Operation Cost Optimization Method of Regional Integrated Energy System in Electricity Market Environment Considering Uncertainty

In the electricity market environment,the regional integrated energy system(RIES)can reduce the total operation cost by participating in electricity market transactions.However,the RIES will face the risk of load and electricity price uncertainties,which may make its operation cost higher than expected.This paper proposes a method to optimize the operation cost of the RIES in the electricity market environment considering uncertainty.Firstly,based on the operation cost structure of the RIES in the electricity market environment,the energy flow relationship of the RIES is analyzed,and the operation cost model of the RIES is built.Then,the electricity purchase costs of the RIES in the medium-and long-term electricity markets,the spot electricity market,and the retail electricity market are analyzed.Finally,considering the risk of load and electricity price uncertainties,the operation cost optimization model of the RIES is established based on conditional value-at-risk.Then it is solved to obtain the operation cost optimization strategy of the RIES.Verification results show that the proposed operation cost optimization method can reduce the operation cost of high electricity price scenario by optimizing the energy purchase and distribution strategy,constrain the risk of load and electricity price uncertainties,and help balance the risks and benefits.

储液式CCS耦合P2G的综合能源系统低碳经济调度

为应对电转气P2G(power-to-gas)和碳捕集系统CCS(carbon capture system)在可再生能源出力不足时耦合失效的问题,考虑对常规CCS引入CO_(2)储液罐以加强P2G和CCS的耦合。首先,构建储液式CCS和P2G的耦合模型,利用储液罐将CCS捕集的CO_(2)时移至可再生能源富足时段,供P2G再利用;其次,构建储液式CCS与P2G耦合的电热气综合能源系统日前优化调度模型;最后,以北方某工业园区为例进行仿真。结果证明所提模型可以充分利用CCS捕集的CO_(2),从而获得更好的经济和环境效益。

含垃圾能源化处理及电动汽车负载的区域综合能源系统协调优化

传统能源系统互相独立、欠缺联动,容易导致能量的浪费,并且能源结构也难以优化。区域综合能源系统具备多能互补、高效利用的优点,是提高能源利用效率和环保性的重要改进技术。为了利用垃圾蕴含的能量和电动汽车负载端的能源消纳,文中建立一个考虑垃圾焚烧和电动汽车负载的区域综合能源系统模型,利用模型进行系统的优化调度研究。论文分析了系统内的多能源能量流通关系,而后对系统内的各种能源转换设备及电动汽车进行分析,引入垃圾能源化处理,将热能转化为电能,并利用电动汽车进行电能消纳的模式,得出区域综合能源系统的能源效益最大化的模型。通过python进行算例分析,结果表明,含垃圾处理和电动汽车参与的区域综合能源系统既能提高能源的利用效率,又能带来更优的经济效益。

计及氢能高效利用和热电灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略

为进一步发挥氢能高效利用优势,构建绿色低碳能源系统,提出一种计及氢能高效利用和热电联产灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略。首先,对源侧供能模型进行两方面改进:一是引入含风电制氢、燃气混氢、多能用氢和储氢的氢能利用模型,并考虑到电解水和甲烷化反应过程中的热量散失情况,引入热量回收装置,构建计及热量回收的氢能高效利用模型;二是针对常规热电联产灵活性不足的问题,构建含电锅炉和有机朗肯循环的热电灵活输出模型,以解耦常规热电联产“以热定电”和“以电定热”限制。其次,在荷侧引入含可转移、可削减和可平移的电、热柔性负荷,以缓解电、热负荷峰谷差,并与源侧相结合,形成源荷灵活运行模型。最后,综合考虑阶梯型碳交易成本、设备运行维护成本、弃风成本以及购能成本,建立综合能源系统源荷灵活优化运行模型。采用CPLEX求解器对所提综合能源系统源荷灵活运行模型进行求解,并设置不同场景进行对比。结果表明,相比常规氢能利用模型,考虑所提计及热量回收的氢能高效利用模型时,系统的总成本、碳排放量分别降低了1.92%、4.22%,并且引入热电联产改进模型后,其总成本、碳排放量可进一步降低4.08%、7.32%,实现系统低碳、经济和灵活运行。

基于联邦学习的分布式电采暖互动模式设计与展望

随着“双碳”目标的提出,以及“以电代煤”政策的贯彻落实,大量电采暖设备取代传统燃煤取暖投入运行并接入电网将成为必然趋势。大量电采暖设备可以作为需求侧可调资源进行新能源消纳,但是分布式电采暖所处地理区域较为分散,传统集中式管理的方式又存在隐私泄露、数据孤岛等问题。联邦学习作为一种分布式技术可在保护隐私的前提下支撑电采暖负荷互动,在分布式电采暖互动领域具有较强的适用性。分析了基于联邦学习的分布式电采暖互动需求,以及边缘缓存、隐私防护、通信传输优化和异构资源融合等技术在基于联邦学习的电采暖互动场景中的应用方式,并展望了未来基于联邦学习的分布式电采暖互动前景。

基于深度强化学习的电-气区域综合能源系统安全校正控制决策方法

电–气区域综合能源系统电、气相互耦合与影响,使得其安全校正控制难度大且对快速性要求高,为此,提出一种基于深度确定性策略梯度(deepdeterministicpolicy gradient,DDPG)算法的安全校正控制决策方法。首先,进行系统多能流与变量分析,建立安全校正控制的目标与约束条件。然后,构建基于DDPG的安全校正控制模型,设计目标奖励和各种约束条件奖励,提出结合基于综合灵敏度的安全校正知识经验设计目标奖励函数,使调整具有方向性,且目标奖励考虑能量枢纽(energy hub,EH)的经济效益及其可再生能源消纳;通过智能体离线训练,使其能够在线做出实时最优的安全校正控制策略,预先产生专家经验数据集存放于经验回放池,提高训练速度和收敛性。最后,通过含EH电–气区域综合能源系统仿真算例验证了所提方法的有效性。

氢储能系统容量双层鲁棒随机优化配置方法

氢能作为一种清洁无污染、能量密度大的二次能源,是大规模消纳新能源的理想储能载体,耦合氢储能系统和可再生能源的电热氢综合能源系统为消纳新能源提供新的思路和方案。围绕电热氢综合能源系统中如何以经济合理的方式投入氢储能设备展开研究,解决氢储能设备容量的合理配置问题以及考虑源荷不确定性对电热氢综合能源系统运行的影响,提出了一种考虑季节性存储和源荷不确定性的电热氢综合能源系统中氢储能容量优化配置方法。首先针对风电功率预测误差较大,电热气负荷预测精度较高的特点,分别采用不确定集和抽样场景描述源和荷两侧的不确定性。然后建立了考虑源荷不确定性和季节性存储的氢储能容量配置双层鲁棒随机优化模型,其上层问题以年化投资成本和运行成本的总成本最小化为目标确定氢储能系统装置容量,下层问题采用两阶段鲁棒随机优化模型模拟电热氢综合能源系统典型日在风电出力最恶劣场景下的最优运行方案。由于该模型难以直接求解,提出基于粒子群优化算法和列与约束生成算法对该类复杂模型进行求解。最后,通过对某个电热氢综合能源系统算例进行分析,算例分析结果验证了所提方法的有效性,获得的氢储能系统容量优化配置方案能够促进风电消纳和提高系统运行的经济性。

考虑变掺氧富氧燃烧与利用LNG冷能的LAES的综合能源系统低碳经济调度

为促进风电消纳,减少火电机组的碳排放,解决综合能源系统(Integrated Energy System,IES)低碳经济运行问题,文中引入变掺氧富氧燃烧技术对燃气机组进行改造,并结合利用液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)冷能的液化空气储能(Liquid Air Energy Storage,LAES),提出了一种电热气冷IES低碳经济优化策略。首先,构建含变掺氧富氧燃烧燃气机组、利用LNG冷能的LAES、电转气(Power To Gas,P2G)设备、中央空调和溴化锂制冷机的IES架构,并建立各设备的数学模型;其次,引入阶梯式碳交易机制,建立了以系统运行成本最小为目标的电热气冷IES低碳经济调度模型;最后,采用MATLAB调用GUROBI求解器对多个场景进行求解,验证了文中提出的低碳经济优化调度策略可以提高系统的风电消纳、有效降低系统运行成本,实现碳减排。

基于碳交易-绿色证书联合交易机制的含CHP-CCS-P2G耦合的区域综合能源系统低碳经济调度

提出一种基于碳交易-绿色证书联合交易机制的含热电联产机组、碳捕集和电转气设备联合运行的区域综合能源系统低碳经济调度模型。首先,分析碳交易和绿色证书交易机制的运行原理并构建其模型;同时,研究绿证交易价格变化对可再生能源消纳的影响。然后,在热电联产机组中引入碳捕集和电转气设备,构建热电联产机组、碳捕集和电转气设备联合运行的模型,将碳交易-绿证联合交易机制引入该模型中,并且分析热电联产机组联合运行模式下的电力、热力耦合特性。最后,在算例中通过设置不同的调度场景进行对比分析,结果表明该策略可有效降低碳排放,扩大可再生能源上网空间,使系统的运行更加经济。

Quasi-dynamic Interactions and Security Control of Integrated Electricity and Heating Systems in Normal Operations

Coupling between electricity systems and heating systems are becoming stronger,leading to more flexible and more complex interactions between these systems.The operation of integrated energy systems is greatly affected,especially when security is concerned.Steady-state analysis methods have been widely studied in recent research,which is far from enough when the slow thermal dynamics of heating networks are introduced.Therefore,an integrated quasi-dynamic model of integrated electricity and heating systems is developed.The model combines a heating network dynamic thermal model and the sequential steady-state models of electricity networks,coupling components,and heating network hydraulics.Based on this model,a simulation method is proposed and quasi-dynamic interactions between electricity systems and heating systems are quantified with the highlights of transport delay.Then the quasi-dynamic interactions were applied using security control to relieve congestion in electricity systems.Results show that both the transport delay and control strategies have significant influences on the quasi-dynamic interactions.

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。

基于某商务区多源耦合供热系统运行研究

为了实现“双碳”目标,提高可再生能源的利用率,减少碳排放量,对沈阳某商务区进行规划,充分发挥区域内地热能、污水能等可再生能源灵活供热的特点,以地源热泵+污水源热泵+电锅炉3种热源耦合进行供热,为区域综合能源多能互补、灵活调度提供参考。利用DeST模拟软件建立区域建筑模型,模拟出区域建筑供暖季逐时热负荷;通过TRNSYS软件建立区域综合能源系统模型,以某典型设计为例,分别讨论了在5种工况下该耦合供热系统峰谷电时段的运行策略,并采用费用年值法对系统经济性进行分析。结果显示:该区域内办公类建筑热负荷最大;系统不蓄热时初投资最小,由于在电高峰时段增加了电锅炉运行时长,导致系统运行费用增加,系统整体经济性变差;在蓄热率为100%时,该耦合供热系统初投资较大,但运行费用较低,系统费用年值最小,经济性最优,体现了蓄热方案下降低运行费用的优势。

基于多变量相空间重构和径向基函数神经网络的综合能源系统电冷热超短期负荷预测

为解决能源危机问题,提高能源利用率,综合能源系统(integrated energy system,IES)成为发展创新型能源系统的重要方向。准确的多元负荷预测对IES的经济调度和优化运行有着重要的影响,而借助混沌理论能够进一步挖掘IES多元负荷潜在的耦合特性。提出了一种基于多变量相空间重构(multivariate phase space reconstruction,MPSR)和径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)相结合的IES超短期电冷热负荷预测模型。首先,分析了IES中能源子系统之间的耦合关系,运用Pearson相关性分析定量描述多元负荷和气象特征的相关性。然后,采用C-C法对时间序列进行MPSR以进一步挖掘电冷热负荷和气象特征在时间上的耦合特性。最后,利用RBFNN模型对电冷热负荷间耦合关系进行学习并预测。实验结果表明,所提方法有效挖掘并学习电冷热负荷在时间上的耦合特性,且在不同样本容量下具有良好且稳定的预测效果。

计及改进阶梯型碳交易和热电联产机组灵活输出的园区综合能源系统低碳调度

为了进一步降低园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)碳排放量,优化热电联产(combined heat and power,CHP)机组出力的灵活性,提出一种考虑改进阶梯型碳交易和CHP热电灵活输出的PIES低碳经济调度策略。首先,将遗传算法与模糊控制相结合,设计一种遗传模糊碳交易参数优化器,从而对现有阶梯型碳交易机制进行改进,实现该机制参数的自适应变化;其次,在传统CHP中加入卡琳娜(Kalina)循环与电锅炉(electricboiler,EB),构造CHP热电灵活输出模型,以同时满足电、热负荷的不同需求;然后,提出一种柔性指标——电、热输出占比率,进而计算出电、热输出占比率区间,以衡量CHP运行灵活性;最后,将改进阶梯型碳交易机制和CHP热电灵活输出模型协同优化,以系统运行成本和碳交易成本之和最小为目标,构建PIES低碳经济优化模型。算例分析表明,所提策略可有效降低经济成本和碳排放量,同时还可扩展CHP灵活输出调节范围,能够为PIES低碳经济调度提供参考。

基于风电场景概率的电热混合储能优化配置

为有效提高风电入网的经济性和可行性,文中提出一种考虑风电典型场景概率的电热混合储能优化配置方案。首先通过场景分析,利用K-means聚类法将大量风机历史出力数据简化为6个典型出力场景,确定各场景发生的概率,其中聚类数目由肘部曲线法和Dunn指数法综合确定;其次提出电热混合储能系统控制策略,建立适用于多场景的风储联合系统模型;最后,以经济性成本最低与弃风量最小为目标,建立包含电、热负荷综合响应的容量配置优化模型,并将场景概率以权值的形式加入到目标函数中,采用粒子群算法求解模型。通过仿真分析和与其他储能配置场景对比,发现所提配置策略能够提高风电利用率约16.12%,同时减少系统综合成本约43.76%,验证了所提策略的合理性和有效性。

计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性评估及提升研究

区域综合能源系统韧性评估涉及电力、燃气、冷热及建筑物等多元素特性,极端自然灾害的发生可能造成区域综合能源系统基础设施的严重损坏,尽管现有方法已部分考虑了区域热网动态特性,但对于长时间供热缺失造成的用户生命健康影响考虑不足。针对这一问题,提出了考虑用户热耐受度的韧性评估及提升方法。首先,建立了建筑物室内环境和用户热舒适度的耦合关系模型,提出了计及用户热耐受度的韧性评估指标,进而提出面向区域综合能源系统的韧性评估流程。其次,建立了极端天气灾前、灾中和灾后三阶段的韧性提升调度优化方法,实现了区域综合能源系统运行成本和停供能损失的兼顾。最后算例分析表明,所提方法填补了传统区域综合能源系统韧性分析中对于用户生命健康考量的缺失,实现了多能源经济效益和用户感受的双重提升。

计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度

在考虑电热能源互联基础上,提出了计及多时段尺度与地域分层的电热多能互补系统经济调度策略,该策略从单时段和多时段角度出发,综合考虑局域级和区域级的能量平衡关系,以实现电热多能互补系统经济调度为目标。首先,在采集局域级各类能源资源数据与信息的基础上建立母线式电、热能平衡模型;然后,提出区域级能量平衡公共母线式模型,并采用小容量机组等效思想来等效聚合同类型机组;其次,建立典型局域级电热互联能源系统模型;最后,对电热多能互补系统经济调度求解,并输出经济调度结果信息。对电热多能互补系统的经济调度的有效性与合理性通过仿真算例已经得到验证,为区域级电热多能互补系统多能互补利用、资源协调配合、经济高效运行及分析提供参考与理论指导。

计及需求侧柔性负荷调控的综合能源系统优化运行方法研究

引入柔性电热负荷参与到综合能源系统的调度中,综合考虑源荷两侧,供能侧构建了由光伏机组、能量转化装置和储能系统组成的多能源系统模型,需求侧构建了可平移、可转移和可削减柔性电负荷与耦合室内外温度的柔性热负荷模型。以系统日运行成本最低为优化目标,分别对供能侧与需求侧设备出力和柔性负荷的用能时间与负荷大小进行了优化。对北京市某社区综合能源系统的优化调度进行了研究。结果表明:柔性负荷参与调度能够降低负荷波动,热负荷峰值由原来的3876.80 kW下降到3822.11 kW,减少了54.69 kW;电负荷的峰谷差从1488.81 kW下降到1382.69 kW,波动率下降了7.1%;源荷两侧共同参与优化调度能够提高系统经济效益,系统成本比原来降低了2.26%。

计及动态能源价格和共享储能电站的多主体综合能源系统双层优化调度策略

可再生能源不确定性背景下,为协调综合能源运营商、电热负荷聚集商及共享储能电站之间的利益关系,提出一种电热综合动态定价机制,基于综合需求响应特性,引导电热负荷聚集商参与综合能源系统运营商优化,促进储能高效应用和新能源就地消纳,实现多利益主体互利共赢。以综合能源系统运营商为主体,以电热负荷聚集商和共享储能运营商为从体,构建一主多从的综合能源多运营主体系统优化模型。充分挖掘共享储能运营商的运行模式,包括充电、放电和提供备用等模式。采用CPLEX对主从博弈模型迭代求解,算例结果验证了模型及方法的有效性。

考虑综合需求响应的多区域综合能源系统协同优化调度模型

新型电力系统大背景下,风光接入规模不断扩大,需求侧负荷类型愈发多样化。为提高综合能源系统的多能耦合转换能力,匹配源荷两侧供需关系,文章提出一种考虑综合需求响应的多区域综合能源系统协同优化调度模型。建立了考虑多种可调负荷的综合需求响应负荷模型和成本及收入模型;构建能源流向为“源侧出力-输入端能源节点-能源集线器-输出端能源节点-终端负荷”的多区域综合能源系统能流拓扑,并建立其能源耦合矩阵;在此基础上,以系统总调度成本最小为优化目标,建立考虑区域间电能交互的多区域综合能源系统协同优化调度模型;通过对冬夏典型日下的多种调度方案进行算例对比分析,证明所提模型能够增强总系统的多能耦合转换能力,进而有效提高系统整体经济性、灵活性和可靠性。