关键词： 绿色证书交易   碳交易   管网动态特性   综合能源系统   风电消纳  

摘要： 为提高综合能源系统(integratedenergysystem,IES)的风电消纳水平,降低系统碳排放,该文提出一种碳捕集电厂–电转气联合运行模式下考虑绿色证书交易机制与阶梯式碳交易机制的综合能源系统低碳经济调度策略。首先构建绿色证书交易模型与阶梯式碳交易模型,并以绿证历史交易作为依据考虑绿证数量影响绿证交易价格的市场均衡关系;然后构建碳捕集电厂综合灵活运行模型与电转气两阶段精细化模型,将绿证–碳交易机制引入计及碳捕集电厂与电转气设备联合运行模式的综合能源系统调度中;此外兼顾气网与热网动态特性提高调度策略的灵活性以及决策结果的精确性。最后在算例中对所提调度策略进行对比分析,结果表明所提策略可能够开阔风电消纳空间,提高系统经济性以及降低碳排放水平。

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： 综合能源系统   线性代数方程组   非线性偏微分方程   PSO算法   燃气内燃机   差分法   能源网   燃气锅炉  

摘要： 在多能源耦合的综合能源系统(IES)中,随着高比例可再生能源的高度渗透,给IES的灵活运行提出了新的挑战。考虑到天然气网的慢动态所带来的惯性特性,可利用差分法将天然气网高度非线性偏微分方程转化为线性代数方程组,同时,现有的IES大多只考虑单一机组或者耦合设备的运行状况,严重影响系统的联合优化运行。为此,本文以系统经济性和最低碳排放为目标,考虑天然气网惯性特征,构建结合燃气轮机、燃气内燃机、燃气锅炉等多种耦合设备运行约束的IES日前优化调度模型,并运用PSO算法对建立的IES优化调度模型进行求解,并借助MATLAB仿真软件编写程序进行仿真分析,最后得到使IES具有最小运行成本的调度策略。所得结果表明,在通过日前优化调度,更准确的体现了IES在协调各惯性网络及耦合设备的出力中系统的变化过程,验证了各能源网及耦合设备可在一定范围内为系统提供功率支撑,在考虑碳排放最低的前提下以实现经济最优。

关键词： 分布式抽水蓄能电站   新能源发电   联营体   随机优化   现货市场   条件风险价值  

摘要： 随着我国电力现货市场建设的不断推进,新能源参与现货市场已成为大势所趋,但新能源出力的不确定性导致其市场竞争力较弱。分布式抽水蓄能电站作为目前较为成熟的储能技术,易与新能源联合运行,平抑其出力波动。为此,研究在现货市场双结算机制下分布式抽水蓄能电站与新能源发电组建联营体参与日前-实时市场的两阶段随机优化模型,引入CVaR(条件风险价值)来量化新能源出力和市场电价的不确定性对联营体收益的影响,实现联营体在日前市场阶段的投标优化和实时平衡市场阶段的滚动自调度优化。通过算例分析,验证了所提方法可提高联营体在现货市场的收益,并讨论了风险偏好系数、抽水蓄能电站库容对于联营体收益的影响。

关键词： 区域综合能源系统   光热电站   储热装置   多元宇宙算法   不确定性  

摘要： 针对含光热电站参与的多能耦合区域综合能源系统,考虑了系统中风光出力、光热电站中的储热装置出力、负荷、购能价格的不确定性,提出了一种基于多元宇宙算法-区间线性规划的双层优化配置方法。上层以运行年限内总收益最大为目标进行设备选型和容量配置,下层以运行净收益最大为目标优化各设备出力,从而获得系统的最佳配置与运行方案。算例结果表明,光热电站的参与可以增加系统的协调优化能力,且与传统算法相比,采用多元宇宙算法对模型进行求解,收敛速度更快,考虑多重不确定因素的优化配置能够使得系统的净收益更加稳定,提高系统的总收益。

关键词： 高比例新能源   灵活负荷   电网形态   发展趋势   分区运行   直流电网   交直流分网  

摘要： 随着全球能源向低碳化转型,电力系统“源”、“荷”特性发生深刻变化。“源”侧加速向新能源发电为主导方向发展;同时,电能替代的推进使“荷”侧规模及特性产生本质改变。生产与消费环节的双重变革,为传统的电网形态带来了巨大挑战。该文从支撑能源转型需求出发,基于交流系统和直流系统自身技术特点,探讨如何构建适应于未来电网发展的交流和直流联合运行形态。首先,概述交流和直流的本征特性,分析两种技术的适用范畴;其次,针对高比例新能源、灵活负荷等接入电网带来的电力平衡、系统稳定、谐波谐振等关键问题,阐明不同交流和直流组合形态的解决或改善效果;最后,针对不同区域的应用场景,提出未来交直流联合运行模式的发展路径,为“双碳”目标下新型电力系统的构建提供参考。

关键词： 配电网   微能源网群   深度学习   自适应动态优化   在线分布式优化   配电网弹性提升  

摘要： 为了在充分利用现有已建成能源网络,减少或延缓新增电网架构建设的条件下,保证配电网安全性和经济性的同时,实现清洁能源的全额消纳,丰富用户用能种类、提升配电网运行弹性,同时应对分布式能源的不确定性和清洁能源消纳率的波动性,对各类能源、电网、用户侧资源与储能进行协同控制,本文开展了基于配电网的多微能源网联合系统决策模型和运行优化研究。本文创新性地在配电网调控架构下,对多微能源网的联合系统优化运行进行了研究,更好地发挥了配电网能量传输网架的支撑作用,统筹实现多种能源的互补运行,减少碳排放、提升经济性。其次将电-气-热-冷多异质能源纳入统一优化调度,从设备维度和运行模式多方面拓展了现有综合能源优化模型,扩展了考虑配电网的能量系统的优化空间,满足了用户的多类型能源需求。同时将深度学习技术与自适应动态规划结合提升了算法实时性能,通过Frank-Wolfe多智能体分布式在线学习算法加强了配电网与微能源网的协同优化运行能力,通过基于实际电网运行数据的仿真,在风电与光伏装机比例各占50%的场景中,可再生能源消纳能力由优化前的75%提升至100%,支路故障后的孤岛运行能力由优化前的1.3提升至5.3;在风电装机占比75%与光伏占比25%的场景中,节点电压合格率提升了的37%,各场景下配电网运行弹性均能取得较好提升效果。同时通过配电网-多微能源网协同优化运行,为系统提供了虚拟储能容量4.40MW,满足了系统所需的1.99MW的电储能配置需求,节约投资31.362万元。本文主要研究内容和成果如下:(1)接入配电网的灵活性调节资源赋予了配电网层面的可调度性,综合能源系统的发展赋予了配电网内部能量耦合与区域自治的可能,这就使原有对配电网弹性的定义并不能完全涵盖新型电力系统下配电网的运行属性,为了有效评价新型电力系统中配电网运行弹性,本文扩展了传统以灾后恢复能力为主导的电网弹性评价标准,建立了新型电力系统下的配电网运行弹性评价体系。根据设备运行特征与运营模式全面地提出了三类微能网运行体系,为微能源网的优化建模打下基础。(2)配电网因接入了微能源网及其中的能源转换、转移、存储设备,使得配电网拥有了灵活调节的能力,为了实现微能源群的协同控制首先需要实现单微能源网的在线优化调度。为了实现能源的综合利用与区域自治,从多维度构建了微能源网的运行优化模型;为了提升微能源网在线优化调度的实时性,给出了基于预训练的自适应在线动态优化算法;本文根据能量耦合关系构建了热-电耦合型微能源网优化模型以及电-气-热全耦合型微能源网优化模型,其次将含约束的非线性优化方法与深度学习相结合,构建了微能源网最优运行行为的深度学习策略;同时对执行依赖启发式动态规划方法进行改进,使用预训练的深度神经网络代替其中的执行网,构建了微能源网在线优化算法与策略,通过仿真计算验证了模型的正确性和算法的快速性,保证了微能源网内部各设备的实时优化调度,实现了微能源网层级的清洁能源全额消纳。(3)为了实现配电网—微能源网协同系统的在线优化调度,本文首先给出了结合区域特性分析的微能源网构建方案,结合典型地区的配电网运行需求,构建了适应负荷需求中心以及适应新能源中心的两类地区的微能源网优化模型,构建了配电网-多微能源网的分层优化模型并在模型中考虑了配电网向微能源网提供辅助服务的成本,体现了实际生产环境中各主体的职责和利益述求。其次充分考虑配电网的经济性与安全性,将基于二阶锥规划求解的最优潮流算法与基于预训练的自适应动态优化方法结合,建立了配电网—多微能源网在线优化调度策略,并将提出的模型和优化策略在基于贵州电网实际网架参数构建的测试系统中进行了验证和分析,消除了不同区域配电网运行面临的支路负荷性过载和新能源送出型过载,实现了风电、光伏的全额消纳,最优分配了配电网的潮流,保证了协同系统的经济性。(4)随着低压侧分布式光伏、风电以及电动汽车的大规模接入,配电网潮流在每日的电网运行中波动和变化变得愈发剧烈,配电网需要对微能源网进行主动的优化来保证安全性、实现更好的经济性,并使用配电网运行弹性评价指标来客观评估协同系统的运行状态。本文首先进一步扩展了配电网下多微能源网运行优化模型,引入冰蓄冷空调模型及用户侧冷负荷的供应,实现全能量型微能源网的接入,利用多种能源系统的时空互补特性进一步扩展配电网的优化运行空间,其次在配电网层优化中结合基于Frank-Wolfe算法的多智能体分布式在线优化算法以实现配电网对微能源网的在线优化调度,实时调整系统运行态势。最后通过基于实际系统构建的仿真案例验证了联合系统的运行经济性,并评估了此时配电网运行弹性的提升效果,保证了用户多类型能源的实时需求,同时提升了配电网动态应对源荷双侧不确定性以及电网极端情况的能力。

关键词： 新能源与储能联合电站   跟踪计划出力   经济运行   控制策略   超短期预测功率  

摘要： 随着新型电力系统的构建,高比例新能源对电力系统的影响凸显,为确保电力系统安全稳定运行,需要对新能源发电的并网友好性提出更高要求,而储能正是实现新能源发电可靠运行的技术支撑。储能与新能源发电联合配置有利于新能源电站平抑出力波动、跟踪计划出力等,对促进新能源安全消纳、保障电网的安全经济运行具有积极作用。但是目前储能的成本较高,运营模式与运行控制策略不够成熟,导致储能的使用价值发挥不充分,新能源与储能联合电站难以获取合理的投资回报,影响了其配置储能的积极性。因此,研究新能源与储能联合电站的运行控制策略,改善新能源的并网特性、提升新能源发电及储能装置的运营利润,对促进新能源电力系统的健康发展具有重要的现实意义。 分析新能源与储能联合电站的特性。明确电站中新能源与储能的运行关系,分析研究储能装置的运行模型;针对储能较少参与调度的现状,给出一种联合电站的调度框架;充分考虑各方面需求与约束条件等,以风储电站为例建立跟踪计划出力下的功率与收益评价模型,为后续联合电站的优化运行研究奠定基础。 开展风储电站跟踪计划出力下的日前经济优化模型研究。从经济性的角度出发,对风储电站日前申报的计划出力曲线进行优化;建立风储电站跟踪计划出力下的经济优化模型,并采用改进的粒子群算法求解;选取历史运行场景进行仿真分析。结果表明当电站跟踪优化的计划功率曲线时,储能不仅能辅助新能源更好地完成跟踪计划任务,减少弃电与惩罚费用以保障新能源发电利润,而且可以依靠分时电价实现峰谷套利以提升储能利润,验证了模型的有效性。 提出基于历史相似场景和超短期预测功率的储能优化运行方法。为增强上述优化模型的实用性与效果,合理选择历史相似场景,在日前提出更适用于次日的优化计划跟踪功率;并在日前优化的基础上,进一步提出基于超短期预测功率的储能日内运行控制策略,对储能额外附加充放电功率,使储能更好地兼顾辅助跟踪计划出力与峰谷套利功能,提升联合电站的总利润。仿真结果验证了该日前日内相结合的运行优化方法的有效性。

关键词： 区域综合能源系统   碳排放权购买上限   供求关系   纳什议价   合作博弈  

摘要： 随着能源日益短缺以及环境持续恶化,我国迫切需要建立一个清洁低碳、安全高效的现代能源体系。区域综合能源系统由于能够实现各类清洁能源的梯级利用,因而成为了能源转型的必然选择。随着能源互联网的飞速发展,三个及以上区域综合能源系统可通过联络线互联构成多区域综合能源系统,该系统能够充分发挥不同区域综合能源系统的运行优势。然而,多区域综合能源系统既包含多个主体,又涵盖多种能量耦合形式,运行控制极为复杂。并且,“双碳”目标的提出以及全国碳排放权交易市场的正式启动,促使多区域综合能源系统的运营策略由经济运行转变为低碳经济运行。基于此,本文综合考虑经济成本与碳排放对单区域以及多区域综合能源系统的最优运行方案进行了研究。首先,简要阐述了区域综合能源系统的基本结构,并给出了供能元件、耦合元件以及储能元件的基本数学模型,同时也介绍了博弈论的相关概念,并详细分析了合作博弈的基本原理,为后文深入研究奠定了基础。然后,考虑碳排放权交易市场中存在的碳排放权供不应求以及碳排放权供过于求两种情况,引入碳排放权购买上限,提出了一种考虑碳排放权供求关系的碳交易成本计算方法,并以此建立了单区域综合能源系统优化模型,接着通过算例仿真验证了所提模型的有效性,还分析了碳价、碳排放权购买上限对系统运行的影响。结果表明,在高碳价水平、低碳排放权购买上限的情况下,所提模型能够有效降低系统的碳排放。最后,在单区域综合能源系统优化模型的基础上,考虑碳市场中的碳排放权供求互动,进一步完善了碳交易成本计算公式,提出了一种适用于多区域综合能源系统的碳交易成本联合计算方法。同时,计及区域综合能源系统之间的功率交互,建立了基于纳什议价的多区域综合能源系统合作博弈模型,并运用多场景计算方法进行了算例对比,验证了所提模型的优越性。算例结果表明,所提模型对系统碳排放具有很强的约束作用,可以有效预防系统的碳排放超标;功率交互能够加强区域综合能源系统之间的联系,且能极大程度提高系统的运行灵活性和供能可靠性。此外,根据所提模型的优化结果可以判断碳市场中是否存在多余的碳排放权,进而能够提醒监管部门适时调整碳配额分配比例促进系统进一步减排。

关键词： 电力现货市场环境   园区型综合能源系统   多阶段联合   优化运行  

摘要： 本文的主要目的是探讨电力现货市场环境下园区型综合能源系统多阶段联合优化运行。为了提高系统运行的经济性,首先从园区型综合能源系统结构分析及建模入手,其次分析园区型综合能源系统在电力现货市场环境的运行模式。在此基础上,分析其优化模式,旨在实现多种能源资源的互补、融合,在一定程度上确保系统联合优化运行效果更为良好。基于此,通过对上述内容进行简单的分析,希望能给其他工作人员提供一定的理论参考和借鉴。