能装置对系统运行成本和弃风量的影响。并讨论了不同储能配置下,储能投资成本对系统的影响,验证了模型的合理性。

考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度

为充分发挥多能源系统的用能经济性、灵活性和低碳性,提出了考虑热网动态特性与碳交易的电-热综合能源系统优化调度方法。在考虑热网动态特性的基础上,通过热电联产机组、热泵、燃气轮机等能源耦合设备,构建了电-热综合能源系统优化调度模型。首先,针对供热管道和采暖建筑的热动态特性进行精细化建模;其次,以综合能源系统运行成本和碳交易成本最低为目标函数,以能量平衡约束、网络约束为约束条件,提出了综合能源系统日前优化调度方案。算例仿真结果表明,所提优化调度方法能够降低系统运行成本,提高风电消纳率,降低系统的整体碳排放量。

电-热综合能源市场下的光热发电商运营优化与决策分析

针对当前太阳能利用效率较低和中国光热发电市场化交易程度较低,对光热发电商(CSPS)参与电-热综合能源市场的交易进行了研究。构建了含CSPS等多主体参与的电-热综合能源市场双层模型,其中上层为各主体的决策模型,下层为市场运营机构的统一出清模型,并采用非线性互补算法对该KKT条件模型进行求解。以中国某实际光热电站为例,在多类典型场景下,研究了市场类型、网络阻塞、光照变化等外部因素,以及储热容量这一内部因素对市场均衡及光热收益的影响,并给出了市场利润最大化条件下的最佳储热容量配置策略。结果表明:CSPS同时参与电力、热力市场时,相较于只参与电力市场,可以显著增加其利润,规避阻塞风险,提高太阳能利用效率,并且可以稳定市场价格,缓解电网阻塞,改善社会福利;在相同装机容量下,光热较传统光伏发电,市场竞争能力得到显著提升。

基于风险的电-热综合能源系统风电消纳能力评估

伴随风电大规模接入电网,其不确定性为电网的决策调度带来了新的挑战,风电消纳评估由此成为研究热点之一。以不确定集合表征风电不确定性,建立了两阶段鲁棒优化模型,以解决电-热综合能源系统的风电消纳能力评估问题。主问题基于风险指标优化风电可消纳域,并在算法处理中引入分段线性化处理非线性的风险表达式;子问题引入风电可接纳判据寻求风电不确定集合中的极端场景。最后着重比较电-热综合能源系统与电力系统的风电消纳能力差异。

电-热综合能源系统优化调度综述

随着热电联产机组、热泵、电锅炉、空调等能量转换设备的普及,电力系统和热力系统之间的能量转换和信息交互日益密切,逐步形成了电-热综合能源系统。热电联合调度可以促进可再生能源消纳,提高电力系统灵活性。首先,分析电-热综合能源系统组成,包括电网、热网和耦合设备等。在此基础上,从能量枢纽、网络拓扑和统一能路等角度回顾电-热综合能源系统建模的发展历程。然后,基于解析法和人工智能法等评述现有电-热综合能源系统优化调度研究的异同,包括考虑不确定性的电-热综合能源系统随机优化运行和热电联合鲁棒优化调度。最后,总结热电联合调度关键科学问题并对未来研究方向予以展望。

基于知识引导深度神经网络的电-热综合能源系统状态估计

电-热综合能源系统(integrated electric-heat system,IEHS)可以实现能量梯级利用,提高能源的利用效率,因此受到了广泛关注。为获取IEHS高精度数据,需要构建对IEHS的状态估计。面向具有海量历史数据的IEHS,提出了一种基于知识引导的深度神经网络(deep neural network,DNN)状态估计方法。采用反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)算法进行热负荷预测,以解决热力系统难以获取实时、准确热负荷的问题,为热力系统状态估计提供热负荷参数;面对IEHS已有的海量历史数据,应用知识方法对数据驱动进行引导,筛选相关历史数据对DNN模型进行训练,以进行各节点的实时状态估计。通过在由IEEE33节点标准系统和巴厘岛32节点热力系统组成的IEHS进行算例分析,验证了所提状态估计算法的准确性和计算效率。

电-热综合能源系统概率潮流计算

电-热综合能源系统中风电及负荷的随机性给系统的安全运行带来了巨大的挑战。为准确获得输出变量的概率特性,提出了一种基于半不变量法的电-热综合能源系统概率潮流计算方法。首先,采用截断通用分布模型和有界正态分布分别拟合风电出力和负荷的随机波动曲线。其次,针对电-热综合能源系统中的随机性问题,提出广义半不变量法用以求解输出变量的概率特性。最后,在巴厘岛电-热综合能源系统中验证了所提方法的有效性和快速性。

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

储能技术与风电相结合实现电能的时空平移是解决系统运行稳定性问题的有效手段。氢储能具有储存容量大、可实现电热联产联供的优点,具有很大的发展潜能。然而由于风电存在不确定性,氢储能系统在频繁切换工作模式时面临着不确定的热能需求。因此,文中综合考虑氢储能在间歇模式下的热能需求,首先,介绍了氢储能系统接入的电-热综合能源系统基本结构,将风电场与氢储能相结合构成风-氢混合系统;然后,提出考虑风-氢混合系统热平衡需求不确定性的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型;最后,基于对偶理论,对所提出的模型转化求解,通过算例对比分析各类情况优化结果,验证了氢储能在促进风电消纳、提高系统能源综合利用率方面的有效性,并证明了考虑电解槽和燃料电池工作温度能提高系统的工作效率并提高风电场并网功率。

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。

基于生-光耦合利用的乡村电-热综合能源系统规划

中国农村地区的太阳能、生物质能等可再生能源十分丰富,但能源利用率较低,污染较为严重。针对生物质能、太阳能等清洁可再生能源接入的乡村场景,考虑热网传输特性与农业生产负荷可调性,提出了一种基于生-光耦合利用的乡村电-热综合能源系统多目标规划方法。首先,基于生物质与太阳能资源的耦合利用构建了乡村综合能源系统典型架构,同时对热网虚拟储能功能、农业生产可调控负荷以及系统关键设备进行建模分析,并提出相关运行策略;其次,构建了兼顾经济性、环保性以及能效性的乡村综合能源系统规划优化模型,考虑投资能力、设备运行和能量平衡等约束,采用基于莱维飞行的粒子群优化算法(particle swarm optimization algorithm based on Levy flight,LPSO)求解规划优化方案;最后,以中国北方某县所属村镇为例进行规划仿真,结果表明所提方法是合理且有效的。

计及可变流量调节模式的电热综合能源系统条件分布鲁棒优化调度

电-热综合能源系统(integrated electricity and heat system,IEHS)可以有效促进可再生能源消纳。构建区域供热系统精细化模型与合理的可再生能源不确定性出力模型是调度IEHS的两个难点。该文首先提出计及可变流量调节模式的IEHS条件分布鲁棒优化调度模型,主要有两点改进:通过构建基于修正模糊集的条件分布鲁棒模型建模可再生能源预测误差与其预测出力信息之间的内在依赖性,提升调度结果安全性与最优性;基于流体能量守恒方程与一阶隐式迎风格式建立可变流量调节模式下的IEHS调度模型,以期充分挖掘区域供热系统的灵活性,促进可再生能源消纳。所构建的IEHS调度模型为含有大量非线性约束的条件分布鲁棒模型,难以直接求解。对此,通过对偶理论与条件风险价值近似方法将条件分布鲁棒模型转化为含非线性约束的确定性模型,并提出自适应McCormick算法用以求解非线性约束。通过不同规模案例仿真表明,所提模型能够降低IEHS的调度成本,所提算法在保证可行性的条件下快速求出问题的近似最优解,最优间隙小于千分之一。

基于需求侧用户响应分析的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

在低碳经济的背景下,为充分发挥供需双侧的互动潜力,提出一种考虑综合需求响应(IDR)和碳交易的电-气-热综合能源系统(EGH-IES)双层低碳经济调度模型。首先,提出考虑多能负荷自身特性、耦合特性和反弹效应的IDR模型和用户权衡经济效益、响应方式和用能偏好的综合效益模型。基于此,建立上层模型为引入奖惩阶梯型碳交易机制的EGHIES低碳经济调度,下层模型为IDR策略的双层优化调度模型。然后,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件、对偶定理和线性化方法将双层模型转换为混合整数线性规划问题进行求解。最后,算例分析表明,综合考虑碳交易和多元负荷特性能促进供需双侧的联合优化,充分发挥EGH-IES的经济低碳性。

基于MST-改进PSO的电-气-热综合能源系统负荷恢复策略

以往故障恢复的研究大多集中在配电网方面且恢复目标仅为单一的负荷恢复量,未考虑资源成本以及能源消耗的环境保护成本等。对此,提出一种多侧协调优化的多目标负荷恢复策略,该方法不仅实现了网络的重构、较高等级负荷的优先恢复,还实现了系统运行成本最优。在系统发生故障后,分两阶段进行恢复:首先,使用最小生成树(minimum spanning tree,MST)对系统结构进行改造,实现系统网络的重构,形成可恢复负荷的最终区域;然后,综合考虑源侧资源购买成本、用户侧切负荷补偿成本以及碳排放环保成本等,构建优化目标函数,使用改进粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法对其进行求解,得到最终恢复方案。通过33节点配电网、14节点气网和6节点热网测试系统仿真,验证了该负荷恢复策略的有效性。