A study of novel real-time power balance strategy with virtual asynchronous machine control for regional integrated electric-thermal energy systems

The development of regional integrated electric-thermal energy systems(RIETES) is considered a promising direction for modern energy supply systems. These systems provide a significant potential to enhance the comprehensive utilization and efficient management of energy resources. Therein, the real-time power balance between supply and demand has emerged as one pressing concern for system stability operation. However, current methods focus more on minute-level and hour-level power optimal scheduling methods applied in RIETES. To achieve real-time power balance, this paper proposes one virtual asynchronous machine(VAM) control using heat with large inertia and electricity with fast response speed. First, the coupling timescale model is developed that considers the dynamic response time scales of both electric and thermal energy systems. Second, a real-time power balance strategy based on VAM control can be adopted to the load power variation and enhance the dynamic frequency response. Then, an adaptive inertia control method based on temperature variation is proposed, and the unified expression is further established. In addition, the small-signal stability of the proposed control strategy is validated. Finally, the effectiveness of this control strategy is confirmed through MATLAB/Simulink and HIL(Hardware-in-the-Loop) experiments.

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。

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。

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。

考虑需求响应及不确定性的综合能源优化调度

如何在区域综合能源系统中建立有效的需求侧模型,对于需求响应政策的实施至关重要。为提高用户参与需求响应积极性,引入实时定价机制,同时考虑系统的经济低碳性和电气热用户的用能满意度,构建兼顾系统和用户利益的综合需求响应主从博弈模型。针对用户参与需求响应的不确定性,引入贝叶斯方法更新负荷曲线。算例分析表明,所提博弈模型及贝叶斯方法能够有效平衡系统和用户之间的利益,提高了综合需求响应的可靠性。

基于主从博弈的含碳捕集与热电联产综合能源系统优化运行

为了合理地分配综合能源系统中各主体之间的利益,促进能源低碳化,文中基于主从博弈框架建立了含碳捕集系统的综合能源系统优化调度模型,降低了热电联产机组的碳排放量和系统的运营成本。文章构建碳捕集、电转气和热电联产的联合运行模型,在考虑综合需求响应的基础上,建立综合能源系统各主体的收益模型;构建一主多从的Stackelberg博弈模型,由于构建的优化模型具有高维、非线性非凸的特点,数值方法难以求解,传统启发式算法容易陷入局部最优且收敛速度较慢,因此提出一种新型天牛郊狼算法结合二次规划的分布式算法。以北方某工业园区为算例进行验证,分析结果表明,文中提出的模型及求解算法与传统模型相比,有效地降低了综合能源系统的运行成本和碳排放量,提高了可再生能源的消纳能力。

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。

区域综合能源系统两阶段鲁棒优化实验案例教学

两阶段鲁棒优化可根据不确定性变化动态调整决策,有效改善日前决策保守性,从而为解决新能源不确定性的优化调度问题提供一种方案选择。由于区域综合能源系统两阶段鲁棒优化方法前沿性强、内容复杂度高、学习难度大,传统教学方法难以有效传达其核心概念和应用,无法很好地达到教学目的。为解决这一教学挑战,该文构建了区域综合能源系统仿真实验教学平台,提出了区域综合能源系统两阶段鲁棒优化实验方案,并设计了三个仿真实验案例。通过实验平台建设和案例设计,提升了学生对区域综合能源系统两阶段鲁棒优化方法相关理论知识的理解和认识,增强了学生的综合分析能力和工程实践能力。

考虑灵活性资源和多能共享的低碳区域综合能源系统联盟-配电网博弈优化调度

随着全国碳交易市场政策落地,为充分挖掘区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)低碳减排能力,提高多区域综合能源系统接入主动配电网(active distribution network,ADN)的经济交互效益,提出了考虑灵活性资源与低碳交互结构的区域综合能源系统联盟参与配电网调峰调度的优化调度策略。建立了以主动配电网为主体,区域综合能源系统联盟为从体的主从博弈模型。主体以最大化交互效益目标制定分时电价策略,从体成员间通过联络线实现多能共享,考虑碳交易制度以供能与碳交易成本之和最小为目标,响应主体电价策略,建立了下层多区域综合能源系统联盟合作博弈优化模型。引入包含需求响应、储能和电动汽车在内的灵活性资源,配合碳捕集-电转气耦合机组优化联盟内部各系统的低碳供能策略,满足联盟负荷需求。基于纳什议价理论完成联盟成员合作收益的分配。通过算例验证所提策略能够有效减少各区域综合能源系统碳排放,并保障主从交互经济效益。

面向多元灵活资源聚合的区域综合能源系统主动调节能力评估与优化:关键问题与研究架构

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)通过对多元灵活资源的整合与协调,在本地多能源供需平衡的基础上优化可调节能力,进而通过共享可调节量实现跨区域能量互济,有望提升能源利用效率,在深入挖掘海量用户可调节潜力,充分发挥系统灵活性价值方面发挥着重要作用。该文首先系统分析多元灵活资源聚合下构建RIES的驱动力和瓶颈,对现有研究概况进行综述。基于当前研究路径,从RIES主动调节能力时空动态演变规律深度挖掘、复杂非线性动态RIES主动调节能力优化、多RIES集群分布式最优协调3个方面,分析RIES研究过程中的关键问题。在此基础上,从RIES“主动调节能力评估、自治协调优化、集群协同控制”3个共同影响系统经济稳定运行的重点问题提出多元灵活资源聚合下RIES的研究架构,并对关键研究内容进行分析和阐述。

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。

多主体参与的区域综合能源系统集中-分布式需求响应机制

区域综合能源系统是能源互联网建设背景下能源供给体系的重要发展方向,随着城镇区域内微能源网、虚拟电厂等具备电网互动能力的新用能主体相继出现,该文针对区域综合能源系统需求响应这一重要调控问题,提出一种考虑区域系统运营商与区域内多用能主体利益协调的实现机制。首先,针对传统集中式调度在保护用户信息和控制自主权方面的不足,构建了由运营商集中调度、新用能主体分布协同的集中-分布式架构。其次,针对运营商和各新用能主体的调峰责任分配和利益协调问题,引入区域调峰需求响应市场,并设计了相应的奖惩机制,在激励用户的同时,规范市场行为。此外,考虑供能安全性和新能源不确定性,建立区域供能系统和新用能主体双层用能优化模型,实现多能互补和能源梯级利用。最后,通过算例验证了所提机制的合理性和有效性,运营商和各新用能主体获得更高收益,且数据交互量少、业务流程简便,适用于现行市场机制下的实际应用场景。

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。

考虑用能经济性与用户满意度灵活协同的综合能源系统双层优化

在含氢能区域综合能源系统参与碳交易的能量协同优化过程中,用户经济性和满意度目标一致性动态变化,给含多决策变量的区域综合能源系统能量协同优化带来了挑战。为此,该文构建了包含氢能梯级利用的冷热电联产系统模型,提出了基于预测平均投票数指标的用户综合需求响应策略,具体地,以上层综合能源运营商为领导者和下层用户聚合商为跟随者构建了主从双层博弈均衡模型,并采用基于成功历史的自适应差分进化算法嵌套CPLEX求解双方收益均衡化的交互策略。仿真结果表明该文所提策略提升了双方收益,且该文采用基于成功历史的自适应差分进化算法的求解时间分别比差分进化算法、遗传算法、自适应遗传算法减少了15.6%,8.6%,4.8%。

考虑多能互补灵活性和用户低碳意愿的区域综合能源系统鲁棒优化调度

为了解决区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)中由于新能源出力不确定性和多能负荷波动所导致的灵活性不足问题,该文提出了一种考虑多能互补灵活性和用户低碳意愿的鲁棒优化方法。首先,计及新能源出力与负荷的共同影响,通过净负荷波动来刻画RIES电力子系统灵活性需求。为了计及用户低碳意愿对新能源消纳的影响,分别构建用户购买普通和零碳电能的效用函数。考虑多能耦合设备的灵活备用容量,建立包含多能灵活性供需平衡约束的目标为RIES总运行成本最小及用户总效用最大的三层鲁棒优化调度模型。引入设备最优运行区间对模型内时间耦合约束进行解耦,并采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和嵌套列与约束生成(nested column and constraints generation,NC&CG)算法进行求解。算例分析表明,所提模型可提升RIES运行的灵活性,促进新能源消纳,实现了RIES的低碳经济运行。

基于供冷/热系统质-量调节的区域综合能源系统动态最优能流计算

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的最优能流计算是求解RIES的设备配置、优化调度、故障分析等问题的基础。考虑供冷/热和供气管道传输能量的动态特性,建立RIES动态最优能流计算模型,其中基于特征线法获得了供冷/热管道和供气管道动态偏微分方程的代数解析解。针对基于供冷/热系统质–量调节模式下管道能量传输时滞变量造成RIES的动态能流计算模型难以求解的问题,提出采用分段插值法获得供冷/热管道两端节点温度之间关系的近似表达式并加入动态最优能流计算模型中。此外,针对优化模型中供冷/热系统的流量与温度相乘的双线性项,提出一种能够缩紧松弛间隙的分段凸包络松弛方法将原混合整数非线性优化模型转化为混合整数二次约束规划模型,能够在保证计算精度的同时实现高效求解。最后以某个RIES算例进行分析,验证了所提方法的计算准确性和高效性,并与常用的质调节模式相比,表明在供冷/热系统质–量调节模式下能找到经济性更优的RIES运行点。

基于博弈竞价的区域综合能源系统运营弹性增强策略

能源系统故障可能导致巨大的经济损失,因此,提升能源系统的运营弹性具有重要意义.为了提高区域综合能源系统在市场机制下的弹性,本文提出了一种基于博弈的能源竞标策略.首先,建立了区域综合能源系统模型,其中包括能源控制中心、能源枢纽、储能系统和用户聚合商.为了在市场环境下通过价格引导弹性增强,构建了基于Stackelberg博弈的能源竞标框架,通过调整能源零售价格和需求响应激励价格等策略,以减小能源缺口并降低价格波动.考虑到参与者间的隐私保护,设计了双层迭代定价算法.最后,通过仿真算例说明了所提策略在保证供需平衡的同时有效抑制价格波动,从而降低经济损失.

基于改进TOPSIS的区域综合能源系统综合能效评估

随着区域综合能源系统的发展,对区域综合能源系统进行全面综合能效评估已经成为热点问题。文章首先针对不同能源在转化过程中“质”的变化,引入火用效率的概念,通过能质系数法对不同的能源进行折算,在此基础上建立包含经济、能源、环境3个维度的综合能效评估指标,构建了综合能效评估体系;其次,建立改进的TOPSIS对区域综合能源系统进行综合能效评估,利用最小二乘法将熵权法和变异系数法的结果相结合计算客观权值,并利用灰色关联度对TOPSIS中的测距方式进行改进;最后,算例分析结果表明了所提方法的有效性和可行性。为高品质区域综合能源系统的规划和优化运行提供一定的参考价值。

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。

含电、冷、热、气的区域综合能源系统优化运行

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)含有风电、光伏等多种能源、冷热电负荷和蓄电池,具有提升可再生能源利用率等优势。首先,考虑风光出力的不确定性,构建多面体不确定集的鲁棒优化模型并对不确定性进行处理;然后,建立碳排放量最少和运行成本最小的多目标优化模型,引入碳排放惩罚因子,将多目标转换为单目标进行求解;最后,通过实际RIES进行仿真验证,仿真结果表明所提方法的准确性与有效性。所建模型可以很好地兼顾系统的环保性和经济性,能够更好地处理不确定性,实现系统的经济优化运行。