Optimal Operation and Size for an Energy Hub with CCHP

The interest in distributed generation has been increasing in recent years, especially due to technical devel- opment on generation systems that meet environmental and energy policy concerns. One of the most impor- tant distributed energy technologies is Combined Cooling, Heat and Power (CCHP) systems. CCHP is a small and self-contained electric, heating and cooling generation plant that can provide power for households, commercial or industrial facilities. It can reduce power loss and enhance service reliability in distribution systems. The proposed method in this paper determines the optimal size and operation of CCHP, auxiliary boiler and also heat storage unit as elements of an energy hub, for users by an integrated view of electricity and natural gas network. Authors apply cost and benefit analysis in the optimization. To confirm the proposed method, the optimum sizes of these elements are determined for a hotel in Tehran as a case study.

GA and PSO culled hybrid technique for economic dispatch problem with prohibited operating zones

This paper presents an efficient and reliable genetic algorithm (GA) based particle swarm optimization (PSO) tech- nique (hybrid GAPSO) for solving the economic dispatch (ED) problem in power systems. The non-linear characteristics of the generators, such as prohibited operating zones, ramp rate limits and non-smooth cost functions of the practical generator operation are considered. The proposed hybrid algorithm is demonstrated for three different systems and the performance is compared with the GA and PSO in terms of solution quality and computation efficiency. Comparison of results proved that the proposed algo- rithm can obtain higher quality solutions efficiently in ED problems. A comprehensive software package is developed using MATLAB.

Addressing Economic Dispatch Problem with Multiple Fuels Using Oscillatory Particle Swarm Optimization

Economic dispatch has a significant effect on optimal economical operation in the power systems in industrial revolution 4.0 in terms of considerable savings in revenue.Various non-linearity are added to make the fossil fuel-based power systems more practical.In order to achieve an accurate economical schedule,valve point loading effect,ramp rate constraints,and prohibited operating zones are being considered for realistic scenarios.In this paper,an improved,and modified version of conventional particle swarm optimization(PSO),called Oscillatory PSO(OPSO),is devised to provide a cheaper schedule with optimum cost.The conventional PSO is improved by deriving a mechanism enabling the particle towards the trajectories of oscillatory motion to acquire the entire search space.A set of differential equations is implemented to expose the condition for trajectory motion in oscillation.Using adaptive inertia weights,this OPSO method provides an optimized cost of generation as compared to the conventional particle swarm optimization and other new meta-heuristic approaches.

Comparison of Economic Dispatch, OPF and Security Constrained-OPF in Power System Studies RN

Electricity network is a very complex entity that comprises several components like generators, transmission lines, loads among others. As technologies continue to evolve, the complexity of the electricity network has also increased as more devices are being connected to the network. To understand the physical laws governing the operation of the network, techniques such as optimal power flow (OPF), Economic dispatch (ED) and Security constrained optimal power flow (SCOPF) were developed. These techniques have been used extensively in network operation, planning and so on. However, an in-depth presentation showcasing the merits and demerits of these techniques is still lacking in the literature. Hence, this paper intends to fill this gap. In this paper, Economic dispatch, optimal power flow and security-constrained optimal power flow are applied to a 3-bus test system using a linear programming approach. The results of the ED, OPF and SC-OPF are compared and presented.

考虑[火用]效率的区域综合能源系统配置与调度双层优化

文章针对含高比例的可再生能源的区域综合能源系统,综合考虑能量的数量和品质,提出了一种计及[火用]效率的双层优化方法。首先,建立了区域综合能源系统电、气、热、冷多能耦合的模型,并对系统内涉及的能量和设备进行[火用]分析,分别计算其能量品质系数和[火用]效率;然后,建立了兼顾系统容量规划和调度运行的双层协同优化模型,其中上层以[火用]效率和经济性为优化目标进行容量配置,下层以运行成本最低为目标优化机组出力,从而得到最佳方案;最后,选取某区域综合能源系统进行算例分析。与其他方案相比,文章所提双层优化方法可以为区域综合能源系统提供更好的配置和调度方案,[火用]效率可以更好地反映能量真实利用水平,实现高质量用能。

考虑核电灵活参与调峰的多源联合运行低碳经济调度

在含高比例核电机组和新能源发电设备的沿海地区电网,系统调峰压力严峻。为了满足系统调峰需求,充分挖掘核电调峰潜力,建立核电灵活出力参与调峰的核-光-储-蓄-火联合运行优化调度模型。首先,针对核电灵活出力的非线性特性,采用0-1变量进行线性化有效约束;然后,充分考虑各电源的运行特性及成本,建立完整的系统运行约束;最后,在传统的以经济调度为优化目标的基础上,引入不同碳交易机制,并兼顾系统新能源消纳水平。算例分析验证了模型的有效性,结果表明,所提优化调度模型充分实现了核电的灵活出力,有效缓解了系统调峰压力,减少常规火电机组的频繁启停,并有效提高了新能源的消纳水平,使系统运行更加经济性和低碳性。

黄河中下游水资源多目标利益对古贤水库运行的响应

为量化未来古贤水库参与黄河中下游梯级水库群联合运行对供水、发电、调水调沙、生态多目标关键利益及非关键利益的影响,设置2030水平年有古贤水库及无古贤水库两种情景,基于梯级水库群多目标协同优化调度理论构建黄河中下游梯级水库群多目标协同优化调度模型,通过求解模型分析了径流减少及未来综合需水增加的背景下,黄河中下游多目标利益对古贤水库参与联合运行的响应关系。结果表明:与无古贤水库情景相比,有古贤水库情景下水库群调度系统总协同度略微增加,供水与发电子系统有序度有所增加,农业关键期、非关键期多年平均缺水量减少,水库群多年平均发电量增加;除调沙频率略微下降外,有古贤水库情景下输沙、生态目标关键利益及非关键利益均有所提升。

考虑运行状态信息的综合能源系统图强化学习优化调度

“双碳”背景下,异质能源的耦合加剧迫使综合能源系统(integrated energy system, IES)拓扑朝着更复杂、更灵活的方向不断演变。然而,现有优化调度方法对非欧网络拓扑知识及其异质潮流约束考虑不足。针对这一问题,提出一种基于图强化学习的综合能源系统优化调度方法。首先,基于图理论在保证节点多样状态的情况下,将异质能源网络拓扑转换为网络图模型。其次,通过建立基于真实图映射的状态-动作-奖励的框架,利用图强化学习的方法学习图模型的非欧拓扑信息,将异质潮流知识加入系统节点运行状态,从而实现IES的安全优化调度。最后,利用某工业园区的真实数据进行仿真验证,所提方法相对于传统方法有效缓解了节点电压越限的问题。结果表明,所提方法能够在考虑IES真实拓扑运行状态信息和异质潮流安全的情况下实现IES的优化调度。

考虑碳交易机制与氢混天然气的园区综合能源系统调度策略

综合能源系统有利于实现多能互济、能源高效利用。以含电、热、冷、氢负荷的园区综合能源系统为研究对象,分析了可再生能源制氢系统及掺氢燃气轮机运行中多种能源的耦合及梯级利用特性,考虑了掺氢比对燃气轮机效率以及热电比的影响,以系统运行成本最小为目标函数,建立了阶梯式碳交易机制下的园区综合能源系统优化调度模型。采用分段线性化和大M法将包含多个0–1变量和连续变量的非线性模型转化为混合整数规划模型,并调用Cplex求解器实现快速求解。算例分析表明,所提调度策略可有效提高园区能源系统运行经济性,合理调控燃气轮机掺氢比有利于降低园区系统的碳排放。

基于主从博弈的燃气-太阳能-地热能耦合系统运行优化

为提高能源利用率与经济性,提出一种基于博弈论中主从博弈的燃气-太阳能-地热能集成综合能源系统优化运行策略。首先建立综合能源系统模型,将其嵌套入博弈理论的框架下,建立主从博弈的运行优化模型,将能源聚合商作为领导者,综合能源系统和负荷终端用户作为跟随者,在各方追逐目标最优时实现经济性、环保性和节约性。最后通过算例验证了所提方法的有效性,聚合商、供能系统和终端用户均能实现最优的综合性能。

考虑移动式储能调度的配电网灾后多源协同孤岛运行策略

针对极端事件导致的配电网大面积停电现象,在路-电耦合背景下,提出一种考虑移动式储能调度的配电网灾后多源协同孤岛运行策略。首先,基于路-电耦合背景下的灾后运行框架,以加权切负荷量最小为目标,同时考虑交通流量的变化对移动式储能调度过程的影响,建立多源协同孤岛运行模型;然后,根据所建模型的特点以及决策需求,基于两阶段优化框架制定孤岛运行决策流程,确保失电孤岛区域与含本地电源区域负荷恢复的协调进行;最后,采用IEEE 33节点配电网与29节点交通路网相耦合的算例进行分析,验证所提策略的有效性。结果表明,所提孤岛运行策略可以充分发挥各电源在配电网灾后恢复时的协同能力,实现了有限电能的最优分配和转移,有效提升了配电网灾后恢复效果。

新型电力系统频率安全稳定研究综述及展望

随着新型电力系统的发展,新能源的出力不确定性、弱支撑性、弱调节能力给电力系统的频率安全带来了巨大的挑战。首先,总结新型电力系统有功频率调节面临的新挑战,阐述了新型电力系统稳定运行存在的问题,并归纳了新型电力系统的频率响应模型。然后,介绍了应对频率安全问题的安全稳定控制措施,分析频率安全优化调度方面的研究现状和不足之处。最后,围绕新型电力系统在线安全调度、新型电力系统低频减载运行、多区域互联电网频率安全调度等重点研究方向进行了探讨和展望。

计及能耗特性的风光制氢碱性电解槽集群优化策略

为实现“碳达峰、碳中和”目标,实现能源低碳、清洁转型,本文提出一种面向电制氢(power-to-hydrogen,P2H)系统的计及能耗特性的风光制氢碱性电解槽集群优化策略。系统离网式运行,以风力、光伏发电提供电能,使用蓄电池作为储能设备进行电能的削峰填谷,保证碱性电解槽稳定连续生产氢气。基于风光发电、电解槽动态制氢效率、电解槽启停等模型,以系统整体净收益最大为目标函数,对电解槽进行多列运行优化调度。结果表明,在不改变系统设备容量的前提下,使用碱性电解槽集群优化策略调度后,系统年收益提高近5%,同时弃电率与电解槽启停次数相应降低。新型集群优化策略可以更充分地消纳新能源电力且收益更高。研究成果有望为碱性电解槽高效集群生产运行调度策略提供一定的指导。

低温环境下考虑电池寿命的微电网优化调度

储能系统作为微电网重要组成部分,为微电网协调能量供需提供了解决方案。然而,在低温环境下,储能系统中电池寿命的快速衰减严重影响了系统的经济性和安全性。因此,该文提出一种低温环境下考虑电池寿命的微电网优化调度混合整数模型,来仿真微电网优化调度过程和高效计算储能充放电计划。首先,基于阿伦尼乌斯方程,分析低温环境中电池寿命的受影响机理;接着,采用考虑充放电次数和放电深度的电池寿命方程,构建电池全温度范围的老化模型;最后,构建考虑电池自发热和全温度范围的寿命衰减模型,并通过可行域凸极点组合方法对模型进行转化和简化,来避免模型中非线性项目导致无法获得全局最优解的困境。算例验证和对比分析表明,该文提出的模型能在低温环境中降低系统运行成本,减缓电池衰减速率,延长近一倍的电池寿命。

考虑调峰辅助服务的虚拟电厂日前运行优化研究

随着可再生能源大规模发展,电网安全保供压力愈发严峻,亟须充分挖掘用户侧可调资源,以市场化手段积极引导发、用、储侧资源通过虚拟电厂方式参与电网友好互动运行,提升电力系统整体可靠性及灵活性。首先,分析虚拟电厂作为新型市场主体参与调峰辅助服务交易的运行方式,提出了虚拟电厂此场景下运行模式架构和业务流程。其次,基于用户侧分布式储能、冷热电三联供系统、可调电负荷特性,构建了虚拟电厂典型可调节聚合资源模型。然后,以虚拟电厂综合收益最优为原则,构建了日前运行优化目标函数模型,在计及冷热电平衡约束、设备运行限制约束条件下,对运行优化目标高效快速求解。最后,利用某虚拟电厂夏季典型日、考虑分时电价进行算例分析,在满足冷热电多元用能需求下实现了综合效益最大化,验证了采用优化策略运行方式的普遍适用性。

电网调度与电网安全运行的问题及优化策略

在电力系统的运行和管理中,电网调度与安全运行面临诸多挑战,特别是在可再生能源大规模并网、电力需求快速增长的背景下。深入探讨了电网调度与电网安全运行的现存问题,并提出相应的优化策略,包括通过引入先进的负荷预测技术与算法、实施多能互补与虚拟电厂技术、部署先进的储能系统与需求响应机制以及提高电网安全防护与应急响应能力等,旨在为电网的高效、稳定和安全运行提供可行的解决方案。

建筑光伏一体化系统优化调控

针对建筑分布式光伏电站在无储能情况下的经济运行问题展开研究。首先搭建光伏一体化系统,并建立相关部分的数学模型;通过QPSO-BIGRU对光伏发电量进行预测,达到了MAE、RMSE和R^(2)分别为0.202、0.109和0.939的精度;基于预测结果,分析4种方案下的调度情况。研究结果显示,在方案4的执行下,通过多目标粒子群智能优化算法使得用电成本显著降低了62.26%,负荷峰均比也下降了2.65%,并达到49.06%的光伏自发自用率。实验成果为无储能光伏一体化建筑的经济运行提供了参考依据。

电力数据网络设备运行优化

为增强电网数据通信的安全性,巩固变电站网络运行的稳定性,需要对电力数据网络设备进行优化,文章详述调度数据设备和传输制造报文规范(manufacturing message specification,MMS)信息交换机的优化方案,涉及路由器限制明文流量的访问控制列表(accesscontrollist,ACL)优化、路由器ACL策略配置书写优化、调度数据设备组网模式优化、MMS交换机级联模式优化以及MMS交换机业务分区优化。除优化后符合调度设计及网络安全原则的方案以外,其余方案结合调控中心平台监视和模拟实验,对优化成效进行验证,结果表明方案实现了电力数据网络的持续健康运行。

考虑源-荷不确定性的微能源网日前鲁棒优化调度

微能源网集成园区/社区的分布式能量系统、多元荷载及控制装置,能够实现多能源联产联供功能,有利于提升各类能源网络运行灵活性和经济性。为有效应对微能源网内部负荷和新能源出力的不确定性,首先建立多面体不确定集刻画负荷和光伏出力波动情况,构建描述微能源网网络拓扑和能流耦合关系的能源集线器(energy hub,EH)耦合矩阵。然后,以最小化系统运行成本为目标建立微能源网在并网和孤岛运行模式下的两阶段鲁棒优化经济调度模型,并运用线性决策规则(linear decision rule,LDR)和对偶理论制定模型求解策略。最后,基于IEEE 33节点配电网改进设计的微能源网进行算例验证分析。结果表明,LDR能够在一定精度范围内通过线性仿射函数有效近似刻画决策变量和不确定变量间的关系,降低两阶段鲁棒优化经济调度模型的求解难度。