风–光–氢–储综合能源系统日前经济调度

为了实现风–光–氢–储综合能源系统实时跟踪电网日前发电计划的优化调度,并考虑峰谷价电价规则,结合储能系统时空位移特性,使综合能源系统制氢、氢燃料电池发电经济效益最高,首先建立了风–光–氢–储各子系统数学模型及以电力经济最优为目标的日前优化调度模型,综合考虑系统功率平衡、运行状态、安全状态等指标约束,设定氢储系统优先出力对应的权重系数,采用智能群优化算法对系统目标函数进行迭代优化求解;最后根据某地风光负荷数据及分时电价信息,对所提优化调度方法在Matlab中进行分析验证,得到风–光–氢–储综合能源系统各子系统功率分配情况以实现最优经济性以及对电网日前调度指令的实时跟踪。

考虑氢储的风光氢综合能源系统多时间尺度随机生产模拟

风光发电出力的不确定性和电力存储困难制约着新能源的发展.氢能作为一种优质二次能源,具有绿色无污染和能量密度大的优点.为应对新能源出力的波动性与随机性,提出一种考虑氢储的风光氢综合能源系统多时间尺度随机生产模拟方法.首先,考虑在氢储系统模型中加入热能回收环节,构建包含电热氢多元储能的风光氢综合能源系统模型;其次,对风光氢综合能源系统进行多时间尺度随机生产模拟,通过中长期生产模拟得到系统检修安排与氢储季节分配方案,并将中长期模拟结果作为边界进行短期生产模拟,实现电氢热多元储能相互配合平抑风光随机波动性.最后,利用IEEE-RTS79节点算例验证所提方法能够提高系统运行的可靠性、灵活性、低碳性.

计及需求侧管理与碳排放的综合能源系统光-储设备优化配置方法

合理调整综合能源系统(IES)的配置结构能够有效提升其低碳经济运行水平,基于此,提出了一种计及需求侧管理与碳排放的IES光-储设备优化配置方法。基于IES典型拓扑及供能设备的工作机理,建立其冷-热-电-气能流模型;根据不同柔性负荷特点,从不同维度构建用能体验的评价指标,并提出一种考虑用户综合满意度的需求侧能量管理策略;在此基础上,为进一步提升系统的低碳性能,设计了一种计及全寿命周期碳排放的奖惩阶梯型碳交易机制;在同时考虑所提需求侧管理与碳交易机制的前提下,以设备全寿命周期内创造的总收益最大为优化目标,构建了从运行到规划层面的源-网-荷-储多环节协同的光-储设备优化配置模型及运行方案;基于某真实IES开展算例研究,结果验证了所提方法在避免设备冗余配置、减碳与提高经济运行水平方面的有效性。

考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行

为解决现有综合能源系统运行灵活性差及风、光消纳难的问题,同时充分利用氢能实现碳减排目标,本文提出一种考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行方法。首先,基于光热电站和含电转氢余热利用的氢能系统模型构建电氢热综合能源系统。其次,考虑需求侧电氢热柔性负荷的特征和调节价值,构建含可平移、可转移、可削减负荷的电氢热柔性负荷模型。然后,进一步构建考虑电氢热柔性负荷调节特性的电氢热综合能源系统联合优化运行模型。最后,通过算例仿真验证所提方法能够兼顾经济运行与低碳效果,不仅可以提高光热电站与氢能系统的联合运行能力,而且能够有效提升系统运行的经济性和低碳性,电、氢、热负荷峰谷差分别降低6.68%、11.95%、8.35%,系统运行总成本降低24.4%。

基于能量枢纽的沼–风–光综合能源系统双层协同优化配置

针对沼-风-光乡村综合能源系统协同优化问题,构建了综合能源系统能量枢纽模型,并提出沼-风-光综合能源系统配置-运行协同优化双层规划模型,上层以年化总成本最小和碳排放量最小为目标,采用NSGA-II算法获取配置方案Pareto最优解集;下层以运行成本(包括碳排放成本)最小为目标获取最优运行方案,引入启发性规则,排除上层输入配置方案可能存在的设备冗余,加速上层优化配置。通过对福建某乡村沼-风-光综合能源系统进行算例验证,结果证明了所提优化配置和运行方案的多元性和优越性。

考虑光热集热单元的氢储能热电联供综合能源系统容量优化配置

氢储能技术具有零污染、效率高、来源丰富等特点,是太阳能高效利用的重要手段。但是当氢储能进行热电联供时,因热电耦合约束的存在,其供能灵活性较差。针对上述问题,设计了一种考虑光热集热单元的氢储能热电联供系统,将光热集热单元作为氢储能系统的额外供热源,以系统的供能经济性为目标,建立含光热集热单元的氢储能综合能源系统容量优化配置模型。以典型的综合能源系统热电联供为算例进行仿真,验证了光热集热单元对提升氢储能热电联供能力的有效性以及所提氢储能综合能源系统容量优化配置方案的经济性。

考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度

燃料电池是氢储能中的重要组成部分,其运行效率对含氢储能的综合系统的经济性有较大影响。为此,提出考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度方法。通过分析燃料电池输出功率和运行效率间的关系,建立燃料电池变工况条件下运行效率的分段线性化模型。提出考虑燃料电池的变工况效率特性的多模块输出功率协同优化策略和燃料电池多模块工作协同策略,从而提升燃料电池总体运行效率和各模块使用寿命。基于此,以风-光-氢综合能源系统优化调度为例,验证了所提优化运行策略的有效性。

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。

基于权重调节模型预测控制的风-光-储-氢耦合系统在线功率调控

该文针对风-光-储-氢系统中风光的波动性、储氢的动态响应特性,实时在线优化匹配储-氢功率与风-光功率问题,提出基于权重调节模型预测控制(MPC)的风-光-储-氢耦合系统在线功率调控方法。文中构建了风-光-储-氢耦合能源系统拓扑结构,建立了耦合系统状态空间模型,以耦合系统功率平衡为目标,以制氢功率、燃料电池功率和电池功率为控制变量,根据氢储能和电池储能的特性及各约束条件将目标函数转换为二次规划问题进行求解,并在自定义s-函数建立的MPC控制器中依据复合储能系统的状态信息对权重因子进行调节,实现了控制器的参数自适应,最后完成了功率控制层与能量管理层的闭环仿真。通过仿真分析,对比三种调控方法,验证了该文所提基于变权重MPC功率调控方法的有效性和优越性。

光储协同综合智慧能源站自动功率控制系统研究

为使可调节负荷参与电力市场辅助服务期间收益最大化,提升可调节负荷的自动控制水平势在必行。针对可调节容量相对较大、响应速度相对较快的光储协同综合智慧能源,在分析《华东区域电力并网运行管理实施细则》《华东区域电力辅助服务管理实施细则》对可调节负荷相关考核补偿指标要求的基础上,提出综合智慧能源控制系统参与自动功率控制(APC)辅助服务应具备的基本条件,构建“多尺度负荷预测-APC响应策略寻优-底层协同控制”完整的控制系统架构,制定三层控制系统架构的程序部署方式,并给出典型系统的监控画面。项目实践表明,该控制系统能够实现光储协同综合智慧能源的全自动、经济地APC响应,为类似园区型综合智慧能源站参与APC辅助服务提供了参考,对底层控制系统层面的研究有借鉴意义。

基于模型-数据联合的光伏-光热系统储能量预测

提出一种模型-数据联合预测方法,通过机理分析建立对象动态模型,并引入未来太阳辐射强度、用户负荷预测数据进行即时模型预测,通过注意力机制改进的卷积-长短时记忆混合神经网络建立数据预测模型,并引入历史数据进行滚动数据预测,然后利用卡尔曼滤波器对2种预测模型的输出结果进行融合,实现储能量的联合预测。结果表明:联合预测兼具2种方法的优势,能很好地解决储能量预测误差随时间累积的问题,并能够及时表征气象因素突变和系统运行方式改变时储能量的变化情况,在各种天气状况下均具有良好的预测精度。

基于光伏氢储一体化燃料电池三联供的城市低碳路径模式研究

随着各省份分布式光伏的大规模建设,今年多个省份能源局先后出台了接网消纳困难的名单及低压配网接网预警等级。本文基于光伏氢储一体化燃料电池三联供分布式能源站,深度挖掘城市现有的“冷-热-电”能源需求,结合燃气管道掺氢在城市内部打造“源-网-荷-储”综合能源供能体系,解决新能源发电与城市用能时间、空间的不平衡,为推动低碳城市创造条件。

含径流式水电的风-光-氢多能系统合作博弈增益分配策略

在我国大力推进清洁能源示范基地规划建设的研究背景下,以风电、光伏、径流式水电、电制氢系统为研究对象,兼顾系统运行经济性与安全性,以运行收益最大为优化目标构建考虑系统上网电量互补指标的联合优化调度模型。基于转移电量建立改进的最大最小成本(MCRS)法合作增量效益分配模型。通过算例分析可得:通过合作运行各利益主体运行时可以较大幅度提高收益;风、光、水上网电价及其上网电量互补程度对风-光-水-氢多利益主体能源系统合作运行的增量效益影响较大;改进的MCRS法具备合理性,可兼顾公平性与高效性。

风-光-氢能源系统容量优化配置研究

“碳达峰、碳中和”背景下,利用风、光等可再生能源就地制取氢气,是突破制氢成本困境、拓展电能利用途径、应对新能源随机波动、提高可再生能源就地消纳能力的关键技术之一。为优化风-光-氢能源系统的合作收益,减少系统弃风弃光造成的绿色能源浪费及中断负荷造成的用户损失,考虑系统投资,运维成本,售氢售氧、售购电能的成本和利润,附加弃风弃光及中断负荷的惩罚费用,建立风-光-氢系统收益最大化模型。在弃风弃光及中断负荷惩罚函数中考虑风-光-氢系统售购电能至主网的最大限额,避免因功率越限而导致系统失稳。引入自适应惯性权重,设计自适应粒子群算法,求解收益模型的最优容量配置方案,可有效避免算法陷入局部最优。仿真结果表明,在相同投运成本下,典型月中该优化策略可最大限度减少系统弃风弃光及负荷中断现象,且可有效提高系统整体收益。

基于合作博弈论的风–光–水–氢多主体能源系统增益分配策略

多利益主体协同互补运行模式是今后能源转型的重要方向之一。提出了基于合作博弈理论的风、光、水、氢多主体能源系统增量效益(增益)分配策略。通过构建出力期望函数来描述多个风、光发电利益主体聚合后出力的随机性问题,并以联盟发电量最大为优化目标统一建立非合作模式下与合作模式下的调度模型。在构造电量增益函数的基础上,应用合作博弈论分别建立Shapley值法、Aumann-Shapley值法的增益分配模型。通过5利益主体以及雅砻江下游流域50利益主体的算例分析得到,梯级水电来水期对风–光–水–氢多主体能源系统合作运行的增量效益影响较大;风–光–水–氢多主体合作运行可以较大幅度提高各主体运行的增量效益和合作联盟的整体效益。

计及光伏出力不确定性的氢能综合能源系统经济运行策略

针对分布式光伏出力的不确定性特征对系统运行经济性的影响,提出了一种计及光伏出力不确定性的氢能综合能源系统经济运行策略。首先,搭建氢燃料电池的热电输出控制模型和氢能综合能源系统的热力系统模型;然后,在光伏出力预测数据的基础上,通过分析光照强度变化的不确定性以修正光伏出力预测曲线;最后,以最小化系统日运行成本为目标函数,建立包含光伏、氢燃料电池、热电联产机组的氢能综合能源系统的运行优化模型。算例分析结果表明,考虑光伏出力不确定性对氢燃料电池输出的影响,可使系统设备的出力更加合理,对降低运行成本、提高氢能综合能源系统的运行可靠性具有积极作用。

计及氢气天然气混合运输的氢耦合综合能源系统优化调度

针对风光等可再生能源出力不确定性大、无法消纳而导致弃风弃光等问题,以及电力负荷波动对上游电网产生的不利影响,提出一种计及氢气天然气混合运输的氢耦合综合能源系统优化调度模型。首先建立综合能源系统中各部分机组出力模型,然后构建以氢气为媒介的氢储能系统,并完善了综合能源系统中电-氢-气间耦合,以提高系统运行经济性和增大可再生能源消纳为目标进行整体框架搭建,最终实现平抑负荷波动,达到电力供应需求削峰填谷的要求。根据不同场景和方案下的算例分析,验证了所提优化调度模型的能源利用效率高、消纳可再生能源能力强以及总体运行费用低的优点。

耦合氢能的光储充电站多目标优化配置策略

单独规划充电站和加氢站会占用多余土地,导致投资成本较高。为此,提出了耦合氢能的光储充电站设计思路,并对其多目标优化配置进行研究。构建耦合氢能的光储充电站结构,建立充电站中主要设备的模型,设计充电站的工作模式;以最小化年建设成本、年弃光与失负荷成本、年总排放成本为目标,建立充电站的多目标优化配置模型,并采用基于聚类算法改进参考点约束的第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解;通过MATLAB仿真得到综合效益最优的充电站容量配置方案,验证所提耦合氢能的光储充电站的可行性,为未来的电-氢能源系统的发展提供借鉴与参考。

园区级光储充一体化系统关键技术研究

紧跟源网荷储一体化建设的发展需求,结合园区级用户的特点,利用存量资产,用“绿色充电”的运行理念,构建园区级光储充一体化系统。论述了光储充一体化系统的基本结构。结合项目应用,分析“光伏+储能+充电桩”的能源一体化方案及其合理运行模式。将分布式光伏发电、储能技术及充电桩技术相结合,助力减碳能源新战略。

考虑综合需求侧响应的多储能区域综合能源系统运行优化

为了对区域综合能源系统进行优化的发展,依次将蓄电池、蓄热电锅炉和电转气(power to gas,P2G)设备加入能源系统中,分析加入不同设备后对系统运行的不同影响,之后考虑电、热、气3种需求响应,以系统运行成本最小为目标函数,建立包含各种储能设备的区域综合能源系统经济运行模型。设置7种场景进行对比分析,结果表明:在含多种储能设备的区域综合能源系统中,考虑电、热、气需求侧响应,不仅使负荷达到削峰填谷的目的,而且降低了弃风、弃光现象;考虑电、热、气多负荷综合需求响应比考虑单一需求响应可有效提高能源利用率,实现系统环保运行,具有良好应用前景。