基于双层博弈的配电网与多综合能源微网协调优化

为充分挖掘综合能源微网(integrated energy microgrid, IEM)的潜在价值,促进可再生能源消纳,针对同一配电网下的多个IEM协同管理问题进行研究,提出了一种基于双层博弈的配电网-多IEM协同优化模型。对于IEM模型的构建,考虑在热电联产机组中加入碳捕集系统以及电转气装置,用来获取低碳效益。同时,针对IEM中可再生能源与负荷不确定性问题,采用鲁棒区间规划进行处理。首先,构建配电网运营商(distribution system operator,DSO)与IEM联盟系统模型框架,分析其不同主体间的博弈关系。其次,对于双层博弈,分为主从博弈与合作博弈。DSO作为博弈领导者,以自身效益最大为目标制定电价引导IEM联盟响应。IEM联盟作为博弈跟随者,以自身运行成本最小为目标,通过成员间互相合作能源共享响应DSO的决策。同时采用纳什谈判理论解决IEM联盟的合作运行问题,使用二分法与交替方向乘子法结合求解模型。最后,在算例中验证所提模型与方法的可行性和有效性。

海岛多能源微网故障免疫及谐波滤除的隔离变压器方案

为解决某海岛微网系统面临的多能源发电单元易受外部故障解列及3倍次谐波自由传递导致系统电能质量低下等问题,提出一种综合电站出口增设隔离变压器的一次系统改进方案。基于该海岛微网的多能源结构、海岛环境、高可靠性要求等特殊应用场景,阐述隔离变压器方案,验证同步机组励磁系统缺陷及新能源发电单元导致的谐波来源;配合应用虚拟同步发电机的光伏蓄电池支路,通过系统故障电压支撑能力、三相/零序不平衡度及谐波畸变率量化隔离变压器方案,对发电单元隔离保护及系统电能质量的提升效果有促进作用。经电磁暂态平台PSCAD验证,新方案使发电单元免疫外部故障零序冲击,综合电站出口处电压支撑能力提高了52.44%,畸变度降低了78.04%,基本完全滤除占比14.33%的励磁缺陷谐波电流,具备传统滤波器方案不具备的故障免疫及谐振过电压抑制作用,为海岛多能互补电网工程建设提供参考性方案。

电力物联网背景下综合能源微网调度运行策略研究

在电力物联网深化综合能源系统变革的背景下,物联网从技术层面为综合能源服务提供了新的驱动力,但对其面向更多元的能源生产与消费情景提出了更多要求。传统微网系统已经难以适应新形势下调节多能耦合,及精准预测调度的愿景。文中以综合能源系统为根基,提出面向电力物联网的综合能源微网框架。指出应用层面要实现经济优化调度、综合能源整体布局和能源交易。提出能源供应商面向市场的上、下两层迭代优化调度的新型策略。根据模型特点,上层是以综合能源供应商利润最大为目标函数的优化调度数学模型,采用MATLAB/CPLEX求解器求解。下层为能源市场出清的数学模型,采用粒子群算法求解。通过算例结果表明,综合能源市场能够寻优到最佳社会福利点,能源供应商能够合理分配、利用各能源设备,进一步验证了所提方法的实操性。

基于模型预测控制的多能源微网仿射优化调度

受源荷日前预测误差较大的影响,多能源微网存在优化调度方案变化范围较大,且难有足够的不确定性应对裕度的问题。为解决上述问题,提出一种基于模型预测控制的多能源微网仿射优化调度方法。首先,通过不断更新预测信息以保证源荷预测精度。在此基础上,采用仿射算法表征源荷预测的不确定性。然后,将仿射优化调度模型嵌入滚动优化中,并在每次滚动优化中求解仿射优化调度模型。最后,仿真结果验证了所提方法能够有效降低优化调度方案的保守性与提高不确定性应对能力。

计及新能源出力相关性的多能源微网仿射实时优化调度

为计及新能源出力相关性对多能源微网运行的影响,并响应源荷实时变化,提出一种计及新能源出力相关性的多能源微网仿射实时优化调度方法。首先,在多能源微网中引入Kalina循环,实现热电联产机组的灵活经济输出。其次,考虑源荷不确定性以及风光出力相关性对多能源微网运行的影响,构建并求解计及风光出力相关性的多能源微网仿射优化模型。再次,在获得优化方案变化范围的基础上,实时计算各仿射噪声元的取值,从而获取多能源微网实时调度轨迹。最后,仿真结果验证了所提方法能够充分计及不确定性和相关性的双重影响,有效应对源荷实时变化,并提升系统运行经济性。

考虑时变因素的高速公路新能源微网可靠性评估

在“碳中和”和“碳达峰”背景下,高速公路新能源微网逐渐步入大众视野,对该系统可靠性进行评估是开展其可靠性设计的必要前提,对于保障微网安全稳定运行也具有重要意义。首先,对系统中元件进行可靠性建模,基于热损得到换流器的实时故障率模型从而对分布式电源元件的故障概率进行修正,再对系统引入气象因子来量化气象条件的影响,从而得到整体的时变故障概率;其次,根据系统中可再生能源高分散度的特点采用馈线分区的方法对系统可靠性建模进行简化,也便于进行孤岛划分;然后,在时变故障概率的基础上采用时序蒙特卡洛法构建系统可靠性评估模型,并根据时变负荷用能特性引入负荷削减策略,通过仿真分析得到系统的三种可靠性指标,并为识别高速公路新能源微网的薄弱环节提供依据,从而有效提升运维效率与水平。

基于CPSS的综合能源微网群参与调频辅助服务成本建模分析

随着双碳战略的实施,新能源在电力系统中所占比例不断提高,系统频率调节能力逐渐下降.针对该问题,对分布式综合能源微网群参与电力系统调频辅助服务展开深入研究.首先,基于微网个体聚合后参与调频市场的理念,阐述综合能源微网参与调频辅助服务市场的模式;其次,建立综合能源微网群的信息-物理-社会模型,基于该模型计算微网群体的调频成本,成本模型中考虑多种调频方式,并利用灰色定权聚类方法对微网的社会属性进行分类,用以仿真分析微网个体参与调频市场的意愿及概率值;然后,基于蒙特卡罗模拟提出微网聚合商参与调频辅助服务时的成本计算方法,为聚合商参与调频市场报价提供基础.最后,对一个拥有5个综合能源微网的聚合商进行仿真分析,得到其调频成本的变化曲线.仿真结果显示微网个体的社会属性对聚合商的调频成本影响可达到6.921%,在报价过程中需要充分计及微网社会属性所带来的不确定性风险.

含CSPP的区域多能源微网优化调度模型

随着新能源渗透比例的提高与能源耦合程度的加深,多能源微网(MMG)已成为调控复杂能源系统的有效方式。提出一种包含光热电站(CSPP)出力的区域MMG优化调度模型。首先,建立包含风机、光伏、CSPP、热电联产机组及燃气轮机的园区模型。其次,建立基于条件风险价值的MMG优化模型,衡量风光设备出力不确定性存在的经济风险。再次,采用基于共识的交替方向乘子算法完成模型求解。最后,通过算例分析验证了该模型可在提升系统经济效益的同时兼顾了园区的隐私安全。

海岛低碳综合能源微网优化方案设计

海岛微网不同季节的风光出力和负荷水平不同并且缺少跨季节性的长期储能方式,导致了当前海岛微网大规模弃风弃光和高额碳排放。为了提高风光利用率和降低碳排放,建立了包含氢储能系统和海水源热泵的海岛综合能源微网。以最小化年化成本、最小化弃风光率、最小化碳排放量为目标函数,以分布式电源出力和功率平衡为约束,采用NSGA-Ⅲ算法对各分布式电源的容量进行多目标优化配置,使用模糊隶属度函数选取综合满意度最大的解,算例结果证明了综合能源微网的优越性,为今后海岛微网的规划建设提供参考。

煤矿区综合能源微网架构及低碳运行优化研究

在推行煤炭清洁开采、构建绿色低碳循环能源新发展格局的背景下,当前煤矿区能源的孤立开发方式和以煤炭发电、电网供电为主的供能模式已不再适应新形势,需要构建综合能源微网以增强煤矿区能源综合利用水平并控制碳排放量。本文讨论了煤矿区综合能源微网应用的基本需求及天然优势,提出了一种煤矿区综合能源微网架构并分析了蕴含的新能源发电、储能、伴生能源利用、多能耦合转换、能量优化调度等发展要素;建立了煤矿区的物质流‒能量流‒碳流枢纽模型,实现了针对典型煤矿区的综合能源微网碳能协同低碳运行优化。结果表明,将综合能源微网应用于煤矿区,能够发挥风、光、瓦斯、空气热、涌水热等资源优势并进行高效整合利用,储能装置则进一步提高供能与负荷需求的匹配度,充分降低煤矿区的电网购电量与用电碳排放量;煤矿区碳能协同低碳运行优化过程考虑了各类设备的碳能耦合关系,支持制定低碳经济的运行策略。煤矿区综合能源微网架构及碳能协同低碳运行优化,可为煤矿区经济社会高质量发展提供新的理念与技术支撑。

多能源微网参与电-气多能源市场的多主体主从博弈交易策略

针对多能源微网(MEMGs)具有丰富可调节资源的特点,基于区域电-气综合能源系统中配-微网络间不同层级的能源交互特性,提出一种MEMGs参与多能源市场的交易框架和多主体主从博弈的交易模型。通过MEMGs策略性参与区域能源市场交易,降低各主体购能成本,实现多个能源市场下多主体互动交易。将配电系统运营商和配气系统运营商视为领导者、各个多能源微网运营商(MEMGO)视为跟随者,以配电网节点边际电价和配气网节点边际气价作为各MEMGO的能源结算价格,构建考虑MEMGs参与电-气多能源市场的多主体主从博弈交易模型;在证明该模型存在Stackelberg均衡解的基础上,通过交替方向乘子法求解所提模型以保证各主体的信息私密性;通过REGES E13-G7和REGES E123-G20测试系统验证了所提多主体交易策略的可行性和有效性。

能源微网热源系统集成优化及节能减排研究

目的 利用能源微网热源系统集成优化技术,解决工业园区建筑运行阶段节能减排问题。方法 提出了联供系统新配置模式,采用节能、经济、环保多目标优化方法,建立能源微网热源系统集成优化的MINLP模型,采用单纯形法结合分枝定界法求解,得到了热源系统最优的设备配置和运行策略,并分析了该系统节能减排的效果。结果 对于传统模式,新模式一次能源节省率为73.88%,年总费用节省率为70.35%,CO_(2)、CO、NO_(X)和颗粒物四种污染物排放量分别降低了20.26%、69.50%、13.77%和17.87%,验证了新模式的优势。结论 笔者所提出的联供系统新模式有助于能源系统节能减排,所建立的集成优化模型为工业园区能源系统配置提供理论依据。

基于混合博弈的配电网与多综合能源微网优化运行

该文研究了同一配电网下的多个综合能源微网(integrated energy microgrids,IEM)的协同管理问题,旨在通过配电网运营商(distribution system operator,DSO)制定电能价格以协调IEM联盟的机组调度、需求响应和成员间的点对点(peer-to-peer,P2P)电能交易。首先,构建了DSO与IEM联盟能源交易框架,分析了DSO与IEM联盟的博弈关系。其次,将主从博弈与合作博弈相结合,建立了DSO与IEM联盟混合博弈优化模型,其中DSO为领导者,以最大化自身效益为目标,通过制定电能价格引导IEM联盟运行优化;IEM联盟为跟随者,以最大化自身效益为目标,通过合作对DSO的决策进行响应。基于纳什谈判理论,将IEM模型等效为联盟效益最大化和合作收益分配2个子问题,以保证IEM联盟的合作收益能在联盟成员之间公平分配。最后,利用二分法分布式优化算法结合交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)求解所构建的模型。结果表明,该文提出的混合博弈模型有效协调了IEM联盟的运行优化,并实现了IEM联盟成员合作收益的公平分配。

基于主从博弈理论的共享储能与综合能源微网优化运行研究

综合能源微网与共享储能在提高系统能源利用率方面具有显著效益,逐渐成为目前研究热点,如何建立一套共享储能背景下综合能源微网优化运行模型是当下亟待解决的问题。文章首先介绍系统运行框架,分析系统内各利益体的功能。然后,分别针对微网运营商、共享储能服务商以及用户聚合商建立优化运行模型。分析微网运营商与用户聚合商间的博弈关系,提出共享储能背景下微网运营商与用户聚合商间的Stackelberg博弈模型,并证明Stackelberg均衡解的存在性与唯一性。最后,在MATLAB平台上进行算例仿真,通过Yalmip工具与CPLEX求解器进行建模与求解,利用启发式算法与求解器结合的方法优化微网运营商与用户聚合商的策略。结果表明,所提模型不仅能有效权衡微网运营商与用户聚合商的利益,也能够实现用户聚合商与共享储能运营商的收益双赢,采用的求解算法能够保护微网运营商与用户聚合商间的数据隐私。

考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度

为了促进综合能源微网的低碳性与经济性,并降低信息安全风险,提出考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度模型。通过在传统火电厂上加装碳捕集设备,将捕集的CO_(2)用于甲烷化,可以减少系统碳排放,将多余的配额进行出售,在降低系统碳排放的同时也带来了经济效益。并且考虑了分布式优化调度,以解决多综合能源微网联合优化调度带来的信息安全问题。仿真结果表明所提模型可以有效减少系统碳排放并兼顾经济性,同时能降低信息安全风险。

基于博弈的多综合能源微网系统优化运行策略

针对考虑综合需求响应和电能交互的冷热电联供多综合能源微网系统,提出一种基于博弈的多综合能源微网优化运行策略。首先,建立各微网运营商与用户之间的双层主从博弈模型,并利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件和强对偶定理将双层优化模型转化为单层线性优化模型,以便于快速求解;其次,利用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)对合作联盟中各微网运营商进行分布式优化求解,以保护各微网运营商的信息隐私,针对含电能互济的微网运营商之间利益分配问题,提出基于Shapley值法的合作博弈运行策略;最后,通过算例仿真验证了所提模型和方法的有效性。

考虑风光出力相关性与共享储能的综合能源微网双层优化

为了提高综合能源微网的能源利用率和经济效益,结合共享储能服务,考虑风光出力不确定性与相关性,联合共享储能电站服务模式,提出一种兼顾风光出力相关性与共享储能的综合能源微网双层优化模型。上层模型旨在最大化共享储能的服务收益,而下层模型则以降低综合能源多微网系统的运营成本为目标。结合Karush-Kuhn-Tucher条件与大M法将双层优化模型转化为混合整数线性规划问题进行求解。算例验证结果表明,在考虑风光出力不确定性与相关性的基础上,所提出的模型不仅能够提高系统对新能源的消纳能力,而且能够提高系统运行经济性。

多主体博弈背景下的综合能源微网优化调度

“双碳”背景下,多综合能源微网(integrated energy microgrid,IEM)系统优化运行过程中面临着协同管理、新能源出力随机波动、负荷功率不确定性以及信息隐私保护等诸多挑战。计及源荷不确定性,提出一种基于纳什谈判的多IEM系统两阶段博弈策略。首先,针对源荷不确定性构建源荷不确定集合,建立多IEM系统的源-荷两阶段鲁棒优化调度模型;其次,充分挖掘IEM成员间的潜在合作关系,基于纳什谈判理论构建多IEM两阶段鲁棒博弈模型,并将原问题等效为多IEM系统效益最大化和支付效益最大化两个子问题,以保证多IEM系统合作收益的公平分配;最后,为保护各主体隐私,采用列约束生成算法结合交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)高效求解所构建的模型。算例结果表明,所提策略能够实现多IEM系统电、热资源的优化配置,系统总运行成本降低了5.16%,风光消纳率达到80%以上,并提高了系统应对不确定性风险的能力。

面向偏远地区低碳发展的风-光-沼-储综合能源微网多目标规划方法

为实现偏远地区的安全清洁可靠供能,整合风-光-沼等清洁能源,建设以可再生能源为主体的综合能源微网(IEM)是促进偏远地区电网低碳、安全、高效发展的重要途径之一。为此,该文提出一种考虑风-光-沼-储协调运行的IEM多目标优化规划方法。首先,在深入分析IEM中各能源转换设备运行特性及其关联特征的基础上,建立风-光-沼-储综合能源微网设备模型;然后,分别以系统成本最小和清洁低碳能源利用量最大为目标,并计及规划和运行约束,提出风-光-沼-储综合能源微网多目标规划方法;最后,采用NSGA-Ⅱ算法进行求解,仿真结果验证了该文所提优化模型的有效性。

考虑制氢设备启停过程的综合能源微网优化调度

随着可再生能源的发展和“双碳”战略需求的提出,以氢能为核心的综合能源微网优化调度越来越受到学术界和工业界的重视。然而目前的研究集中在电解槽,而忽略了系统级的运行和控制,导致微网调度成本居高不下。为此,提出一种考虑制氢设备启停过程的综合能源微网优化调度方法。首先,分析了制氢设备的启动和停止过程,阐述了制氢设备各组件在系统运行过程中的工作模式。然后,基于多物理模型分析法,建立启动过程中氢气逸出量与系统压力变化的关系。同时,为避免由于系统反馈控制所导致的复杂计算,给出基于等效原则的关键参数简易解法。最后,为了验证以上分析和计算的有效性,构建了基于真实数据的微网经济优化调度仿真算例。实验结果表明:考虑了制氢系统启停过程后,设备寿命损耗和电解槽温度损耗进一步减少;同时,与传统方法相比,微网的运行成本实现了大幅降低。