考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划

数字经济背景下，数据中心用能规模日益增长，数据中心用能在时间、空间尺度上的灵活性引起了广泛关注。为充分挖掘数据中心用能灵活性资源、促进综合能源系统资源优化配置，文中在计及电、气、热、冷多能转换互补、多区域互联互济、能量流-数据流深度耦合的基础上，提出了一种考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划模型。首先，对数据负载及数据中心能耗进行建模，并分析了数据中心用能的时空可调特性。然后，以总成本最小为目标构建了考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站规划模型。最后，根据是否考虑数据中心用能时空可调特性设置了3个场景进行对比分析，基于中国天津市某实际算例验证了考虑数据中心用能时空可调特性在提高设备利用率、降低投资成本等方面的积极作用。     

考虑数据中心用能时空可调的电-气互联综合能源系统分布式光伏最大准入容量计算

在数字经济背景下,数据中心日益增长的用能规模和灵活迅速的负荷调节能力引起了广泛关注。为促进分布式清洁能源的消纳,本文提出一种考虑数据中心用能时空可调的电-气互联综合能源系统分布式光伏最大准入容量计算方法。首先,对数据中心能耗及运行特性进行建模,并分析数据中心用能时空可调特性;然后,在计及电-气能源网络安全约束的前提下,构建集成数据中心的电-气互联综合能源系统分布式光伏最大准入容量优化模型,利用凸松弛技术和增量分段线性化方法将模型转化为混合整数二阶锥模型求解。最后,在97节点电网和11节点气网算例中,验证了考虑数据中心用能时空可调特性对分布式光伏消纳的促进作用,并分析了电-气能源网络安全约束对分布式光伏最大准入容量的影响。     

多区域综合能源系统热网建模及系统运行优化

综合能源系统(integrated energy system,IES)是未来能源消费方式的重要发展方向,实现多区域IES的协同规划与调度对进一步提高其经济效益和环境效益至关重要,为此首要的问题是区域冷、热网的建模。文中基于传热学的基本原理建立了区域热网能量传输通用模型,推导出热网热损方程,对其线性化得到热网能量流模型,同时推导了用于求解热网潮流(热媒流量、温度)的网络流量–温度基本方程。在冷热电联供系统运行优化模型基础上建立了含有热网的多区域IES优化混合整数线性规划模型。通过算例验证了模型的有效性。     

“双碳”目标下数据中心节能运行研究综述

随着国家“碳达峰”“碳中和”要求的提出,数据中心作为能耗大户,向低碳节能高效转型势在必行。分别从能量流与数据流角度出发,对数据中心低碳节能运行技术领域的相关研究进行了综述。首先梳理了数据中心能耗产生机理,从IT设备、制冷系统与供配电系统3个方面总结其能量管理方法;然后基于数据中心能量流-数据流耦合特性,对跨区级、区域级和用户级数据中心数据流优化调度方法进行了介绍;最后探讨了未来数据中心低碳节能技术潜在的发展方向。     

综合能源系统潮流及最优潮流计算模型与方法综述

综合能源系统（IES）对促进能源互补利用、提高综合能源利用率具有重要意义,多能流潮流分析关乎IES的规划、运行和控制。本文探究了IES潮流及最优潮流的研究现状,从计算模型和方法2个方面展开综述。介绍IES的发展、结构、多能流计算模型,分别概括和总结IES潮流及最优潮流的问题和求解方法,综合全文,指出当前IES多能流计算的不足及今后的研究趋势和展望。结果表明:目前缺乏对于电-热-气IES的多能流建模与算法的深入探究,较少涉及准稳态及暂态模型,未充分考虑多种能源的互动;能源集线器虽然能够统一描述耦合环节,但应根据实际情况深化耦合环节的建模方法;IES配置多元储能装置能够进一步提高能效率,便于灵活调用能源,但目前的模型很少计及储能装置;现有潮流及最优潮流的算法不够丰富,较少涉及多目标最优潮流,其安全可靠评估体系有待进一步完善。     

面向可再生能源接入的综合能源系统熵态机理和分析方法

综合能源系统（IES）中不同品质能量的转换和高比例可再生能源集成背景下源荷的不确定性均增加了系统能量的不可用性。为统一量化分析上述场景中的能量不可用性，基于IES的网络属性，提出了面向可再生能源集成的IES熵态机理与分析方法。基于IES(火用)流机理模型，建立了IES物理层面热力学熵增机理模型；基于广义信息功理论，引入IES信息学等效热力学熵增机理模型。结合IES的网络化特征，定义了熵态、熵增流、熵增流量、熵增源、节点熵增等IES熵态基本概念。在此基础上，提出了IES各个环节的熵态建模方法。最后，通过算例系统验证了所提模型可有效求解IES的熵态分布，并探讨了源荷预测差异性对系统熵态分布的影响。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

计及异质气体混合的电–气–热综合能源系统能量流计算方法

随着环境污染与化石能源枯竭的问题凸显,电–气–热多能互补的综合能源系统(integrated energy systems,IES)成为了研究热点。针对IES能量流计算中数学模型详细性问题以及未来电制气(power-to-gas,P2G)广泛应用带来的异质气体注入问题,构建了能反映不同气体成分下P2G效率与不同温度条件下电热泵(electric heat pump,EHP)能效的详细模型,考虑了不同成分气体注入对气体参数与系统运行状态的影响以及相应的建模,在传统天然气系统稳态分析方法的基础上介绍了可以反映异质气体注入对网络状态影响的稳态分析方法。以此为基础提出了计及异质气体混合与耦合元件详细模型的电–气–热IES能量流交替迭代计算方法,并采用电力系统分析综合程序(power system analysis software package,PSASP)实现电力系统的潮流计算。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性。     

综合能源系统环境下电动汽车充换电设施规划综述

综合能源系统(integrated energy system,IES)具有多能耦合互补的特性,有利于提升能源利用效率,同时电动汽车(electric vehicle,EV)有利于环境节能减排,促进能源可持续发展。首先,阐述了IES的基本架构及其规划内涵,同时对IES规划的国内外研究现状进行了叙述;进而,对IES各类供储能设备运行模型进行描述,并以此为基础,建立了各类供储能设备的容量配置模型,并对各供能系统潮流模型进行了概述;在EV充换电设施规划方面,首先讨论了各类EV负荷预测方法,从而分类讨论了EV充换电设施规划现状,并对EV充换电设施与电网协同规划、考虑碳排放的EV充换电设施规划两个方面的研究现状进行了综述;在上述研究背景下,对IES环境下的EV充换电设施规划的国内外研究现状进行了综述。最后总结了IES环境下的EV充换电设施规划发展所面临的瓶颈,并对今后的研究方向进行了展望。     

电–热–气综合能源系统多能流计算方法

为缓解环境污染,提高终端用能效率,综合能源系统(integrated energy system,IES)已成为我国能源结构调整的重要方向。在IES框架下,传统以电力系统为对象的潮流计算方法将难以满足对互相耦合的能量流分析的需求。提出了一种适用于含电、热、气的IES的扩展Newton-Raphson多能流计算方法。首先,分别建立了IES中电力、热力和天然气网络的数学模型;针对现有方法对含压缩机的天然气网络建模的繁冗性问题,计及不同的控制方式,提出了改进的实用化处理方法;在此基础上,进一步构建了IES多能流计算模型,考虑IES中电力系统并网和孤岛2种运行方式,推导并得出了反映多能源耦合关系的雅可比矩阵。算例验证了该方法在不同运行场景下对多能流进行计算和互动特性分析的有效性。     

基于改进协同演化算法的综合能源系统经济性与可靠性优化规划

随着多能流耦合程度的加深以及能源利用需求的多样化,综合能源系统(IES)对规划方案的经济性与可靠性提出了更高的要求.然而,经济性与可靠性之间存在相互制约的复杂关系,导致二者难以实现协调优化.为此,提出了一种基于改进协同演化算法的IES经济性与可靠性优化规划方法.在多场景经济性评估模型和基于马尔科夫链蒙特卡洛法的供能可靠性评估模型的基础上构建IES多目标优化规划模型;基于正交试验法计算决策变量对系统经济性与可靠性的影响因子,并建立经济性和可靠性演化子种群,进而提出一种基于改进协同演化算法的模型优化方法;结合某地区的实际数据开展算例仿真分析,仿真结果表明所提模型可以协调提升IES规划方案的经济性与可靠性.     

综合能源系统源网荷储动态建模技术进展

综合能源系统（IES）为多种能源的高效协同和互补利用提供了重要平台。源网荷储动态建模技术是IES实现动态多时间尺度仿真和优化计算的重要因素,也是确保IES安全和稳定运行的必要前提。在介绍IES中源网荷储侧主要的动态模型及源荷不确定性模型的基础上,分析了源网荷储动态建模技术在统一建模研究及框架中的运用现状,展望了动态建模的发展方向。源网荷储各类动态模型需要进一步平衡精度和时间复杂度,并引入统一动态建模框架中,最终构建统一仿真平台和数字孪生系统。     

基于参数灵敏度的综合能源系统安全控制策略研究

该文基于电–气综合能源系统(integratedenergy system,IES)子系统间的参数灵敏度矩阵,探究IES变量间的交互耦合机理,提出一种IES静态安全控制策略。首先,构建电–气耦合的IES模型,并采用Newton-Raphson法求解IES多能流方程;在此基础上,利用多能流计算过程中的雅可比矩阵信息及变量间的耦合关系,计算IES中电压、气压、支路潮流、管道流量对控制变量燃气轮机出力、压缩机出口压力的参数灵敏度矩阵,定量描述电、气互联系统间交互耦合机理;然后,提出一种IES静态安全控制策略,在保证系统负荷供应的前提下,对IES越限元件基于参数灵敏度矩阵计算压缩机出口压力及燃气轮机出力的控制量,进而调整控制元件的运行状态使其满足IES安全运行要求;最后,通过IES 4-12算例对所提方法进行分析、验证,结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

电–气混联综合能源系统概率能量流分析EI北大核心CSCD

由电力系统(electric power systems,EPS)、天然气系统(natural-gas systems,NGS)之间的耦合与互联构成的综合能源系统(integrated energy systems,IES),对于构建经济、环保、高效的能源系统至关重要。同时,由于IES中大量的不确定因素,有必要将不确定建模技术应用于IES分析。该文将广泛应用于EPS的概率潮流的概念推广到IES的概率能量流分析中,计及了EPS、NGS之间3方面的耦合:1)燃气轮机组;2)电力驱动加压站;3)能源集线器。在IES稳态能量流的基础上,考虑了电、气、热负荷以及风电场出力的不确定性,并采用蒙特卡罗模拟法求解IES概率能量流。算例分析表明,NGS(或EPS)中不确定性因素会对EPS(或NGS)的概率能量流产生影响;同时NGS能量流方程线性化精度明显低于EPS。     

计及相关性的电-气-热综合能源系统概率最优能量流

由电力系统、天然气系统和热力系统耦合构成的综合能源系统(IES)是"能源互联网"的重要组成部分,是构建更加经济、环保、高效能源系统的必经之路。该文提出了一种计及相关性的电-气-热IES概率最优能量流计算方法。首先,以IES运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统、热力系统的运行约束及能量耦合约束,建立了IES最优能量流模型;针对IES中风电接入背景下的不确定性因素,并考虑其相关性,建立IES概率最优能量流模型,并采用基于Nataf变换的三点估计法对该模型进行求解。对由修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统和巴里岛32节点热力系统构成的IES进行仿真分析,仿真结果验证了该文所建立模型的可行性与有效性。     

基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流分析

随着电力系统与天然气系统间耦合程度的日益增强,能源系统间的不确定性因素对电-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)运行状态的影响日趋显著,需在其能量流分析中予以考虑。为此,提出一种基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流计算方法。首先,考虑燃气机组和电驱动压缩机作为耦合元件,构建电力系统和天然气系统的稳态能量流模型,并提出对应的顺序求解方法;然后,基于风电和不同系统负荷的不确定性模型,提出输出状态变量半不变量的计算方法;在此基础上,基于最大熵原理法计算得到不同系统中节点和支路状态量的概率密度;最后,采用IES 118-20节点和IES 2383-60节点综合能源测试系统对所提算法的准确性和有效性进行分析验证,结果表明,所提算法可实现电–气综合能源系统概率能量流的快速准确计算。     

气–电综合能源系统最优潮流及其环境增效研究

为缓解环境污染,提高终端能源利用效率,电力系统(electric power system, EPS)与天然气系统(natural-gas system,NGS)耦合构建的综合能源系统(integrated energy system,IES)已经成为我国能源结构优化的重要发展方向。该文以改进IEEE 14节点EPS与比利时20节点NGS耦合构建的气–电IES为算例,结合环境管理中污染物排放控制方法,选取NOx和SO2作为环境控制因素,建立以气–电综合能源最优潮流模型与环境系统总运行成本最低为目标,系统安全约束以及污染物排放浓度限值作为约束条件的协同优化模型。采用内点法求解其最优潮流,通过不同场景探究环境因素对IES的影响,并分析气–电IES的环境增效。     

考虑运行约束的区域电力–天然气–热力综合能源系统能量流优化分析

能源系统的经济运行与可持续性发展是当今学术界与工业界关注的重点,随着热电联产、热泵、燃气锅炉等低碳技术的发展,区域电力系统、区域天然气系统以及区域热力系统能源耦合愈发紧密,形成了区域电力–天然气–热力综合能源系统,为简单起见,称其为区域电力–天然气–热力系统(regional electricity-gas-heat system,REGHS)。为进一步分析REGHS各能源子系统的互补特性及其协同优化的潜力,首先对上述能源子系统进行建模与求解,基于能源集线器概念,对以区域混合能源站为核心的能源耦合环节进行分析,并形成了REGHS能量流综合求解模型;以经济最优为目标,通过设置合理的运行约束(包括REGHS能源网络约束与HES约束),对REGHS能量流进行优化,为能源供应方案的优选提供了一定的理论根据,引导用户合理、经济用能。经算例验证,通过能源的转换与分配,优化后的REGHS供能成本有效减少,提高了能源综合利用效率,同时,能源子系统均满足其运行约束。     

考虑综合能源站柔性调控作用的城市配电网多阶段规划方法

随着城市经济发展与终端用能电气化的普及,以制冷用电为首的电负荷需求持续增加且峰谷差情况愈发严重化,导致现有配电网运行负担逐渐加重。在此背景下,将综合能源站(IES)作为多能流耦合节点,在配电网中引入多能协调互补及蓄能移峰功能,计及多个阶段负荷发展及多类型负荷特征,提出在IES柔性调控作用下的配电网多阶段规划方法。基于IES能流结构及其运行机制,分别在不同气候类型地区负荷模拟场景下,以总规划期内投资与运行经济性最优为目标,建立由线路、变电站和IES构成决策对象的配电网双层多阶段规划模型,规划与运行层模型通过决策变量关联达成一体化协同求解。通过修改后的IEEE 33节点配电系统对所提方法的有效性进行校验,并进一步将所提方法应用于某地实际152节点配电系统,分析不同负荷特征下配电网规划运行效益、负荷峰谷差调节效果及IES运行状况,得出计及IES的城市配电网规划方法的实用性结论。