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。     

大规模综合能源系统电-气-热多能潮流建模与计算方法

为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,综合能源系统IES已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握IES多能流耦合机理,对开展后续系统规划、优化和分析问题的研究具有重要意义。本文提出了一种适用于含电、气、热网络的大规模综合能源系统电-气-热多能潮流计算方法。首先,建立了电力网络、热力网络、天然气网络的稳态数学模型;建立了基于通用能量母线模型的IES耦合环节数学表达形式;在此基础上,采用牛顿-拉夫逊方法对大规模综合能源系统多能潮流计算模型进行解耦求解;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

计及天然气管网压力能发电的IES优化调度

针对天然气管网压力能利用率低及各能源负荷波动导致能源系统不稳定等问题,提出考虑天然气管网压力能发电技术的电-热-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)优化调度方法。首先通过?分析法建立天然气压力能发电模型,然后基于天然气管存调控技术提出一种准动态压力能发电模型;结合能源设备模型,构建了天然气管网压力能与电、气、热相结合的IES架构。并通过分时电价的激励,达到电力负荷的削峰填谷以及系统的经济运行。引入算例,分析比较3种场景下系统运行成本、系统净负荷波动以及各部分出力,验证了所提调度方法能够有效改善电网负荷波动并降低系统的运行成本。     

计及N-1安全准则的能量枢纽优化配置

多种能源系统通过集成和优化而形成的综合能源系统(IES)为解决能源与环境问题提供了新途径。能量枢纽(EH)作为多种能源系统的耦合环节,其设备组成与容量配置对IES的安全经济运行至关重要。在此背景下,提出了一种计及N-1安全准则的含电力系统、天然气系统和热能负荷的EH优化配置方法。首先,在EH架构下,对IES的能源耦合部分进行建模;然后,以年综合运行费用最小为目标函数,考虑能源耦合部分约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束和电力系统的N-1安全约束,建立了EH优化配置的混合整数二阶锥规划模型,并利用商业求解器YALMIP/GUROBI求解;最后,采用一个IES算例对所构建的优化模型与求解方法进行了说明。     

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。     

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。     

计及综合需求响应的社区综合能源系统优化调度

综合能源系统（IES）需求侧潜在的电、热、冷和天然气可调度资源是降低IES运营成本的重要因素。为了在降低IES运营成本的同时保证用户用能满意度,建立了考虑综合满意度约束的IES日前优化调度模型。首先,基于温控负荷的热惯性建立社区综合能源系统柔性热负荷和冷负荷虚拟储能模型。同时,基于可平移、可转移、可削减的分类方法建立柔性电、气负荷优化调度模型。此外,基于主观法和客观法相结合的综合赋权方法建立满意度模型,并对比不同满意度约束下IES运营经济性和设备容量利用率。在Matlab软件平台编程并应用分支定界法求解仿真算例。仿真结果表明,所提出的优化调度模型可以降低IES运营成本,提高IES设备容量利用率,并保证用户用能满意度。     

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。     

计及电-气-热综合能源系统的输配协同优化调度

具有强不确定性特征的风电渗透于各级电网,而传统的电、气、热能源系统相互分离、输配电网分级调度的运行模式难以挖掘全网资源实现全局最优的调度策略,从而影响风电的消纳能力。为此,提出了计及电-气-热综合能源系统的输配协同机组组合模型。首先,根据电-气-热IES多能耦合特性和输-配物理互联特征构建协同优化框架,确定全网统一分析和分布式优化的基本思路。在此基础上,对电-气-热三网耦合系统的输配协同优化调度进行逐层建模。然后,基于此模型,以联络线交换功率作为耦合变量,将其等效为虚拟能源站,并采用目标级联分析法实现对考虑电-气-热IES的主动配电网与输电网的解耦和分布并行优化求解。此外,针对天然气管道气流Weymouth方程的非凸性,采用增量分段方法将本文模型转换为混合整数线性规划问题。最后,以T6D2系统和T118D10系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

基于综合需求响应的负荷聚合商最优市场交易策略

在区域综合能源系统(IES)层面上,从市场角度入手,提出建立电-气-热多能源日前市场,阐述了负荷聚合商(LA)参与多能源日前市场的基本交易机制。在该市场模式下建立综合需求响应(IDR)模型,进而以LA利润最大为优化目标,研究基于IDR的电-气-热最优联合交易策略。为保证市场交易满足区域IES的安全运行要求,建立了电-气-热IES的网络模型。以IEEE 33节点配电网-11节点气网-6节点热网的区域IES为例验证了所提方法的有效性,通过对传统需求响应(DR)和所提多能源市场IDR模型的对比分析,验证了所提多能源市场IDR模型不仅有利于提升LA的市场盈利,而且通过多能源峰谷互济可满足多元负荷需求,平抑负荷波动。     

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。     

An integrated multi-energy flow calculation method for electricity-gas-thermal integrated energy systems

The modeling and multi-energy flow calculation of an integrated energy system (IES) are the bases of its operation and planning. This paper establishes the models of various energy sub-systems and the coupling equipment for an electricity-gas-thermal IES, and an integrated multi-energy flow calculation model of the IES is constructed. A simplified calculation method for the compressor model in a natural gas network, one which is not included in a loop and works in constant compression ratio mode, is also proposed based on the concept of model reduction. In addition, a numerical conversion method for dealing with the conflict between nominal value and per unit value in the multi-energy flow calculation of IES is described. A case study is given to verify the correctness and speed of the proposed method, and the electricity-gas-thermal coupling interaction characteristics among sub-systems are studied.     

基于改进时间约束Petri网的综合能源系统运行优化及可靠性评估

综合能源系统包含的设备和负荷类型众多,设备之间的耦合方式多样,在实际综合园区建设过程中,对不同供能方式的经济性和可靠性评估显得尤为重要。首先,通过构建冷热供能系统的时序模型、耦合设备和储能装置的通用模型,并结合时间约束Petri网基本建模原理,建立了系统的运行优化模型;然后,对系统中元件两状态模型进行分析,建立系统的状态空间模型;并通过系统状态进行随机抽样并计算相应的供能可靠性指标。最后,通过对含有储热、储电、储气等多能存储的实际综合园区进行算例分析,评估不同运行方式下多能源系统的可靠性和经济性,从而为实际园区建设提供理论分析依据。     

基于改进时间约束Petri网的综合能源系统运行优化及可靠性评估

综合能源系统包含的设备和负荷类型众多,设备之间的耦合方式多样,在实际综合园区建设过程中,对不同供能方式的经济性和可靠性评估显得尤为重要。首先,通过构建冷热供能系统的时序模型、耦合设备和储能装置的通用模型,并结合时间约束Petri网基本建模原理,建立了系统的运行优化模型;然后,对系统中元件两状态模型进行分析,建立系统的状态空间模型;并通过系统状态进行随机抽样并计算相应的供能可靠性指标。最后,通过对含有储热、储电、储气等多能存储的实际综合园区进行算例分析,评估不同运行方式下多能源系统的可靠性和经济性,从而为实际园区建设提供理论分析依据。     

综合能源系统混合时间尺度运行优化

综合能源系统融合电、气、热等多种能源子系统,不同能源网络动静态特性与设备控制特性差异显著。为实现电、气、热异质能流网络和设备协同运行,建立综合能源系统混合时间尺度运行优化框架,包含混合分辨率建模与混合指令周期调度。混合分辨率建模采用与气网、热网动态过程相匹配的模型分辨率刻画能流动态过程,平衡模型的精确度与问题的复杂度,实现电气热多能网络动态过程的协同优化;混合指令周期调度立足于多种异质能流的传输特性差异和多类型设备的控制特性差异,兼顾源/荷多重不确定性,确定各子系统的最佳调度指令周期,实现多能子系统间的协调运行。算例结果验证了所提方法的可行性。     

综合能源系统日前-日内多目标优化控制策略

多能互补综合能源系统(Integrated Energy System,IES)的发展为实现能源高效利用和生态环境改善提供了新的可能,文中充分考虑IES多目标运行约束,以及不同能源响应特性在时间尺度上的差异,提出一种基于多目标的IES日前-日内分层优化控制策略。在日前阶段,考虑环保、能耗、可靠性、经济等多目标,将前三类通过量化评价指标加入到模型约束条件中,构建IES日前多目标优化模型,合理安排供能储能机组的出力计划;在日内阶段,依据冷热能和电能的调控时间差异实现分层控制,上层控制和下层控制分别通过机组调控惩罚成本,引导滚动修正机组出力平抑冷热能功率波动和电能功率波动。最后,基于一种典型IES结构设计算例,分析IES日前控制和日内控制各设备出力,验证所提方法的有效性。     

基于多能流解耦算法的综合能源系统N-1静态安全分析

综合能源框架下,各能源子系统间的能量交互更加频繁,多能流协同运行在提高运行能效的同时,也使传统面向单一能源子系统的安全性分析方法难以适用,有必要针对电—气—热的综合能源系统静态安全问题进行深入分析。首先,建立含电、气、热的综合能源系统数学模型,计算综合能源系统静态多能流;其次,针对综合能源系统耦合元件提出互济控制模式和保护控制模式两种控制模式;在此基础上,建立预想事故集,对综合能源系统进行静态N-1安全校核;通过分析综合能源系统的静态N-1安全校核结果,探究耦合元件退出运行以及耦合元件不同控制模式对综合能源系统运行安全性的影响;最后,通过IES 14节点测试系统算例对所提出的综合能源系统N-1静态安全分析方法的准确性和有效性进行了分析、验证。     

考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化

在综合能源系统中,利用电、热、气的互补耦合特性可以提高系统运行的灵活性.针对综合能源系统的日前优化问题,文中建立了考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化模型.首先,对热网与气网的管网动态特性进行分析,构建了多能流动态传输方程.其次,基于用户热感知的模糊性,考虑了热负荷的柔性调节能力.然后,同时考虑价格型负荷和替代型负荷,引入综合需求响应以优化次日的负荷曲线,挖掘用户侧的需求响应能力.最后,对所提模型进行了验证分析,结果表明管网的动态特性可以有效提升系统的整体灵活性,相对稳态模型而言,协同优化动态模型可以更加准确地反映系统的运行工况,保证系统运行安全.此外,仿真结果还表明考虑综合需求响应可以有效促进新能源消纳,提升系统运行的经济性.     

考虑冰蓄冷空调多模式的工厂综合能源系统多能协同优化模型

综合能源系统(integrated energy system,IES)是实现多能耦合与能量梯度利用的关键技术。工厂是包含多种能源形式的复杂能源系统,存在较大的优化空间。文章针对工厂IES提出一种考虑冰蓄冷空调多种工作模式的多能协同优化模型。首先介绍工厂IES供能架构,并对IES中的各类设备进行建模。然后,以运行维护成本、购电成本、燃料成本和储能折旧成本构成的日运行费用最低为优化目标,在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下,采用混合整数线性规划法对模型进行求解。算例分析表明,多能协同优化策略能够有效减少工业用户的运行费用,设备的不同工作模式也将影响工厂的供能策略。优化模型可根据工厂设备工作模式不同,提供更加准确的优化策略,在工程实际中具有很好的参考价值。