考虑碳配额的风电-光热-天然气能源系统储热容量规划研究

可再生能源发电的随机性和波动性已成为影响其大规模应用的主要因素。大规模、低碳的储热系统能够为可再生能源发电系统提供稳定、可靠、经济的电力调节。可再生能源发电系统中的储热容量需要被优化设计以兼顾可靠性、低碳性、经济性。考虑碳配额因素,建立了风电-光热-天然气能源系统储热容量优化模型,验证了风电-光热-天然气能源系统配置储热系统的重要性,分析了碳配额对储热容量规划以及系统运行的影响,提出了风电-光热-天然气能源系统减排的储热容量规划方案。

风电-光伏-抽蓄-电制氢多主体能源系统增益的合作博弈分配策略

根据清洁能源示范基地的建设需求,提出基于合作博弈论的风电-光伏-抽蓄-电制氢多主体能源系统联合优化运行的增益分配策略.为兼顾系统运行安全性,构建上网出力互补性评价指标.风电、光伏、抽蓄、电制氢利益主体通过内部电量交易进行合作,以系统运行收益最大为优化目标构建联合优化调度模型.根据调度结果,应用合作博弈论中的最大最小成本法分配系统合作增量收益.利用风电-光伏-抽蓄-电制氢清洁能源示范基地12利益主体系统算例进行仿真验证,结果表明联合优化运行可实现各利益主体自身收益正增长,抽蓄库容、上网电价以及运行安全性需求会影响系统的合作增量收益.

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。

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。

考虑综合需求响应及绿证-碳交易机制的能源系统低碳经济调度

“双碳”背景下,考虑电热需求响应并结合市场交易机制有助于综合能源系统低碳经济运行,由此,提出一种电热需求响应配合绿证-碳交易机制的综合能源系统模型并进行低碳经济调度。首先,通过加装储液罐的方式改造碳捕集电厂,建立以碳捕集电厂、电转气设备为主要能源耦合设备的综合能源系统数学模型;其次,为降低系统电热负荷峰谷差,进一步降低高碳排机组出力,引入电热需求响应机制;再次,建立阶梯式碳交易机制与绿证交易机制数学模型并将其引入系统低碳经济调度中;最后,以系统运行成本最小为目标函数建立低碳经济调度模型;算例表明,所提模型在系统总成本全面下降的同时实现了风电全额消纳,大幅提高了系统运行的低碳经济效益。

计及风电相关性的电-气综合能源系统概率能量流分析

为深入分析不确定性条件下具有相关性的不同地理位置风电场输出功率对电-气综合能源系统安全运行的影响,提出一种计及风电相关性的电-气综合能源系统概率能量流计算分析方法。首先建立了电力系统与天然气系统的稳态能量流模型以及风电功率和电-气负荷的概率分布模型;其次利用Cholesky分解结合参数变换得到计及相关性的风电样本,并采用Gram-Charlier展开级数法拟合状态变量的概率分布曲线;最后将文中所提方法置于IES30-20节点电-气综合能源测试系统中验证其准确性和有效性。算例分析表明文中所提算法能够快速准确的计算电-气综合能源系统概率能量流。

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。

参与多元耦合市场的电-气综合能源系统低碳经济调度

为进一步提升综合能源系统(IES)绿电消纳水平,减少CO_(2)排放量及降低系统运行成本,提出一种计及绿证交易与碳交易交互机制下的IES低碳经济调度模型及其求解方法。首先,对传统阶梯式碳交易机制进行改进,并根据绿色证书碳减排原理,提出一种绿证-碳交易交互机制,即通过冗余绿色证书联动碳交易与绿证交易的耦合市场机制;然后,以系统总成本最小为目标,结合低碳技术,构建绿证-碳交易交互机制下计及碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的电-气互联综合能源系统优化调度模型;最后,以IEEE39节点电网、比利时20节点气网构成的电-气互联综合能源系统为例进行仿真研究,结果表明所提方法在提高风电消纳的同时,可显著减少CO_(2)排放。

考虑混氢天然气的综合能源系统低碳经济调度

提出考虑混氢天然气的电-气综合能源系统低碳经济调度策略,协同调度P2G设备中电制H2和电制CH4 2种电-气转换过程,以混氢天燃气(hydrogen enriched compressed natural gas,HCNG)的形式满足终端燃气需求,以改善系统的运行性能。经改进的IEEE 14节点电力网和比利时20节点天然气网耦合系统进行验证,结果表明,所提IEGS调度策略可在提高风电转换效率、实现碳减排的同时,保障用气需求,提升系统运行的经济性。

基于气网动态精细化建模的区域电-气综合能源系统机会约束最优能流计算

随着国家能源转型和“双碳”目标的逐步实施,燃气发电在我国电力系统装机中占比不断提高,日益密切的电、气耦合关系使电-气综合能源系统受到更多关注。为此,研究了考虑气网动态精细化建模对含出力不确定的分布式新能源发电的区域电-气综合能源系统运行策略的影响。提出考虑管道气流方向灵活可变的气网动态复频域建模方法,提升了电-气最优能流的计算精度;采用机会约束建立分布式新能源发电不确定性对电网和气网运行影响的模型;算例测试结果表明气网动态精细化模型可有效提升区域电-气综合能源系统对运行不确定性的应对能力。

基于可信性理论的电-气综合能源系统最优能流

为缓解风电不确定性对电-气综合能源系统IENGS(integrated electricity-natural gassystem)运行的影响,基于可信性理论提出一种模糊机会约束-区间最优能流计算方法。首先,在综合考虑电力网络与天然气网络能流耦合的基础上,针对风电出力的不确定性,构建了基于可信性理论的电力网络模糊机会约束模型,并推导出模糊机会约束的清晰等价类。然后,考虑风电出力的不确定性直接影响天然气网络运行,建立了基于可信性理论的天然气网络P2G设备和燃气轮机区间优化模型,并将含有非线性Weymouth方程的天然气网络模型等价转化为混合整数二阶锥规划模型。最后,以IEEE 33节点配电网和20节点天然气网络组成IENGS为例,验证了所提模型对抵御风电不确定风险的有效性。

考虑多评估指标的电-气综合能源系统可靠性评估

燃气轮机的广泛应用使得电力网与天然气网愈加耦合,同时对电-气综合能源系统的可靠性提出了较高的要求,建立全面、合理的可靠性评估指标对于系统可靠性评估具有重要意义。建立电-气综合能源系统的最优负荷削减模型,在传统可靠性评估指标的基础上进一步根据电-气耦合程度、供气系统延时特性建立电-气综合能源系统可靠性评估指标体系;基于蒙特卡洛法从多角度全面分析联合系统的可靠性;以14节点电力系统和10节点天然气系统组成的电-气综合能源系统为例进行可靠性评估。算例结果表明:考虑天然气延时后,联合系统整体可靠性有所提升;燃气轮机容量的提升使得电力系统可靠性有所提升,但提升作用有限。

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。

考虑电转气响应特性与风电出力不确定性的电-气综合能源系统协调调度

未来可再生能源将在新型电力系统中占主导地位,风光消纳问题会日趋严峻,电转气技术可以应对风电波动,为解决这一问题提供了有效途径。现有研究在电-气综合能源系统调度过程中虽然考虑了电转气设备,但忽略了电转气设备的响应特性,这不仅夸大了风电消纳能力,而且难以保证调度结果的可行性。为解决上述问题,提出了在风电不确定条件下考虑电转气设备响应特性的电-气综合能源系统调度模型。首先,通过机会约束刻画风电出力不确定条件下系统安全运行要求;然后,考虑了电转气设备的响应特性及相应停启时间约束;最后,利用分段线性化和数值积分的方法将调度模型转换为混合整数线性规划模型。仿真结果表明考虑电转气响应特性对电-气综合能源系统的可靠、经济运行有重要意义。

考虑风电接入的电-热耦合能源系统安全性分析研究

随着多能源耦合程度的加深,电-热耦合能源系统发生级联事故的概率日益增大,其安全性面临新的挑战。针对现有区域综合能源系统安全域研究中未深入考虑风电不确定性影响的问题,建立了考虑风电接入的电-热耦合能源系统实用化安全域模型,提出了考虑风电接入的电-热耦合能源系统实用化安全上边界仿真求解流程。结合算例验证了所提模型的有效性,并对系统安全域的二维/三维安全上边界进行求解观测。结果表明,在二维/三维空间中,风电的不确定性会导致系统实用化安全上边界在一定区域内分布,不再是唯一确定的一条直线或一个平面,分布区域范围的大小与可视化观测管线容量和风机额定容量有关。

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-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。

计及需求侧管理的多电-气互联综合能源系统分散协调调度

针对电、气、热相耦合的多电-气互联综合能源系统(IEGES),将高渗透率区域和低渗透率区域作为不同的利益主体,提出一种考虑日前联络线调度计划的多IEGES分散协调调度模型。在对各区域内热电解耦热电联产机组(CHP)等元件建模的基础上,引入考虑用户满意度的需求侧管理,以经济环境效益为目标,采用目标级联分析法——将单个全局变量联络线功率分解为2个局部变量,再代入各自区域内优化元件出力计划,进行求解。在一个含3个IEGES的综合系统中对所提模型进行仿真实验,验证了所建模型和求解方法的合理性与有效性。结果表明:联络线电量交互、需求侧管理和热电解耦CHP的协调配合增强了整个系统时空源荷匹配,在经济、环境和风电消纳等方面也更具优势;基于目标级联分析法的分散协调调度更适合于未来电力市场开放环境下的多IEGES分区自治优化。

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。

基于天然气的电-油-汽三联供系统在化纤行业的应用

针对化纤行业面临的环保技术升级的问题,基于化纤行业的用能需求特点,提出了基于燃气轮机的电-油-汽三联供能源系统。以某化纤企业为例,分别从能源需求、方案设计原则、主要设备选型及经济环保效益等方面介绍了设计中的电-油-汽三联供能源系统,可为化纤企业能源方案优化提供参考。