基于农村新型产业结构的“能源–环境–经济”鲁棒优化模型

针对同时汇聚可再生能源发电基地、畜牧养殖业基地、种植业基地和城市垃圾处理基地的新型农村产业结构下乡村多能源供需特性,该文提出并建立一种乡村多能源综合体(rural multi-energy complex,RMEC)拓扑及鲁棒协调优化模型。首先,考虑城市周边乡村垃圾填埋场的垃圾堆存量变化特性,建立针对多种类垃圾废物集中化处理供能数学模型,并建立乡村多元产业数学模型。其次,建立全可再生能源供能的乡村能源综合体的能源供给、转换、存储的能量协调模型,并根据外部能源网的调节需求,建立乡村多能源综合体能量供给响应模型。考虑到乡村多能源综合体运行时的不确定性问题,建立乡村多能源综合体两阶段鲁棒优化模型,通过锥松弛和对偶转化将非凸的第二阶段问题转化为凸优化问题。最后,以改进的IEEE39节点配电系统、20节点配气系统和14节点的热力系统进行仿真验证。仿真结果表明,文中提出的乡村多能源综合体能够有效协调可再生能源发电、畜牧养殖和垃圾处理等各产业间关系,可为乡村振兴、新时代美丽乡村产业结构调整及能源转型提供理论支持。     

考虑多元产业协同的乡村综合能源系统规划

随着乡村现代化建设不断深入,乡村种植业、畜牧业和农产品加工业等现代乡村多元产业蓬勃发展,在乡村多元产业的基础上,提出了一种包含乡村多元产业、垃圾废物处理与可再生能源发电的乡村多能源系统规划模型。首先,研究乡村畜牧养殖业粪污制气设施与垃圾热解气化发电设施的废物处理与能源产出特性,建立乡村废物处理设施的电、气、热能源供给模型;其次,研究乡村多能源综合体内多元产业电、热、燃气等多种类能源负荷的需求特性,并考虑多元产业之间的协同,建立了乡村多能源综合体的能源需求模型,并采用Cplex求解器进行模型求解。最后,选取北方某大型乡村对所提方法进行仿真验证,结果表明：本文方法能实现乡村资源的充分利用和乡村多元产业协同,提升经济效益。     

考虑多元产业协同的乡村综合能源系统规划

随着乡村现代化建设不断深入,乡村种植业、畜牧业和农产品加工业等现代乡村多元产业蓬勃发展,在乡村多元产业的基础上,提出了一种包含乡村多元产业、垃圾废物处理与可再生能源发电的乡村多能源系统规划模型。首先,研究乡村畜牧养殖业粪污制气设施与垃圾热解气化发电设施的废物处理与能源产出特性,建立乡村废物处理设施的电、气、热能源供给模型;其次,研究乡村多能源综合体内多元产业电、热、燃气等多种类能源负荷的需求特性,并考虑多元产业之间的协同,建立了乡村多能源综合体的能源需求模型,并采用Cplex求解器进行模型求解。最后,选取北方某大型乡村对所提方法进行仿真验证,结果表明：本文方法能实现乡村资源的充分利用和乡村多元产业协同,提升经济效益。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

“无废”电–氢充能服务区多源微网优化运行模型

针对具有电、氢充能需求的高速公路服务区内的多能源负荷需求及服务区与周边生活垃圾处理需求,提出一种全可再生能源供能的"无废"电-氢充能服务区多源微网模型。首先,在电制氢、燃料电池、热解炉等多能源转换与存储设备的能量输入输出特性模型基础上,建立无废充能服务区多源微网(zero-waste charging service area multi-energy microgrid,ZWSA-MEMG)模型;其次,研究ZWSA-MEMG中多种能源转换、存储特性及多能流协调关系,建立基于高速公路充能服务区多源微网功率平衡、充能时间、多源负荷供能可靠性、可提供的电网调节性能等约束下的运行成本优化模型及其求解方法。最后,以我国西北某高速服务区实际多能源运行数据为基础,建立"无废"电-氢充能服务区多源微网优化运行仿真模型,算例仿真结果表明,该文提出的ZWSA-MEMG优化运行模型可有效提升具有垃圾处理能力的电-氢充能多能源系统的经济性,并可为电网提供较好的调节特性。     

考虑生物质废物分类处理的微能源网运行优化模型

针对"无废城市"与能源互联网背景下不断提高的微能源网自治能力和多运行模式调节需求,建立含生物质废物处理设施的电?热?氢?气微能源网优化模型.首先,分析不同生物质废物分类处理方法,针对干垃圾建立热解气化发电模型,针对湿垃圾和粪污建立发酵制气模型.其次,建立以微能源网运行成本最低和生态效益最大为目标的多目标运行优化模型.考虑到微能源网的多能源源荷不确定性以及废物产生量的不确定性,提出一种微能源网鲁棒多目标优化算法.算例结果验证了所提出考虑生物质废物处理设备供能的微能源网优化运行模型在提高多能源微网运行经济性的同时,能够提升城市的废物处理能力,实现能源消费与环境治理的有效融合.     

考虑冷热电需求耦合响应特性的园区综合能源系统优化运行策略研究

近年来,为了促进可再生能源消纳、提高能源利用效率,园区综合能源系统得到大力推广及应用,建立精细化的综合需求响应模型是实现园区综合能源系统供需双侧协调优化运行的关键。该文首先构建了能源供需双侧同时存在耦合的园区综合能源系统运行架构,然后基于电力负荷价格弹性响应模型推导建立了考虑冷热电需求耦合响应特性的精细化综合需求响应模型。在此基础上,以综合能源系统运行成本最小为目标,建立了园区综合能源系统优化运行模型,该模型通过优化能源需求侧的售能价格和能源供给侧的设备运行参数等,实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后基于一个典型综合能源系统对所建综合需求响应模型和园区综合能源系统优化运行模型进行仿真计算,计算结果表明,所提考虑冷热电需求耦合响应特性的综合需求响应模型可以准确描述多种用户参与需求响应的耦合响应过程,所提园区综合能源系统优化运行模型实现综合能源系统经济性的提升,促进可再生能源的消纳。     

计及需求响应的智慧能源小区热电耦合系统用能优化方法

针对智慧能源小区热电耦合系统中能量间纵向转换和用能负荷横向搬移的协同用能优化问题,通过负荷侧需求响应用能精细化建模,提出一种计及需求响应的热电耦合系统用能优化方法。在分析典型热电耦合系统结构框架基础上,通过用能负荷分类及其用能响应过程的数学建模,建立了含热电耦合系统的能源供给侧与用能负荷侧的能量枢纽方程,实现了用能负荷响应与能源供给之间能量转换的量化描述;其次将用能负荷的需求响应程度表示为可转移负荷参与比和可转换负荷参与比,建立了系统运行成本最小的热电耦合系统用能最优化模型,并提出了灵活尺度多次参与用能优化的模型求解方法。最后,算例结果表明,在高可转移负荷参与比和低可转换负荷参与比时,在降低供给侧峰值段负荷的同时使系统总成本降低,实现了热电耦合系统用能最优化运行。     

考虑电网气网与城市废物处理协调的多能源系统优化模型

针对"无废城市"发展模式下的城市垃圾减量,及高比例可再生能源城市多能源系统中电网气网调节能力弱的问题,提出了考虑电网气网与城市废物处理协调的多能源系统优化模型.首先,建立了满足城市多时间尺度废物处理需求的废物处理设施能量消耗与产出模型,并提出了减废多能源系统(waste reduction multi-energy s...     

考虑可再生能源消纳的CCHP微能源网优化配置模型

微能源网中电、气、热等多种能源相互耦合,其容量与运行协调优化是促进可再生能源消纳和提高能源利用率的关键。针对含冷热电联供系统(CCHP)的微能源网优化配置问题,首先分析了含电、气输入和电、热输出耦合的微能源网系统构架和能量流,提出考虑促进可再生能源消纳和提高能源利用率的运行策略,建立基于能量流的供热可靠性指标,然后建立考虑投资费用、一次能源消耗、CO2排放、供能可靠性的综合评价指标的含CCHP的微能源网系统容量和运行策略的优化配置模型。算例仿真结果表明,所建立的模型在保证系统供能可靠性下能够促进可再生能源的消纳并提高系统的经济性。     

基于源荷不确定性状态感知的无废城市多能源协调储能模型

针对"无废城市"中生活垃圾发电设施与城市多能源系统间的能源耦合互补特性,将无废城市多能源系统等效为一个具有电能和天然气能储放外特性的"无废城市多能源协调储能",实现对城市多能源系统经济性、垃圾处理能力和可再生能源利用率的有效提升,并同时能够为电网气网提供较大的调节能力。首先,研究生活垃圾发电系统的能源输入输出特性及其与城市多能源系统中可再生能源发电系统、能源存储与转换装置及电网气网间的能源耦合关系,建立基于无废城市多能源系统协调运行的无废城市多能源协调储能模型;其次,以无废城市多能源协调储能综合运行成本最小化为目标,研究基于源荷不确定性状态感知的无废城市多能源协调储能系统运行优化模型及求解方法;最后,进行仿真验证。结果表明,该文所提出的无废城市多能源协调储能模型及其运行优化方法能够有效提升城市多能源系统的经济性和灵活性。     

基于需求响应的电-热-气耦合系统综合直接负荷控制协调优化研究

传统能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统,无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。对电–热–气多种能源的优化调度研究,可以实现统筹优化配置,提高多种能源互补利用效率;同时直接负荷控制参与多能源的优化调度为多能源协同调度提供新思路。首先构建了一种电–热–气多源耦合系统结构,分析了供给侧多源耦合系统的特性及需求侧直接负荷控制参与多种能源负荷的特性,其次建立了基于多种能源的直接负荷控制参与电–热–气耦合系统的综合经济优化调度模型;然后仿真分析了电–热–气耦合系统多源互补协调优化调度的场景,以及直接负荷控制参与的电热气耦合调度的特性。结果显示:供应侧多种能源的互支持和备用对于保证多能源系统的安全运行具有重要意义;需求侧调度使供需更趋于平衡,综合直接负荷控制对电–热–气耦合系统需求侧的优化,能够降低峰值负荷,增加需求侧的弹性。     

考虑垃圾处理与调峰需求的可持续化城市多能源系统规划

随着"垃圾围城"的日益加剧及城市能源体系中多种能源形式间相互融合的不断深入,垃圾处理设施供能与多能源系统间的相互影响和作用越来越成为城市能源系统规划所需考虑的重点问题之一。针对计及能源化利用型废物处理设施的城市多能源系统规划问题,该文研究废物处理设施的能源供需特性及其调峰潜力,提出垃圾焚烧电厂和污水制气设施参与电网气网调峰策略,构建可持续性多能源系统规划模型。最后参考东北某市的实际能源与垃圾堆存量数据,建立可持续化城市多能源系统规划仿真模型,仿真结果及分析表明,该文提出的多能源系统规划模型可有效降低城市多能源系统规划成本,实现垃圾处理能力、垃圾供能与调峰需求间的高效协调。     

氢电综合能源供应微电网的优化调度

利用可再生能源进行制氢和供电是提高微电网经济效益的手段之一。对氢电综合能源供应微电网进行优化调度,可提高系统供能可靠性和可再生能源利用率。建立了氢电综合能源供应微电网的系统结构,利用可再生能源电解水制氢供应氢负荷需求,通过储氢罐存储剩余氢能,采用燃料电池补充电负荷的不足。分析了可再生能源和负荷变化下的微电网运行模式,提出了保证供能可靠性的微电网综合协调调度策略。建立了以系统运行收益最大化为目标函数以及负荷失电和失氢率、弃风与弃光率等为约束条件的微电网优化调度模型。案例分析表明,提出的优化调度方法能够实现氢和电负荷的可靠供应,微电网可以获得较高的收益,同时可再生能源的利用率得到提高。     

考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度

含电热气多种能源的综合能源系统中,复杂的能量转换关系以及可再生能源和负荷的波动性,给综合能源系统的灵活安全运行带来了挑战。为了减小新能源和负荷不确定性对系统的影响,同时提升系统的功率平抑能力,提出了考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度策略。首先,在日前调度中建立多能灵活性状态方程,以日运行成本最小为目标,构建波动场景下考虑系统多能灵活性的调度模型;日内调度则以日前调度计划为基础,考虑电能和热气能在不同时间尺度上的响应能力,建立分时间尺度的滚动优化模型,对日前计划进行修正,平抑功率波动。算例结果表明:所提出的日前模型可以通过协调设备的出力来提升系统的运行灵活性,日内模型能够平抑电热气能在不同时间尺度上的功率波动。     

垃圾能源利用与城市多能源系统协同优化模型

随着城市级多能源系统的快速发展和城市垃圾处理设施供能规模的不断扩大,考虑垃圾处理过程的多种能源供能协调优化,并将其与城市多能源系统协同优化进行综合考虑,是提高城市垃圾处理能力和资源化利用水平及综合能源利用效率的重要途径之一.该文将垃圾处理系统等效为一个以垃圾为输入的供能系统,建立城市垃圾能源化利用供能系统(WRESS)、城市多能源系统和城市多源储能系统三者协同优化模型.首先,研究一定时间尺度内可用于供能的城市垃圾产量、最大允许堆存量与其对应的供能种类和供能特性之间的关系,建立垃圾能源化利用供能优化模型;其次,针对垃圾能源化利用可调节特性与多能源系统、多能源储能系统自身协调能力间关系,建立以运行和调节成本最小为目标的城市垃圾能源化利用与多能源系统协同优化模型;最后,以中国某城市实际垃圾处理与多能源运行数据为基础,通过三个场景仿真验证所提模型的有效性.仿真结果表明,该模型在提高城市垃圾处理能力的同时,能够有效降低多能源系统运行成本,并提升系统调节能力.     

基于二层规划的用户侧能源互联网规划

针对能源系统规划中对多个供能区域的协调互济及多能流联合调度考虑不足的现状,研究基于二层规划的用户侧能源互联网规划方法。首先,梳理供能系统结构,对各能量单元建模,并分析用户侧能源互联网内的负荷特性;其次,综合考虑多种能源互联、多个供能区域协调互济及多能流联合调度,建立用户侧能源互联网的二层规划模型,上层以年费用最低为目标,各能量单元的安装容量为优化变量,下层以年运行费最低为目标,各时段能量单元的调度值为优化变量;最后,采用精英保留策略遗传算法对上层规划模型求解,下层为0-1混合整数线性规划模型,采用分支定界法求解。算例表明:所提规划建模方法具有可行性和有效性;多能流联合调度、多区域协调互济可以大幅削减年费用,还可缓解负荷与燃机热电比不匹配等问题;通过多种能源网络实现互联较通过单一电网或热网互联更经济。     

考虑能源重复转换的综合能源系统经济运行

在综合能源系统中引入电转气（power to gas,P2G）设备加强了电力和天然气网络间的耦合,减少了弃风弃光现象,但也使可再生能源在进行优化调度时发生能源重复转换,降低用能效率,产生能源损耗。在此背景下,提出了一种减少能源重复转换的双层优化调度模型,引入KKT条件将双层模型转化为单层模型,优化得到了协调各转换设备的调度运行计划及系统最小运行成本。在算例中采用4种不同的典型场景对系统进行验证,结果表明：所提优化调度模型能够在提高可再生能源消纳的情况下,降低系统运行成本,提高用能效率,与未考虑能源重复转换的传统调度模型相比经济性有显著提高。     

考虑综合需求响应的港口能源系统优化运行

为满足港口日益增长的能源需求,改善港口地区环境污染问题,港口能源供应方式逐渐由传统燃油、煤电供能逐渐向涵盖冷、热、电、天然气在内的综合能源供能方式转变.港口岸电建设及设施电气化改造工程的持续推进,使得港口电能需求进一步增加.针对这一现状,提出了一种考虑综合需求响应的港口综合能源系统优化运行方法,通过分析系统内各设备间的能量转换耦合联系,构建了基于能源集线器的港口综合能源系统多能耦合转换模型,并根据港口可调负荷特性,建立了港口综合需求响应模型.在此基础上,综合考虑能源价格、环境污染、能量损耗等因素对系统运行的影响,以系统运行成本最低为目标,建立了考虑综合需求响应的港口综合能源系统运行优化模型.算例结果验证了该优化方法可有效降低港口综合能源系统的运行成本,减少港口用电高峰时段的电力负荷需求.     

含废物处理的城市综合能源系统低碳经济运行策略

针对"无废城市"对低碳排放和废物减量的需求,建立了含废物处理的电–热–气综合能源系统结构,提出了一种基于碳交易机制的系统低碳经济运行策略。分析了城市生活垃圾处理过程,建立了废物处理单元能量流转模型;引入了碳交易机制,构建了奖惩阶梯碳交易成本模型,对系统碳排放量进行约束。以模型为基础,提出了以系统购能成本、运行成本和碳交易成本最小为目标的系统最优化运行策略。算例仿真结果验证了所提模型和策略有效提升可再生能源消纳和废物处理的能力,对城市综合能源系统运行具有重要参考价值。