基于p-中位模型的区域综合能源系统能源站优化规划

综合能源系统能够实现能源的优化利用,有效提高能源使用效率,缓解环境污染问题。以往对于综合能源系统能源站规划的研究主要集中在设备容量的优化配置方面,较少对能源站位置及管网路径的优化规划进行分析。研究了考虑电、热供应的区域综合能源系统能源站选址及能源传输管网路径优化布局问题。首先,根据p-中位模型建立了能源站选址及管网路径布局的优化规划模型。其次,考虑能源站、管网设备初始投资及施工费用,建立了区域综合能源系统投资费用模型。最后,基于枚举法提出了一种改进求解方法对规划模型进行求解,并以某园区为实例进行仿真分析,验证了所提模型及方法的有效性。     

基于先进绝热压缩空气储能站的电-热综合能源系统优化运行方法

为加强先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)与综合能源系统(integrated energy systems,IES)的多能互补协同,提高系统运行效率,文中提出了一种含AA-CAES能源站的电-热综合能源系统优化运行方法。首先,构建了含AA-CAES能源站的IES基本调度架构;其次,详细分析了AA-CAES装置在压缩和膨胀工况下的储热、换热及供热等特性,建立了AA-CAES电热联供联储运行模型;接着,基于热网管道传热延迟和损耗等动态特性,建立了考虑供热网储热惯性的热网方程;在此基础上,考虑了用户侧可调度资源,提出了计及综合需求响应的含AA-CAES能源站的IES日前优化运行模型;最后,在修改的IEEE33节点配电网和巴厘岛32节点区域供热网进行算例分析。仿真结果表明,所提方法可有效降低IES运行成本,提高IES可再生能源消纳能力。     

考虑风电消纳的综合能源系统“源-网-荷-储”协同优化运行

针对因传统的热电联产(Combined Heat and Power, CHP)"以热定电"运行方式导致的弃风问题,提出一种考虑风电消纳和运行经济效益的综合能源系统"源-网-荷-储"协同优化运行方法。在源侧通过热泵和储能设备解耦CHP"以热定电"运行约束,在网侧构建了稳态电-热潮流,在负荷侧考虑了综合需求响应,提升系统的风电消纳空间。系统以建设运行总成本最小为目标,考虑了能量平衡、稳态电-热潮流和CHP出力等约束条件,构建了考虑风电消纳的综合能源系统"源-网-荷-储"优化运行模型。最后,通过风机的33节点电网和8节点热网构成的综合能源系统验证所提方法的正确性和有效性。多场景仿真结果表明,该方法可有效提升风电消纳空间和系统经济效益。     

考虑需求侧响应的含储能区域综合能源系统运行优化

为提高区域综合能源系统的经济效益,提出了考虑需求侧响应的含储能的区域综合能源系统运行优化模型。首先建立包含储能、分布式能源、微型燃气轮机、燃气锅炉、蓄热槽等区域综合能源系统模型和可转移负荷、可削减负荷的模型。然后以系统的总运行成本最小为目标,构建区域综合能源系统运行优化模型;最后采用cplex求解器进行求解,通过算例验证。结果表明,需求侧响应和储能对提高系统经济性具有积极影响,可转移负荷、可削减负荷、储能在系统的调度中起到了移峰填谷的作用,需求侧响应的引入能有效降低系统总运行成本和峰谷差,验证了模型和方法的有效性。     

基于电热系统联合规划的城市商住混合区能源站优化配置

针对城市能源需求日益增大、分布式光伏发电具有不确定性、商住混合区供热供电独立规划导致能源综合效率不高的问题,基于电热系统联合规划研究城市商住混合区能源站优化配置。首先,考虑光伏出力的不确定性,建立了典型日各时段光伏出力的多状态模型。其次,分别以一定置信度下的年费用和运行费用最小作为上、下层目标函数,提出了嵌入机会约束规划的城市商住混合区能源站接入区域电网、热网的二层规划模型。该模型基于电-热网络综合潮流,考虑了可控分布式综合能源单元的优化调度,因而仿真模拟更符合系统的实际运行,结果更准确。最后,采用分段二进制编码和精英保留策略遗传算法对所提出模型进行求解。北方某城市商住混合区算例结果表明:与电热分产相比,区域电-热系统联合规划能够有效地减少运行费用和污染物排放;随着系统供能可靠性的提升其经济性将有所下降,所以规划时应结合成本增加灵敏度和系统实际要求来权衡经济性和可靠性。     

区域综合能源系统电/热云储能综合优化配置EI北大核心CSCD

随着我国电力市场逐渐开放,用户向产消者角色不断过渡,多种能源互补程度加深,云储能商业模式或将成为未来用户侧储能的新形态。提出将云储能这一商业模式应用于综合能源系统电/热储能的综合优化配置问题。首先,分析云储能特点,建立含云储能的能源集线器结构,分析其输入输出的转化关系。然后,提出基于双层规划模型的区域综合能源系统电/热云储能优化配置方法。内层从用户的角度出发,优化所有用户电/热储能需求;外层从云储能提供商的角度出发,整合内层求解得到的所有用户储能需求,综合优化云储电和云储热配置。最终,将模型应用于3个不同场景并利用CPLEX求解,算例结果验证了云储能模式下进行电/热储能的综合优化配置能够有效节约储能资源,减小成本;并且,用户、云储能提供商、电网和热网将实现互利共赢。     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

考虑区域综合能源系统拓扑特性的能源站和管线规划

为科学指导区域综合能源系统中能源站的建设数量、位置以及供能管线布局,研究了考虑区域综合能源系统拓扑特性的能源站和管线规划方法。首先总结了区域综合能源系统的拓扑特性,根据城市规划方案和地理信息系统获得可供选择的能源站站址和管线通道。进而基于能流平衡约束和热网特性建立能源系统的拓扑描述模型,以初期投资建设和后期运行成本最小化为目标,建立能源站和供能管线布局规划模型,并利用正交多项式逼近等方法对优化模型进行合理的简化处理。算例分析结果表明所提方法可得到更为经济的规划方案。     

考虑负荷灵活分配的综合能源系统站-网-荷协同规划方法

综合能源系统的规划建设是构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系的重要组成部分。针对目前综合能源系统能源站与多能网络联合规划存在的灵活性与协同性不足问题,提出一种考虑多能负荷灵活分配的综合能源系统站-网-荷协同优化规划方法。首先,基于图论理论与P中位模型,提出多能负荷灵活分配的综合能源系统能源站选址,以及考虑站间互连的多能网络布局规划方法。其次,构建计及网络约束的综合能源系统运行架构,进一步建立能源站设备、负荷侧设备与多能网络管线的容量协同配置模型。最后,建立综合能源系统的站-网-荷协同优化规划模型,并将其转化为混合整数线性规划问题进行求解,得出包含站点选址、网络布局以及设备配置的系统规划方案。算例分析表明,所提方法能有效减小系统投资建设成本与网络传输损耗,使规划方案更为经济合理。     

考虑联络线峰谷差和电网运行效益的综合能源系统规划

针对当前综合能源系统规划未考虑联络线峰谷差对电网运行的影响,提出了考虑联络线峰谷差和电网运行效益的综合能源系统规划方法。以电网全年运行费用和综合能源系统年费用标幺值之和最小为目标,以联络线传输功率为约束,建立了综合能源系统优化规划模型;利用精英保留策略遗传算法和分支定界法求解综合能源系统设备配置及优化调度,采用最优潮流求解计及联络线实际传输功率的电网运行效益。对改进的IEEE 30节点系统进行仿真分析,验证了所提模型的有效性;同时,控制联络线峰谷差率可以降低电网安全运行风险,减少综合能源系统接入带来的电网运行成本。     

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明：在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。     

考虑多能负荷不确定性的区域综合能源系统鲁棒规划

提出了一种考虑冷电热多能负荷不确定性的区域综合能源系统鲁棒规划方法。基于能源集线器(energy hub,EH)模型,建立了含冷电热三联供、燃气锅炉、集中式制冷站在内的区域综合能源系统模型;根据历史/预测年8 760 h多能负荷数据,通过k-means聚类分群方法得到多个典型日负荷场景,以上下界区间描述负荷不确定性,形成鲁棒规划模型;将相应鲁棒规划模型等价转化、形成子问题为凸的混合整数规划模型求解。算例结果证明了该规划方法的有效性,同时体现了综合能源系统多能互补集成优化效益。     

含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型

天然气压力能的不确定性与其管网负荷随机波动性,限制了综合能源系统中压力能利用效率的提高.提出一种天然气调压站压力能发电与制冷的综合利用模式及系统架构.首先,为解决天然气管网流量波动导致压力能不稳定、供需不平衡的问题,通过研究调压站综合能源系统中的压力与负荷不确定性因素,分析压力能不确定性及综合能源系统与调压站集成系统相关性对综合能源系统优化调度的影响,确立综合能源系统不确定性因素与模型.然后,在此基础上,将气体作为冷能传输介质,考虑气、冷、热不同能量的传输特性,分析该系统分时间尺度能量平衡关系,并兼顾经济性与低碳性建立含天然气调压站的综合能源系统优化调度模型,进而采用混合整数非线性规划法进行求解.最后,通过某实际调压站综合能源系统验证了所提优化调度模型的可行性与有效性.     

计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度

可再生能源接入的综合能源系统具有不确定性特征,然而随机规划与鲁棒优化等求解方法存在鲁棒性不足或过于保守等问题。气网管存是综合能源系统中重要的灵活性资源,可以有效平抑不确定性的影响。鉴于此,提出计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度方法,通过充分利用系统中的灵活性资源,促进可再生能源消纳,实现系统安全稳定运行。在分析天然气管道中气体流动特性和管存效应的基础上,以系统综合成本最低为目标,建立计及气网管存效应的综合能源系统优化调度模型。针对风电出力和电负荷不确定性特征的差异性,分别采用概率分布集和梯形模糊函数对风电出力和电负荷不确定性进行刻画。在此基础上,建立综合能源系统分布鲁棒优化调度模型,并采用列约束生成算法进行求解。最后,通过算例分析验证了所提方法的准确性与有效性,并且结果表明所提方法在应对不确定场景时具有较强的调节能力和良好的经济性。     

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。     

考虑综合需求响应与“双碳”机制的综合能源系统优化运行

针对我国经济社会发展所面临的高耗能、高污染问题,综合能源系统(integrated energy system, IES)为解决能源效率和环境污染等问题提供了新的途径。同时,灵活协调系统内各设备出力是实现系统低碳经济运行的关键前提。为进一步挖掘IES在经济运行与低碳环保方面的调度潜力,提出一种IES低碳经济调度模型。首先,建立一个包含光伏、风电、燃气机组、多种储能、碳捕集与电转气等设备的IES模型,并结合电、气、热负荷能源转换间耦合关系与柔性特征,构建综合需求响应模型。其次,考虑IES加入碳交易市场,引入阶梯式碳交易成本模型,对系统碳排放量进行制约。最后,以包含购能成本、碳排放相关成本以及需求响应补偿成本的系统综合运行成本最低为优化目标,采用CPLEX软件对模型求解。采用CPLEX软件对多种运行场景仿真求解,结果表明：所提出模型可有效降低系统运行成本与碳污染排放量。     

考虑多重区间不确定性的用户侧综合能源系统双层优化配置

为了解决用户侧综合能源系统规划和运行中缺乏不确定性因素考虑的问题,提出一种双层优化配置模型.为此,将负荷预测、可再生能源发电和能源价格的不确定性表示为区间数形式,以设备年投资费用和年运行费用为目标,且考虑运行费用波动水平的影响,构建了考虑区间不确定性的用户侧综合能源系统双层优化配置模型,上层采用粒子群优化,下层通过区间...     

考虑生物质供给价格弹性的工业园区综合能源系统规划

针对以生物质联供机组为核心的综合能源系统(integrated energy system,IES)在实际运行过程中存在的生物质燃料收集困难、供应不稳定等问题,文章提出了一种考虑生物质供给价格弹性的综合能源系统规划方法。首先,基于生物质收购价格弹性理论建立了秸秆收集成本模型,并将其引入工业园区综合能源系统双层规划中。其次,上层模型以设备规划容量及秸秆收购价格为优化变量,以年化综合费用最小为优化目标;下层模型以设备逐时出力及秸秆消耗量为优化变量,以考虑价格弹性的秸秆收集成本在内的年运行成本最小为优化目标,并采用粒子群算法和CPLEX工具箱进行联合求解。最后,以吉林省某典型工业园区为算例验证了所提规划方法更贴合工程实际情况,具有更加优越的经济性。