计及碳捕集和电转气的农村虚拟电厂多目标随机调度优化模型

针对农村地区存在大量生物质秸秆、垃圾、屋顶光伏、分散式风电等分布式能源,设计了集成燃气碳捕集设备(gas-power plant carbon capture,GPPCC)、电转气设备(power-to-gas,P2G)及垃圾发电(waste incineration power,WI)的农村虚拟电厂(GPPCC-P2G-WI-based virtual power plant, GPW-VPP)。然后,引入信息间隙理论(information gap decision theory,IGDT)和模糊满意度方法构造GPW-VPP近零碳运营优化模型。其中,选择最大化运营收益和最小化碳排放量作为优化目标,并利用模糊满意度理论转化为综合满意度最优化目标。再然后,利用IGDT描述风电、光伏发电和用户负荷3个不确定性变量影响,用于构造GPW-VPP随机调度优化模型。最后,选择中国兰考能源革命试点为对象开展实例分析验证所提模型的有效性,结果表明所提运营优化模型能在兼顾不同主体利益诉求的同时推进农村分布式能源的最优聚合利用,有利于实现整体能源结构清洁低碳转型。     

含电转气设备的气电互联综合能源系统多目标优化

随着能源互联网的发展,气电互联等综合能源系统成为未来能源利用的重要形式。电转气(P2G)技术的日趋成熟,为可再生能源消纳的问题提供了新的解决方案。在此背景下,提出一种含P2G的气电互联综合能源系统的多目标优化调度模型。模型考虑了系统运行成本最低、环境污染最小以及弃风成本最少三个目标,用多目标粒子群算法对模型进行求解,然后利用模糊理论挑选综合满意度最大的解作为折衷解,并通过算例验证了该模型的有效性;分析了P2G能够有效地对可再生能源进行消纳;发现了天然气负荷的变化对电力系统调度安排有较大冲击,进而影响系统的经济性和污染排放。     

基于P2G与富氧燃烧联合运行的多能源低碳调度

电转气(power to gas,P2G)技术实现了电能与天然气的相互耦合,在提升多能源系统经济性和降低系统的碳排放方面发挥着重要作用。文中针对P2G过程中电解水产生的氧气未能被充分利用的问题,提出了基于P2G与富氧燃烧联合运行的多能源系统优化调度模型。首先,将P2G过程分为电转氢过程和甲烷化过程,电转氢过程产生的氧气输送给富氧燃烧电厂使用;再将富氧燃烧电厂捕集的CO₂与电转氢过程生成的氢气作为甲烷化反应的原料,生成的天然气供给燃气机组使用,从而实现资源的充分利用。其次,将P2G与富氧燃烧电厂联合运行模型引入多能源系统,构建了基于P2G与富氧燃烧电厂联合运行的低碳多能源系统架构。最后,建立以多能源系统运行成本最小为目标的低碳经济调度模型,并通过设置场景对比的方式进行验证。仿真结果表明,所提模型有效降低了系统成本及碳排放量。     

含耦合P2G和CCS的园区级综合能源系统优化调度

为提升园区级综合能源系统PLIES(park-level integrated energy system)的可再生能源消纳能力以及碳排放效益,提出含耦合电转气P2G(power-to-gas)和碳捕获系统CCS(carbon capture system)的优化调度模型。首先,建立了一个P2G与CCS耦合的模型,将该耦合模型引入到以燃气热电联产为主要机组的PLIES。其次,以经济运行成本最低为目标函数,构建了含耦合P2G和CCS的PLIES低碳经济调度模型。最终,本文以北方某工业园区为例,设置4种不同场景进行算例分析,仿真结果表明所提出模型可以有效减少CO2排放并且实现可再生能源的高效利用。     

含P2H、P2G电-气-热综合能源系统多能流算法

作为综合能源系统研究的基础,多种能源协同运行的综合能源系统多能流计算方法的研究有重要的研究价值。该文首先给出了电转热（power to heat, P2H）和电转气（power to gas, P2G）设备等耦合单元的数学模型,并根据P2H的工作特性,给出了热电联产机组（combined heat and power, CHP）联合P2H模型;之后,给出了2种电-气-热综合能源系统多能流计算的算法——含多种耦合单元的多能流联立求解算法和考虑各子系统物理特性的差异及综合能源系统的可扩展性的新型交替迭代多能流计算方法。算例分析表明,2种算法均适用于电-气-热综合能源系统的多能流计算。     

含P2G和混合电储能的矿山综合能源系统多目标优化调度

为了提高分布式光伏消纳能力、优化矿山能源利用效率,提出一种基于电转气(P2G)技术和煤层气发电技术的光-储-气-废弃矿井抽蓄多能耦合矿山综合能源系统(MIES),该系统将弃光电量通过电解水制CH4作为煤层气发电的补充,并采用混合电储能平抑光伏出力波动.在对多能耦合MIES进行分析的基础上,构建矿山电、气、热、冷不同能源转换装置的数学模型,并以总运行成本和弃光电量最小为目标,建立MIES协调优化调度模型.不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能实现协调调度,提高弃光电量的消纳,降低总运行成本.对不同储能模式下P2G和混合电储能装置之间互补协调能力的分析结果表明,所提模型能提升系统运行灵活性,实现能源最优经济利用.     

含电转气及储能的综合能源系统多目标优化调度

为满足综合能源系统的多种能量管理及优化调度,构建了含电转气及储能的综合能源系统混合潮流优化调度算法.基于能源集线器理论,建立了含能量转换设备和能量储存设备在内的能量中心数学模型.在计及电力系统、天然气系统和耦合环节的相关约束后,以运行经济成本和污染气体排放量最小为目标,通过混合潮流优化调度方法得出多种方案;再利用模糊决策确定出最终调度方案.确定的调度方案可兼顾安全性、经济性、环保性等多种约束,保证综合能源系统的稳定运行.仿真结果表明,所提算法可以为综合能源系统和能量中心提供多维度的调度方案,引入电转气和储能装置后能有效减少综合能源系统运行的经济成本和污染气体排放量及在含电转气设备时应计及电转气运行成本对调度的影响.     

具有电转气装置的电-气混联综合能源系统的协同规划

近年来随着天然气发电比重的不断增加和电转气(power to gas,P2G)技术的逐步成熟,电力系统和天然气系统的耦合程度随之加深,只针对电力系统的规划方法已经不能满足电-气混联综合能源系统的规划和运行需求。在此背景下,考虑热电联产(combined heat and power,CHP)机组和电转气装置,对电-气混联综合能源系统的协同规划问题做了些初步研究。首先,引入能源中心概念,其中能源载体可从某种形式转换成其他形式,如热电联产机组,并对能源中心进行建模。在此基础上,构建了包含能源中心和电转气装置等的综合能源系统的非线性模型并进行线性化处理。之后,以电-气混联综合能源系统的投资成本、运行成本以及表征可靠性的能量短缺成本之和最小为规划目标,采用基于通用代数建模系统(general algebraic modeling system,GAMS)平台的CPLEX求解器对常规发电机组、热电联产机组、电转气厂站、燃气锅炉、输电线路和天然气管道的选址定容问题进行优化,并对规划方案的可靠性以及电转气厂站消纳间歇性可再生能源的效益进行评估。最后,用综合能源模拟系统对所提出的方法做了说明。     

计及风电出力随机特性的电-气综合能源系统随机优化

不断成熟的电转气 （power to gas, P2G） 技术和燃气机组为电力系统和天然气系统的双向耦合和闭环运行, 进而形成电-气综合能源系统 （integrated electricity-gas energy system, IEGES） 奠定了基础。IEGES的发展有助于提升电力系统和天然气系统运行的灵活性, 并为消纳风电等间歇性可再生能源发电提供新途径。在此背景下, 研究了含P2G装置和燃气机组的IEGES的随机优化策略。首先, 构建了计及风电出力随机特性的IEGES随机优化模型, 以运行成本最小化为优化目标, 并考虑了电力系统和计及管存影响的天然气系统的相关运行约束。其中, 利用快速搜索密度聚类算法对历史风速数据进行场景聚类, 以处理风电出力的随机特性。然后, 采用AMPL/IPOPT商业求解器求解所建立的随机优化模型。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, 对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明。     

计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度

为了充分挖掘综合能源系统(IES)用能侧的用能潜力以进一步提高能源利用效率,提出一种IES多目标优化调度模型及求解方法.兼顾供能侧与用能侧的协同优化,建立了考虑综合需求响应的综合能效模型并引入优化目标,以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气-热IES多目标优化调度模型.采用Charnes-Cooper变换对综合能效目标进行线性化,从而实现分式规划问题的准确快速求解,并使用改进ε-约束法得到Pareto前沿集.算例采用修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统与14节点热力系统的耦合系统,对4种场景下的系统经济成本与综合能效进行分析.结果表明,所提模型能够引导电力用户与多能用户合理选择综合需求响应行为,通过供需双侧的协同优化进一步提升IES整体能效,并验证了优化调度结果对于平衡IES经济、高效运行目标的可行性.     

计及电转气运行成本的综合能源系统多目标日前优化调度

电转气技术为弃风消纳提供了新的途径,将是未来综合能源系统的重要支撑技术之一。在考虑电转气运行成本的基础上,分析其对综合能源系统风电接纳能力与运行经济性的影响,并针对其较高的运行成本与较好的弃风消纳效果间的矛盾问题,提出一种多目标日前优化调度模型。首先,建立电转气及其运行成本模型,并给出含电转气的能源集线器模型。继而,针对电转气运行成本较高时系统在运行经济性与风电接纳能力间存在的矛盾关系,通过多目标加权模糊规划方法进行协调。最后,以9节点能源集线器系统为例对所提模型进行仿真计算,通过结果分析证明了综合能源系统中计及电转气运行成本的必要性,以及兼顾考虑经济性与风电接纳能力的可行性。     

考虑电转气和可平移负荷的区域综合能源系统优化运行

针对可再生能源发电的消纳以及冷热电负荷需求不匹配问题,文章在原有区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的基础上,引入电转气(power to gas,P2G)技术,同时结合综合能源系统内不同种类可平移负荷的用能特性,建立了各类可平移负荷模型,对冷热电负荷平移,利用内点法求解可平移负荷模型,建立涵盖经济、能源及环境等多方面的多目标系统运行优化模型,采用粒子群优化算法获得Pareto非劣解集,并利用模糊理论获得折中解。在算例中设置多种场景,仿真分析考虑负荷平移和电转气技术的区域综合能源系统在降低系统运行成本、削峰填谷等方面的优势,从而验证所搭建模型的有效性。     

考虑P2G的电-气综合能源系统分布式最优能量流

由电力系统和天然气系统耦合构成的电-气综合能源系统是“能源互联网”的重要组成部分,是实现能源低碳、高效、环保利用的关键环节。本文提出了一种考虑电转气(power to gas, P2G)的电-气综合能源系统分布式最优能量流模型及分布式求解算法。首先对P2G技术中的电转甲烷技术进行简单的概述;其次,以电-气综合能源系统的运行成本为优化目标,综合考虑电力系统、天然气系统运行约束及能量耦合约束,建立电-气综合能源系统的最优能量流(optimal energy flow, OEF)模型;针对电力系统和天然气系统归属于不同利益主体的特点,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的OEF模型求解方法;最后,在IEEE-39节点电力系统和修改的比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明,考虑P2G的OEF模型可充分提高系统运行经济性,本文的模型求解算法在保证精度的情况下大大提高了计算的求解速度。     

基于类电磁机制算法的综合能源系统多目标优化调度

针对综合能源系统低碳经济调度的优化问题,引入P2G设备提升系统的弃风消纳空间与低碳经济性,以运行成本与碳排放量为优化目标,建立含多种供能设备的综合能源系统多目标优化调度模型。模型的求解采用改进的类电磁机制算法,针对综合能源系统调度问题约束较为复杂,算法易陷入局部最优的问题,引入立方混沌初始化、差分进化策略和自适应权重因子,增强了算法的全局搜索能力与收敛性。结果表明,提出的IELM算法在全局最优解方面、收敛效率方面和操作适应性具有明显优势,P2G装置能有效提升系统的弃风消纳率与低碳经济成本。     

含HVDC与P2G的跨区域电-气互联系统优化调度

远距离直流外送和电能转换存储是实现高比例可再生能源消纳的重要手段。考虑跨区层级高压直流输电(high-voltage direct current,HVDC)和区域内电转气(power to gas,P2G)相配合,提出面向大规模风电消纳的跨区域电-气互联系统优化调度策略。首先,针对HVDC功率传输计划独立编制难以匹配风电出力强随机性的问题,建立HVDC阶梯式运行优化模型。同时,考虑风电反调峰特性提出利用P2G进行风电转换,并与天然气系统管存配合实现间接存储。然后,综合考虑系统电压稳定性等安全约束条件,以系统运行经济性最优为目标建立日前优化调度模型,并针对模型非凸、非线性问题,采用电压幅值精确计算的线性化潮流和分段线性化方法进行处理。最后,通过多个场景仿真分析,验证了所提优化策略的有效性和经济性。     

计及效率的综合能源系统多目标优化调度方法

综合考虑综合能源系统(IES)在能效、经济、环境等多目标上的优化调度需求,提出一种IES的多目标优化调度模型及求解方法,以实现多能互补IES的节能减排、经济运行与环境友好调度运行。首先建立了满足IES在能效、经济、环境等方面的优化调度需求的多目标函数模型,并在能效目标函数中引入■效率,实现多能耦合系统的高效、高质量用能;其次建立了适用于多目标优化调度的IES数学模型,并通过模型凸松弛等方法保证模型的凸性,提高问题求解效率;再次建立了多目标优化调度问题帕累托前端的求解及运用方法,利用多目标凸优化问题的标量化方法进行模型转换,从而求解多目标凸优化问题,并提出筛选方法,用于从帕累托前端中筛选得到综合性能较好的调度方案;最后结合贵州省某IES算例仿真,验证了所建立多目标优化调度模型与求解方法在满足区域IES由于多能耦合而带来的多目标调度需求上的可行性。     

考虑能源效率的综合能源系统多目标优化调度

为提高综合能源系统的能源利用效率,提出一种考虑能效的多目标优化模型与求解方法.首先,分析影响综合能源系统的能源流动环节效率的因素.然后,以运行成本最低为目标建立经济性目标函数,以能源利用效率最优为目标建立能效目标函数,采用加权系数法将多目标优化转化为单目标优化.最后,采用模型预测控制进行优化调度,设立仅考虑单一目标与考...     

计及多指标间相互影响的园区综合能源系统规划评价方法

目前在对园区综合能源系统规划方案的多指标评价中,通常缺乏考虑指标间的相互影响,致使得到的评价结果不具一般性,甚至存在评价结果不准确的问题。因此,针对园区综合能源系统的规划方案提出考虑指标间相互作用的改进妥协解排序法(multicriteria optimization and compromise solution in English, VIKOR)。首先从经济性、可靠性、环保性与能效性这4个层面建立综合能源系统的评价指标模型,进而构建综合评价体系。然后基于对偶犹豫模糊集与模糊测度的概念,对经典的VIKOR方法做出改进,利用模糊测度对各指标进行赋权,使其在对备选方案进行评价时充分考虑到各评价指标之间的相互作用关系。最后通过算例验证所提评价方法的合理性与客观性。