电—气集成能源系统环境下的电力系统动态输电断面识别

随着电力系统中可再生能源发电占比的不断增加和电转气技术的逐步成熟,电力系统和天然气系统的耦合程度逐步加深,电-气集成能源系统应运而生。这将影响电力系统的运行状态,进而影响对输电断面的识别。在此背景下,发展考虑IEGES运行安全性的电力系统动态输电断面识别方法。首先,以最小化系统运行成本为目标函数,考虑电力系统的物理运行约束,建立IEGES环境下电力系统的运行优化模型。接着,采用扩展拉丁超立方算法模拟间歇性可再生能源发电出力的不确定性,并对样本进行削减并生成含概率信息的典型场景集合。然后,采用基于分区的输电断面搜索方法对IEGES环境下的电力系统进行输电断面识别。最后,以修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的IEGES为例,对所提方法进行说明并验证其有效性。     

不同阶梯式碳交易机制的含电制氢综合能源系统规划

针对含电制氢综合能源系统规划问题，为了充分考虑综合能源系统的低碳性，提出了一种计及碳超额率的阶梯式碳交易的含电制氢综合能源系统规划方法。首先，建立了计及碳超额率的阶梯式碳交易模型。然后，以年运行成本最小和碳排放量最低为目标函数，建立了基于计及碳超额率的阶梯式碳交易的含电制氢综合能源系统规划模型，对含电制氢综合能源系统进行最优配置。最后，通过仿真验证了计及碳超额率的阶梯式碳交易机制的低碳性、适用性和经济性，并讨论了碳交易参数与系统规划之间的相互耦合影响。     

基于CVaR的高比例光伏区域综合能源系统优化调度

在“双碳”目标的驱动下，以光伏为代表的分布式能源正大规模接入配电系统与配气系统，二者间的耦合也更加紧密，为低碳可持续能源系统的构建带来了新的机遇，然而，由于分布式能源的随机性，其也不可避免的造成了两个系统间潜在的运行风险。基于此，本文提出了一种高比例光伏渗透率下区域综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，在高光伏渗透率的前提下，建立了考虑储能设备的电-气区域综合能源系统日前调度模型，利用二阶锥松弛将模型线性化。其次，基于CVaR风险评估模型的理论基础，建立并简化了损失函数。接着，在实时调度过程中考虑CVaR风险评估模型，建立了考虑CVaR风险评估的区域综合能源系统实时调度模型，以平衡不同风险态度下新能源不确定性导致的风险成本。最后，将前述两个模型合并，建立了区域综合能源系统日前-实时多时间尺度调度模型，分析区域电力系统与区域天然气系统之间的相互作用与能量流动。在算例分析中设计了不同的负荷强度方案对模型进行验证，分析了不同方案下系统购电量与不同设备运行参数的变化。结果表明，所提模型可以有效缓解因新能源随机波动带来的运行风险，同时考虑耦合设备的运行调控能够促进区域综合能源系统的耦合运行并取得良好经济效益。     

面向规模化风电消纳的电-气-氢能源互联系统协同规划

高比例风电接入系统趋势下,考虑将规模化新能源转化为氢气等清洁气体,配合燃气设备发电,以解决可再生能源消纳和减少碳排放问题。首先介绍了电-气-氢能源互联系统能流结构框架和关键设备运行模型;其次,计及源、荷的不确定性,构建含燃气机组、储氢装置、燃料电池以及电转气(Power To Gas, P2G)设备的优化规划模型,通过二阶锥松弛和分段线性法将其转化为混合整数线性规划模型进行求解;最后采用IEEE-9节点电力网络和7节点天然气网络联合系统进行算例验证。结果表明,储氢装置及燃料电池的应用,降低规划总成本的同时能够提升风电消纳和减少碳排放,且考虑不确定性的规划方案能够提高系统灵活性,保证系统可靠运行。     

电—气互联下燃气状态对电力系统小干扰稳定的影响

针对电—气互联下燃气压力和流量变化对电力系统小干扰稳定影响问题,建立考虑天然气传输延迟和天然气管道、燃气发电机组动态特性的电气互联系统小干扰稳定模型;提出了天然气传输延迟下燃气压力、流量变化与相关特征值的数学关系,从而揭示燃气状态对电力系统小干扰稳定影响机理;通过获取燃气变化影响相关振荡模态的参与因子,从而定量评估燃气流压力和流量对系统小干扰稳定的影响程度.天然气发电CHP接入无穷大电网和含2台CHP的改进IEEE 9节点系统算例仿真结果表明,该文提出的模型和方法正确有效.     

考虑降低碳排放的多源微网经济调度方法

在低碳电力的背景下,含多种新能源的微网系统成为节能减排的重要模式.为保证新能源消纳同时兼顾微网的经济性与环保性,本文将碳交易机制引入微网的运行调度模型中,构建了含风电、光伏发电、燃气轮机的微网优化调度模型.该模型综合考虑了碳交易成本,风电、光伏发电的运行成本和外购能源成本以及电力平衡的相关约束.算例对本文模型与传统无碳交易模型的调度结果进行对比,并分析了不同新能源消纳比例的碳排放量、运行成本等,从不同角度验证了该模型的有效性.     

考虑需求侧协同响应的社区综合能源系统低碳经济调度

针对含电-热-冷-气子系统的综合能源系统中潜在的可调度资源,基于能源集线器,构建了包含燃气轮机发电系统、储能、需求侧响应模型在内的社区综合能源管理系统数学模型。该模型根据电、热、冷、气负荷需求特性的不同,分别建立相应需求响应模型。从社区能源运营商的角度出发,以包含系统运行成本和环境成本的系统总成本最低为目标函数,建立社区综合能源系统日前优化调度模型,采用Yalmip工具箱和Cplex求解器对算例进行求解,得到各个设备的最佳出力。仿真结果表明,对比未考虑需求侧协同响应的场景,电、热、冷、气需求侧响应参与调度可以优化负荷曲线,降低系统能耗,减少CO2排放,并使系统经济性达到最优。     

负荷重分配攻击下电-气系统损失评估与脆弱性分析

在电力信息物理系统中,负荷重分配（load redistribution,LR）攻击是一种常见的虚假数据注入攻击。而在天然气网与电网耦合紧密的背景下,针对电–气耦合系统（integrated electricity natural gas system,IEGS）的负荷重分配攻击可能会对系统的安全运行造成更严重的影响。因此本文对电-气耦合下的LR攻击展开深入研究。首先,在分析IEGS双侧协同LR攻击作用机理的基础上,研究LR攻击的实施策略。其次,计及连锁故障对电网的影响,以IEGS经济损失最大为目标函数,建立IEGS下LR攻击的损失评估模型,统一度量了不同能源子系统的损失,量化了不同场景下LR攻击对系统安全经济运行的风险,定义了新的节点综合脆弱性评价指标,全面深层次分析IEGS中的高脆弱性节点。再次,对天然气管道流量方程中的非线性项进行线性化处理,将IEGS调度模型转化并添加到攻击者模型中,作为Karush–Kuhn–Tucher（KKT）最优条件,从而将整个模型转换为混合整数线性规划问题。最后,在IEEE 39节点和改进比利时20节点算例系统上,进行了3种LR攻击场景的仿真,验证了3种攻击在不同攻击资源下的攻击效果,分析了系统高脆弱性节点的分布与变化,并给出了针对不同LR攻击形式的系统综合保护策略。实验结果表明,双侧协同LR攻击会对系统造成更严重的损失,但依据本文评估和分析方法采取综合保护策略后,系统损失显著降低。     

计及可转移负荷的电-气综合 能源系统多目标优化

可再生能源发电、电转气(power to gas, P2G)技术和电动汽车等的快速发展,促进了电-气综合能源系统(integrated electricity-gas energy system, IEGES)的形成和发展。IEGES可以提升多能源系统的经济运行,但同时也引起了新的问题和挑战。在此背景下,研究包括P2G装置、间歇性可再生能源发电机组和电动汽车的IEGES系统的协调运行策略。首先,构建计及可转移负荷的IEGES多目标优化模型,以最小化系统运行成本、弃风弃光量和配电系统网损为优化目标,并考虑配电系统和配气系统相关的运行约束等;然后,应用模糊集理论将多个目标分别转化为隶属度函数,并采用加权综合指标法将多目标转化成单目标,之后采用AMPL/IPOPT商业求解器求解;最后,以修改的54节点配电系统和19节点配气网络所构成的IEGES为例,对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明。     

区域电-气综合能源系统故障恢复与维修协调优化策略

极端灾害事件的频发严重威胁区域电-气综合能源系统(Regional Integrated Electricity-Natural Gas System, RIENGS)的安全可靠运行,协调故障恢复与维修策略可有效提升系统的韧性。针对深度耦合的RIENGS,文中提出一种面向韧性提升的灾中-灾后两阶段故障恢复与维修调度的协调优化策略。首先,在灾中第一阶段,建立RIENGS故障快速恢复模型,考虑负荷优先级和系统拓扑重构策略,在应急恢复阶段实现重要负荷的快速恢复;然后,在灾后第二阶段,以系统总负荷损失成本最小和维修时间最少为目标函数,建立RIENGS网络重构和维修调度优化模型,并将模型转化为混合整数二阶锥规划(Mixed-integer Second-Order Cone Programming, MISOCP)问题;最后,通过13节点配电网和7节点配气网进行算例分析,验证了所提方法在减少RIENGS负荷损失方面的有效性。     

含风电场的电力系统环保经济调度研究

在节能减排的电力市场环境下,清洁能源发电因其发电成本较低,环境污染小,而具有日益重要的地位。本文研究风电接入系统后的电力系统动态经济调度,建立了含风电场的环保经济调度数学模型,提出以系统总发电成本最低为目标函数,并考虑常规火电机组和风电场的各种约束条件。根据某地区的实际负荷数据,利用搜索能力强、寻优速度快的粒子群优化算法进行仿真验证,结果表明数学模型与优化算法的正确性与有效性。最后,应用相对熵均衡性理论,对优化调度的决策结果进行评价与选择。     

基于改进萤火虫算法的含风电系统环境经济调度

人们对环境保护意识的提高以及风电渗透率的不断攀升,使得电力部门对含风电系统的调度提出更高要求。为了在降低碳排放量及促进风电消纳的同时将发电成本控制在最低,该文建立考虑环境与经济指标的含风电系统环境经济调度模型,模型中的目标函数考虑火力发电成本、旋转备用成本、碳排放权交易成本、风力发电成本及弃风惩罚成本。针对传统萤火虫算法寻优过程中易出现的振荡问题,该文提出一种变步长萤火虫算法对模型进行求解。结合修改后的IEEE 39节点算例进行仿真分析,仿真结果验证了所提模型的可行性以及变步长萤火虫算法求解此类问题的有效性。     

计及电转气技术的一种区域综合能源优化方法

随着可再生能源的大量开发,可再生能源的不稳定与电网建设的滞后等问题导致了严重的弃风弃光现象,造成了大量资源浪费,带来了较为严重的经济损失。能源互联网的提出可有效解决大规模可再生能源的消纳问题,提高新能源利用率。在此背景下,文章提出以日前24 h区域经济效益最优为目标的区域综合能源优化模型,该模型引入电转气技术,并考虑目标区域的风电与负荷特性,将在满足区域电负荷后的富余风电转化为易存储的天然气,再将天然气卖给区域用户,若在满足区域气负荷的情况下还有富余气量,则将富余天然气转卖给燃气公司通过燃气管道送给用户,进而实现日前24 h区域经济效益最优。最后,仿真实验验证了电转气技术的消纳风电潜力及其可以带来的可观经济效益。     

考虑不确定性分布式电源影响的配电网无功补偿配置方法

分布式风电、光伏电池等出力不确定性电源在配网中的推广会造成系统潮流波动,配置一定容量的无功补偿可以降低节点静态电压越限概率,减少网损,提高系统运行可靠性.以补偿电容的投资支出、系统网损、电压质量以及废气排放量等综合最优为目标函数,在约束条件中计及节点电压越限概率的上限值,建立考虑不确定性分布式电源影响的补偿电容优化配置模型,并采用遗传算法进行最优求解.算例结果表明,该无功补偿最优配置方案能提高节点电压期望水平,降低越限概率,实现经济效益、环境效益以及电压质量的综合最优,验证了所建模型的合理性和有效性.     

电力市场下含风电场电力系统动态无功成本优化研究

在电力市场逐步完善的背景下,为无功调压设备制定计价原则,可以平衡发电企业和供电公司的利益并降低无功补偿成本。首先考虑双馈风机与同步电机的P-Q特性建立发电机无功计价模型,提出了一种在风速波动下的双馈风机无功分段计价策略,建立了以发电机无功成本、离散变量动作折旧价格、有功网损折合成本和节点电压总偏差为目标函数的动态无功优化模型。采用改进杂交粒子群算法对所建立动态无功优化模型进行求解,提高了全局寻优能力和收敛速度。最后以IEEE30节点为例,用MATLAB软件进行了仿真分析,验证了所提出的模型、策略和算法的有效性。     

考虑风光多维时空相关性的电源规划方法

提出考虑风光多维时空相关性的电源规划方法。基于Copula理论和风光出力概率分布建立考虑风光多维时空相关性的风光出力模型, 将出力场景应用于双层电源规划模型中, 提出考虑风光多维时空相关性的电源规划方法。上层是以总规划费用最小为目标函数的投资决策模型, 下层是以运行经济性和调峰特性最优为目标的短期运行优化模型。通过某地区算例验证分析了所提方法的有效性。结果表明,考虑风光时空相支性能够降低数据模拟误差,提高规划方法的经济效益,改善调峰特性。     

风光互补抽水蓄能电站系统配置研究

风光互补抽水蓄能电站是集合了传统水能与风、光新能源各自优势的一种新的多能互补开发方式。针对西藏阿里地区独特的自然地理条件,提出了这种开发方式的能量、水量平衡和抽水系统容量的计算模型,按成本电价和单位千瓦投资最低建立了风光互补抽水蓄能电站系统配置的优化模型。对阿里地区风光互补抽水蓄能电站进行了系统配置实例分析研究,得到了水能、光能和风能容量的最佳配比和相应容量配置要求。研究成果表明,这种多能互补开发方式可克服目前火电站及光伏电站成本电价高和运行维护技术要求高的缺点,具有独特的技术、经济优势,是解决阿里地区能源供应问题的有效途径之一。     

考虑经济效益的风储联合发电系统的最优功率预测

准确的风功率预测及经济效益最大化问题一直是电力系统关注的热点,同时也决定风储联合系统参与调度的积极性.因此,文中构建了考虑经济效益的风功率预测模型和风储联合调度模型.首先,分析不同损失函数下的最优预测理论,并选择基于成本导向的增强回归树建立考虑了预测误差成本的风功率预测模型,该模型通过降低预测误差成本提高风电场经济效益;然后,以风功率预测模型的实验结果为基础,构建风储联合调度模型,最大化风电场的经济效益;最后在两个风电场中验证文中所提方法的有效性和先进性.