计及经济性和可靠性因素的区域综合能源系统双层协同优化配置

现有的区域综合能源系统优化配置方法在可靠性约束条件下求得经济性最优,容易产生过度投资或可靠性不足等问题,限制了配置方案的可选择性和实用性.为了解决上述问题,该文基于区域综合能源系统状态转移时序性模型,以经济性和可靠性作为优化目标,建立了区域综合能源系统规划与运行相结合的双层多目标优化配置模型.上层规划模型以系统年净成本和综合缺能率最小为目标,采用NSGA-II算法求取配置方案的Pareto最优解集;下层优化运行模型将上层模型确定的配置方案转换为线性约束条件,以系统切负荷量最低和运行经济性最优为目标实现系统的优化运行,采用序贯蒙特卡洛法对运行可靠性进行量化,并将运行成本和可靠性量化值反馈至上层模型.通过某区域综合能源微网系统进行算例验证,分析了不同配置方案经济性和可靠性之间的关系,并通过给出最优解集的方式实现了多目标优化方案的可选择性.     

结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划

综合能源系统可实现各类能源的优化利用,有效解决环境污染与能源浪费等问题,具有良好的发展前景。文中重点研究基于冷热电联供(CCHP)系统和热网构建的多区域综合能源系统的规划问题。首先针对各区域CCHP系统之间的环状热网,建立了考虑节点流量平衡、热能—流量约束及热损平衡约束的热网模型。结合CCHP系统能量平衡约束和热网模型,建立了多区域CCHP系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。最后以天津市某综合区域为例进行仿真分析,结果表明多区域协同规划和运行能大幅提高燃气轮机利用率,降低燃气锅炉配置容量,最小化热能传输损耗,从而显著降低运行费用。     

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...     

基于能量枢纽的沼–风–光综合能源系统双层协同优化配置

针对沼-风-光乡村综合能源系统协同优化问题,构建了综合能源系统能量枢纽模型,并提出沼-风-光综合能源系统配置-运行协同优化双层规划模型,上层以年化总成本最小和碳排放量最小为目标,采用NSGA-II算法获取配置方案Pareto最优解集;下层以运行成本（包括碳排放成本）最小为目标获取最优运行方案,引入启发性规则,排除上层输入配置方案可能存在的设备冗余,加速上层优化配置。通过对福建某乡村沼-风-光综合能源系统进行算例验证,结果证明了所提优化配置和运行方案的多元性和优越性。     

考虑热网潮流的区域热-电综合能源系统协同优化配置研究

区域热-电综合能源系统作为连接跨区域和用户侧综合能源系统的“桥梁”,如何协同其设备配置与系统运行是值得关注的问题。首先,研究建立了考虑流向可变量调节运行方式下的热网模型,通过松弛结合罚函数的方式将其转化为二阶锥形式;进一步结合其他设备及电网潮流模型建立了协同优化配置模型,该模型下的设备配置策略能够同时优化多种设备接入节点的位置及其配置容量。算例结果表明:与传统配置策略相比,同时考虑设备容量及节点位置的配置策略能够减少设备容量配置冗余,降低规划及运行综合成本;流向可变的热网模型能提供更灵活的运行方式以增加设备配置的灵活性,得到成本更低的配置方案。     

考虑综合需求响应的综合能源系统优化运行

提出一种考虑综合需求响应的综合能源系统容量配置和优化运行方法。首先,构建综合能源系统,进一步介绍了各单元设备运行原理,分析可控类型负荷参与综合能源系统需求响应的原理。然后,建立设备容量配置及运行策略的双层协同规划模型,以规划总成本最低为目标建立上层容量配置模型,以运行成本最低为目标函数建立下层优化运行模型,分别利用差分进化算法和CPLEX线性求解器求解双层规划模型。最后,以典型日内综合能源系统负荷需求、用能价格等数据为例,通过算例分析验证了本文所提模型的实用性和有效性。     

考虑多能互补的区域综合能源系统多种储能优化配置

在区域综合能源系统中配置多种储能装置可提高系统的经济效益,是区域综合能源系统规划的重要研究方向。基于区域综合能源系统的基础架构和模型,研究了蓄冷、储热、储电和混合储能在冷热电联供(CCHP)机组和电制冷等设备多能互补协同运行情况下的盈利策略,讨论了系统配置不同储能的经济性和可行性,建立了全寿命周期的冷热电储能调度规划双层优化模型,并利用确定性迭代算法进行求解。针对某实际区域综合能源系统的多个供能季不同日负荷曲线,应用双层优化模型求解运行调度方案和储能配置容量。算例结果表明:配置蓄冷和储热在多能互补协同运行系统中有较大的盈利空间,而配置储电的利润空间较小,且考虑多能互补的混合储能方法可以进一步挖掘系统的盈利能力。     

用户级综合能源仿真分析系统研究与开发

为了在规划阶段合理把控综合能源系统布局,充分发挥综合能源系统高效运行优势,结合分布式综合能源站的实际建设需求,提出用户级综合能源仿真分析系统的逻辑构架、仿真方法和功能模块等设计思路,并采用Visual Studio企业应用平台对综合能源仿真分析系统进行开发。系统的仿真分析以整体经济效益、运营环节效益、综合能效为可选优化目标,综合考虑不同季节负荷水平、系统运行方式、系统资源配置等因素,通过负荷分析、容量配置以及优化运行,实现综合能源系统最优配置方案的自动生成,并具备不同优化方案设计对比功能。以某用户级综合能源园区为例进行仿真分析,计算分析结果与实际分布式能源站项目可研报告中的拟建设规模基本一致,充分表明了仿真分析系统的有效性与实用性。     

用户侧综合能源系统规划运行联合优化

建设用户侧综合能源系统对于推进我国能源革命具有重要意义,然而用户侧综合能源系统包含多种能量形式且相互耦合,因此,其最优规划是一个具有挑战性的问题。为此,构建多网络节点的用户侧综合能源系统规划运行联合优化模型(混合整数线性规划),模型同时考虑设备配置优化、网络与储能优化以及可再生能源的充分利用,并有机融合考虑季节变化和日内时序的运行优化。利用此模型可以得到最优规划方案,具体包括设备类型组合、设备容量(或台数)、设备安装位置、能量配送管网规划以及运行策略。在规划决策时,此模型可辅助规划人员全面分析评估多种因素对规划指标的影响。利用提出的模型,对某城市街区的数栋建筑构成的综合能源系统进行规划运行联合优化,证明模型及其求解方法的有效性。     

园区综合能源系统规划及优化配置方案

综合能源系统的优化配置直接影响到投资效益和运行效率，是综合能源系统规划的关键之一。该文面向园区级综合能源系统，对影响规划的内外部主要因素进行定量分析；在此基础上，提出一种以园区综合能源系统全寿命周期等值年成本为目标的优化配置方法，并以我国南方某园区能源站为例，进行系统优化配置。通过对不同供能设计方案的对比分析，提出合理的优化配置方案，为园区综合能源系统规划提供技术支撑。     

综合能源系统规划设计方法

本文研究综合能源系统的优化规划问题,以提高其综合能源利用效率。首先,建立了以电为核心的综合能源系统规划两层优化模型,系统运行调度优化模型以及系统规划优化模型,以系统优化运行指标作为系统规划优化的依据。该模型分别以经济性和环保性最优为目标,重点考虑了在采暖期和空调期综合能源系统的运行约束。其次,针对两层优化模型分别提出了适合的求解算法,禁忌搜索算法和粒子群算法。最后,给出算例验证本模型和算法可得到经济性和环保性目标下的综合能源系统优化规划方案。两种准则下的规划方案存在矛盾,经济性准则下倾向配置储能设备以充分利用分时电价,而环保性准则倾向配置其他高能效的供能设备。     

计及管网选型与潮流约束的区域综合能源系统分期协同规划

区域综合能源系统作为能源互联网的重要物理载体,对提高区域综合能效、保障用能安全以及实现可再生能源大幅消纳具有重要意义。该文建立一种考虑管网选型与分期规划的区域综合能源系统最优配置模型。首先,以项目周期为优化时间尺度,计及各类设备的寿命差异,对连续和离散设备以及热电管网的选型与替换约束分别进行建模;然后,基于线性化技术与凸优化理论,推导建立含节点电压、支路潮流以及有/无功损耗的线性潮流模型,并引入热网运行约束,形成以节点为单元的冷热电能量平衡方程;最后,考虑通货膨胀、名义利率等因素的影响,构建以经济性最优为目标计及投资成本、运行成本以及残值收入的目标函数。采用混合整数线性规划技术对该文模型进行求解。4种场景的结果对比表明,考虑设备替换的分期规划相比单阶段规划能够更合理地配置设备的投运与退出计划,确保方案的整体最优性。同时,将多个能源系统协同规划、联合运行,不仅可以减少冗余设备的安装容量,提高设备利用率,而且能够为区域用能安全以及综合能效提升提供重要支撑。     

基于综合潮流的电热耦合系统分布式能源规划

针对电网-热网耦合的综合能源系统,研究了系统的潮流计算模型,包含电力系统模型、热力系统模型以及电热耦合设备模型,提出基于牛顿-拉夫逊法的综合能源系统潮流求解方法。基于综合能源系统的潮流计算结果,提出一种区域综合能源系统的网络规划方法,以系统设备投资运行成本最小为目标函数,分布式能源的安装位置及容量为决策变量,采用粒子群算法对分布式能源配置方案进行优化,并通过某区域综合能源系统算例验证了所提方法的合理性。     

含多个能源站的区域综合能源系统建模及协同优化运行策略

区域综合能源系统通过统一调度不同能源设备,协调优化电、气、冷、热多种能源系统来提高区域供能的经济性和环保性。但是多种能源的耦合提高了系统运行的复杂性,因此需要有效的优化方法来保证其运行经济性。通过分析多能源站区域综合能源系统结构,构建了区域综合能源系统模型。在此基础上,提出了一种以系统运行经济性为目标、包含多个能源站的区域综合能源系统协同优化调度方法。案例仿真结果显示,多能源站协同优化运行可以大幅提高区域综合能源系统运行的经济性。     

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。     

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。     

计及全生命周期碳成本的园区综合能源系统优化规划方法

建立综合能源系统是实现“双碳”目标的有效途径之一,其规划、建设及运行需要兼顾经济成本与低碳效益。为了全面评估综合能源系统的综合效益,提出一种将能源和设备在生产制造、运输、运行等全生命周期过程中的碳排放成本纳入优化目标的规划方法。对某园区综合能源系统进行逐时仿真优化,通过分析不同碳成本情景对综合能源系统综合效益的最优配置和运行方案的影响,为综合能源系统的设计规划提供一定参考。     

区域综合能源系统仿真平台研发现状及技术路线初探

构建区域综合能源系统是中国能源系统转型的重要发展方向,开展区域综合能源系统仿真能够为其规划、运行优化和运营策略制定提供科学的模拟测验和理论支撑。随着“互联网+”智慧能源示范项目和多能互补集成示范工程的开展,中国区域综合能源系统的建设和发展已取得初步进展。同时,国内外在相关仿真平台的研发领域也取得了较为丰富的研究成果,但也存在系统规划边界和优化目标不全面等诸多问题。系统梳理了区域综合能源系统仿真的基本内容、研发现状及存在问题,在此基础上,对综合能源系统仿真的技术路线及其实现思路进行全面探讨,以期为综合能源系统仿真相关研究的深入提供参考和借鉴。     

计及动态氢价和不确定性的区域综合能源系统规划-运行两阶段优化

综合能源系统对提高能源利用率、推进能源转型和节能减排具有重要意义。随着可再生能源大规模接入和电、氢、热等能源需求多样化,综合能源系统面临供需侧的多重不确定性。因此,提出一种计及动态氢价和不确定性的区域综合能源系统规划-运行两阶段优化方法。首先,提出了一种具有实际物理意义的非线性动态氢定价机制,实现售氢价随可再生能源占比动态变化,以促进可再生能源发电制氢。随后,将该机制引入规划-运行两阶段协同优化过程中,通过配置合理的设备容量和制定经济的运行计划,最小化系统建设及运行成本。同时,基于模糊机会约束规划方法描述可再生能源出力及负荷需求的不确定性,以增强系统稳健性。最后,通过算例仿真验证所提优化模型及方法的有效性。     

计及不确定性的区域综合能源系统双层优化配置规划模型

针对综合能源系统规划运行时缺乏对负荷、可再生能源预测误差和购能价格波动不确定性的考虑,构建了基于粒子群优化-区间线性规划的双层优化模型,用于求解计及不确定性的综合能源系统规划问题。为了说明所提优化配置模型能够显著提高系统运行的灵活性,给出了评价系统参与需求响应项目的潜力指标,量化分析了系统在响应电网削负荷指标和应对购能价格变化方面的优势。算例结果不仅验证了所提模型的有效性和可行性,还表明了在能源互联替代的背景下,天然气价格和电负荷的波动直接影响能源服务公司的收益区间,可通过所提模型优化配置各类储能设备以提高能源利用率、抑制系统运营收益的波动。