关键词： 综合能源系统   碳捕集技术   阶梯碳交易机制   需求响应   不确定性  

摘要： 随着人们对环境污染与能源短缺问题的日益关注,能源行业开始追求绿色低碳的可持续发展。综合能源系统作为一种新型的能源供应系统,能够实现电、热、气等多种能源的互补优化利用,提高能源利用率、降低碳排放。然而综合能源系统安全运行面临诸多挑战,如可再生能源出力的不确定性、能源需求的波动性等。为实现综合能源系统的优化运行,本文从设备耦合、碳交易机制、综合需求响应三个方向入手,对系统的优化调度问题开展研究,在考虑低碳性与经济性的同时,进一步计及系统的多重不确定性,主要内容如下: 首先,本文研究了电热气综合能源系统的基本结构框架。从能源供应设备、能源转化设备、能源存储设备三个部分详细分析了综合能源系统的各个组成设备并进行数学建模,在需求侧引入需求响应机制,并分析其对系统调度的影响。 其次,为了提升系统的低碳性与经济性,以各个设备数学模型为基础,建立考虑碳捕集、两阶段电转气、氢燃料电池三者联合运行的综合能源系统优化模型。该模型从市场机制和设备耦合两个方面出发:在市场机制方面引入了阶梯碳交易机制限制系统的碳排放;在设备耦合方面引入了碳捕集与电转气设备来捕集吸收系统产生的二氧化碳,解决了P2G所需二氧化碳的来源问题,并加入氢燃料电池来进行氢能利用,提升P2G的多重效益。仿真结果表明该优化调度模型能有效提高系统的低碳性与经济性,并提升系统可再生能源消纳能力。 最后,提出了一种考虑源荷多重不确定性与需求响应的双层优化调度模型。对上层能源运营商优化电价和系统设备出力规划策略,下层用户聚合商跟随优化用能策略,实现双方利益最大化。同时,对上层模型考虑了可再生能源出力和电价的不确定性,通过机会约束和鲁棒优化来解决系统的风光不确定性以及电价不确定性问题,提升系统面对不确定性问题的能力。对下层模型引入电热综合需求响应,挖掘用户侧调度潜力,实现负荷的平滑分布。最后使用双变异策略差分进化法加CPLEX求解器对模型求解,结果表明在用户侧引入综合需求响应并且考虑多重不确定性能提高用户用能合理性,实现用户负荷曲线削峰填谷,有效提升了系统的经济性。

关键词： 综合能源系统   低碳经济调度   碳捕集机组   光热电站   联合运行  

摘要： 随着全球变暖问题日益严峻和“双碳”目标的提出，以火力发电为主的电力行业亟需向低碳清洁方向转型。在转型背景下，多能互补、多源协同的综合能源系统凭借极大的减排潜力成为关键技术方向。为深入挖掘综合能源系统的低碳经济潜力，论文以风光资源富集的西北地区冬季供暖期为实验对象展开低碳经济优化调度研究。主要研究内容如下：　　（1）针对供暖期热电联产（combined heat and power，CHP）机组存在热电耦合及碳捕集设备电负荷高峰期出力不足的问题，构建了碳捕集机组与光热电站（concentrating solar power，CSP）联合运行的综合能源系统。首先引入碳捕集技术（carbon capture and storage，CCS）对 CHP机组进行低碳化改造以降低系统碳排。然后将当地已建成的光热电站引入系统，利用其已配置好的储热罐储存 CHP机组的产电余热，解耦CHP机组“以热定电”约束，时移热量供给热负荷，提高系统运行灵活性。此外，光热电站能够在电负荷高峰期供电，提高碳捕集出力。　　（2）为研究碳交易市场机制对系统减排的影响，提出一种考虑阶梯碳交易机制的 CCS-CHP-CSP 综合能源系统优化调度方法。首先将传统碳交易机制中的固定碳价改进为阶梯碳价，构建一种阶梯碳交易机制成本模型，进一步约束系统碳排放。然后以包含该成本在内的综合运行成本最小为目标，建立了阶梯碳交易下的CCS-CHP-CSP经济优化调度模型。最后运用CPLEX求解器对其进行求解，通过对多个方案的调度结果进行分析，验证所提调度方法的低碳经济性。　　（3）为研究不确定性以及负荷侧综合需求响应（integrated demand response, IDR）对系统低碳经济性的影响，建立一种计及不确定性的 IDR-CCS-CHP-CSP综合能源系统源荷低碳经济调度模型。首先基于拉丁超立方抽样和 k-means 聚类法生成源荷典型场景，将不确定问题转化为场景分析选择问题。针对该问题，提出一种综合考虑系统波动性、经济性以及场景发生可能性的评估指标以选出最典型场景。然后对需求响应原理进行分析，构建一种计及负荷转换与用户满意度的需求响应模型，旨在保证用户用能满意度的同时实现源荷双侧互动，提高系统经济低碳效益。最后以总成本最小为优化目标，在最典型场景下对建立的模型进行求解分析，结果表明：所提场景选择方法更贴合实际，且该源荷协调优化调度模型对用户用能满意度影响较小，并能有效减少系统碳排放量，降低运行成本。

关键词： 光伏发电   风力发电   抽水蓄能电站   联合运行  

摘要： 本论文探讨了光伏发电、风力发电和抽水蓄能电站联合运行的理想场景。通过对光伏发电和风力发电技术、抽水蓄能电站原理和应用的概述,分析了它们在能源行业的地位和应用情况。进一步研究了联合运行的概念、机制和系统级别的优化策略,包括能量互补与优化调度、多能源协同供应与配电网。在经济效益和环境影响评估方面,进行了成本效益分析和环境友好性评估。最后,探讨了联合运行面临的技术挑战和发展前景,包括技术创新与应用推广、政策和市场推动因素。

关键词： 电转气(P2G)   富氧燃烧   碳捕集   多能源系统   低碳优化   碳交易  

摘要： 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CO_(2)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。

关键词： [火用]损   能源枢纽   分布式优化调度   热力时间延迟   网络损耗  

摘要： 能源枢纽是能源转化供应过程中的重要环节,其集成了天然气、热、电等多种能源形式,能够有效提高能源利用效率。文中研究了同一能源配送网络下多能源枢纽的协同优化运行问题。与以往针对运行成本最小化进行优化不同,将热力学参数——[火用],引入多能源枢纽优化调度,以[火用]损最低为优化目标,从而实现能源的高效利用。针对热力传输网络的时间延迟问题和功率损耗问题,引入了热力延迟时间参数和损耗系数,提高了热力网络的建模精度。同时,考虑到不同能源枢纽由不同运营商进行管理,采用基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式优化算法进行求解,各个能源枢纽仅需提供"期望交换功率",保护了各能源枢纽的隐私,减少了通信的交流量,保证了调度的相对独立性。最后,以3个能源枢纽的运行调度为算例,验证了所提方法的有效性。

关键词： 协调控制   多电源联合运行   大规模清洁能源   无序脱网  

摘要： 随着送端电网清洁能源并网容量和直流线路的不断增加,加剧了电网故障后并网的清洁电源发生大规模无序脱网的现象。文章结合送端电网不同电源的特性,定义了送端电网清洁电源脱网容量的目标函数和约束条件,设定了不同的电源基地运行条件和不同的保护参数下的脱网容量期望区间,形成了多电源联合运行的协调策略。通过对某大区电网进行仿真分析,结果表明增大清洁电源附近常规电源的出力能够缓解在电网故障瞬间清洁电源的高压脱网现象,得出了在严重故障下安控切机措施和风电高电压穿越保护相配合的方案能够有效降低清洁电源的脱网容量。

关键词： 抽水蓄能   风光预测   联合发电系统   平抑风光功率波动   多目标优化   NSGA-Ⅲ算法  

摘要： 近年来我国可再生能源持续快速发展,高比例可再生能源并网将是我国电力系统发展的必然趋势和重要特征。大量分布式电源接入电力系统,对电网正常运行、电能质量均产生影响,也为电能消纳、存储提出新的要求和挑战。在甘肃地区新能源产业大力发展的背景下,充分利用新型能源,将抽水蓄能电站与风力、光伏发电站联合运行,减少弃风弃光,降低对电网的冲击和影响,是本文的主要研究目的。为了把握风电和光伏功率变化趋势,便于制定调度任务,本文引入了改进引力搜索算法优化的反向传播(GSA-BP)神经网络的短期风光功率预测方法。首先,针对神经网络对风光功率进行预测收敛慢、过拟合、参数冗余等缺点,本文利用GSA算法良好的全局优化能力,确定BP的最优权值和阈值,增强了BP神经网络的性能。然后,本文引入了一种新的误差修正方案,验证了预测误差与特定的综合气象指标之间具有一定的相关性。仿真结果表明,本文提出的改进的风光功率预测方法能获得较好的预测结果,误差修正方法能够提升预测精度,具有广泛的适用性。为实现风电场的经济运行,改善风电、光伏功率的输出功率波动性和提高风能、光伏的利用率,本文建立了风-光-蓄多目标优化模型。首先,以风-光-蓄联合发电系统综合效益最优、弃风率弃光率最小为目标建立了多目标优化模型。然后引入DCMOPSO算法来求取联合发电系统的Pareto最优解集,该算法设置多个种群同时进行独立搜索,有效提高了算法的搜索能力。通过动态学习样本和差分变异,进一步避免算法陷入局部最优。最后,为了降低决策者在Pareto解集寻找方案的难度,引入TOPSIS决策法获取无偏最优解。算例分析验证了所提模型的有效性。风光的波动性将会导致风电、光伏并网对电力系统的可靠性、安全性以及经济性运行带来威胁,因此,引入抽水蓄能平抑风光功率的波动性,实现削峰填谷的作用。针对风光出力的不确定性,以及风光并网时的出力波动,提出了一种高比例可再生能源基地风-光-蓄联合运行优化调度模型与方法。首先,以风-光-蓄联合发电系统综合效益最优、联合发电系统功率波动最小及功率需求匹配最佳为目标,建立全天96个时段的优化调度模型。然后,引入改进NSGA-III多目标优化算法来求取联合发电系统的Pareto最优解集。最后,结合酒泉新能源基地进行仿真,算例分析验证了所提模型的有效性。

关键词： 电动汽车   充换电   状态监测   新能源消纳   综合平台  

摘要： 基于规模化发展的电动汽车无序充电对配网的影响和新能源消纳,研究充换电与新能源消纳联合运行技术.因考虑电动汽车有序充换电与新能源联合运行综合平台的需要,针对电动汽车运行状态监控进行研究.对电动汽车运行的位置,动力电池电压进行实时监测,并且在特殊情况下,可对电动汽车启停实施远程实时控制.基于GU620核心GPS/GPRS模块实现定位和远程传输,采用霍尔传感器实现动力电池电压采集.传感器与核心模块间用RS485通讯.采集的电压及定位数据通过GSM和GPRS双方式上传到服务器处理和客户终端显示.上位机和客户终端可通过指令实现对电动汽车启停的远程控制.该研究作为联合运行平台建设的数据来源依托,具有实时性,远程通信,协同控制的特点.

关键词： 综合能源系统   能量枢纽   最优潮流   静态安全评估   优化运行  

摘要： 针对区域多能量枢纽(energy hub,EH)互联的热电耦合综合能源系统(integrated energy system,IES),提出一种综合考虑静态安全因素与热电最优潮流的IES联合优化运行模型。模型为双层结构,首先提出热电耦合网络最优潮流计算方法,并在此基础上建立整个系统的静态安全评估指标。上层模型以系统运行经济性与静态安全性为目标,优化各EH单元的冷热电输出;下层模型根据上层热电最优潮流计算结果,结合经济性目标,并兼顾光伏消纳能力,实现EH单元内部各机组的实时出力优化。最后结合算例仿真结果证明了所提模型的有效性。

关键词： 海岛微电网设计   联合运行   分枝定界算法   经济性  

摘要： 微电网是大电网系统的有利补充,尤其是在有地理局限,输电成本较高的偏远地区。微电网系统同时又是分布式能源的优选载体,分布式电源大部分是以可再生能源为主,一方面受益于就地取材的低发电成本,另一方面却受制于自然资源的不稳定性,因此分布式能源系统普遍具有很大的波动性和间歇性,特别是在多类型分布式能源进行联合运行,这种波动性就更难把控,通过微电网系统的合理规划设计可以有效的平抑多类型分布式能源系统的不稳定性。本文以两个海岛为作为构建微电网系统模型的基础,海岛目前负荷需求迫切,通过对海岛现有供能配置、负荷预计、风光资源等情况的调研和分析,提出一种风、光、储、柴在微电网系统框架下联合运行的扩容规划设计方案,基于分枝定界算法建立了微电网系统的优化联合运行模型,同时构建了分布式光伏、风电、储能与柴发的运行模型,通过Matlab软件的Yalmip工具包结合IBM ILOG Cplex作为求解器对该微电网系统模型进行了运行仿真,通过仿真两个海岛在孤岛模式下多种工况下运行的情况,研究该微电网系统的可再生能源渗透率,联合运行技术可行性、分布式定容的合理性,并且定量地分析该孤网运行下微电网系统的运行经济性,结果表明,该风、光、储、柴联合运行的海岛微电网系统的联合运行设计在技术上和经济上两方面均具有可行性。最后,通过仿真该微电网并网后联合运行情况,与孤网运行的收益进行了对比,得出在该微电网系统与大电网并网后其经济性会进一步提升的结论。