考虑拓扑规划与管线选型的区域综合能源系统优化配置方法

区域综合能源系统是一种集多种能源生产与转换为一体的,具有能源利用效率高、多能源协调互补以及清洁低碳为特征的综合性能源生产形式。研究综合能源系统的优化配置方法有助于系统节能减排、保障地区用能安全以及促进可再生能源大幅消纳。本文建立了含拓扑规划的区域综合能源系统优化配置模型。其基本思路是以分布式能源站为基本供能单元,通过引入电力线路与输热管道的选型和容量配置约束,将分布在不同地区的能源系统连接在一起;其次,考虑了管网损耗、容量上限以及电压幅值等因素影响,以经济性最优为目标,综合考虑投资成本、替换成本与设备残值收益,构建了面向多区域能源互联系统的混合整数线性规划模型。算例测试结果表明,本文建立的规划模型可以有效减少冗余设备的安装容量,提高规划方案的经济性以及系统的综合能效,对于多区域综合能源系统的规划及建设具有一定的参考价值。     

一种双阶段多目标优化的综合能源系统配置方法

为提高综合能源系统优化配置的实用性和准确性,提出双阶段多目标优化的综合能源系统优化配置方法.第一阶段,以生命周期内经济成本最优、二氧化碳排放最低为目标函数,获得设备的最优类型、容量和机组组合;第二阶段,以日运行成本最优为目标函数,应用分支界定法对系统运行成本进行优化.最后以北方某住宅小区为例进行仿真,仿真结果体现了本文提出的优化配置方法在经济效益和环境效益两个指标上相较于传统方法存在明显优势,能够有效实现协同优化,具有更高的实用性和准确性.     

含储能装置的园区综合能源系统三级协同规划设计方法

研究综合能源系统的配置和优化策略对于保障区域用能平衡、降低系统投资成本、提高运行的经济性具有重要的意义和价值.提出了含储能装置的园区型综合能源系统的三级协同规划方法,首先将综合能源系统的设计过程划分为设备选型、容量配置与运行优化三个阶段;然后根据各阶段之间的递进和耦合关系,采用系统级的建模方法,对各类设备的选型与运行约束进行总结和提炼,并引入储能装置约束,从而形成了结构简洁、约束紧凑的综合能源系统规划模型.针对该模型中的非线性函数项,引入了辅助变量和约束,将其等价转化为易于求解的混合整数线性规划问题.最后,分三种情形对某园区待建综合能源系统进行优化配置.算例测试结果验证了所提模型和方法的有效性.     

计及高比例可再生能源的配网系统储能多场景优化配置

为解决传统方法中可再生能源出力波动大、可再生能源和储能利用效率不高等问题,提出一种计及高比例可再生能源的配网系统储能多场景优化配置方法。通过在配网系统电源侧接入储能,定义配网系统储能配置场景,采用一阶低通滤波,结合波动率期望值确定方法,将低通滤波时间常数作为储能容量配置的关键参数,计算能源发电波动场景储能目标输出功率。采用上下限约束法,计算负荷储能释能场景储能目标输出功率。结合配网系统运行成本,构建储能多场景优化配置模型,求解储能最优功率和容量最优解,获得储能最优配置方案。实验结果表明,所提方法减少了风电出力和光伏出力的最大波动量、最大波动率,可再生能源出力更加平稳,减少了弃风率和弃光率,增加了储能出力,提高了可再生能源和储能利用效率。     

基于多种可再生能源的多联产系统优化配置研究

为提升基于多种可再生能源的多联产系统整体性能,合理的容量配置至关重要.针对基于太阳能、生物质能和空气能的多联产系统,以一次能源节约率最大化、费用年值节约率最大化和二氧化碳减排率最大化作为优化目标,以光伏光热一体化组件、内燃机、空气源热泵的容量为决策变量,采用改进的多目标遗传算法,利用优劣解距离法求解系统最优容量配置.同时,通过算例验证优化模型的可行性,并研究系统经济性能对成本参数的敏感性.结果表明,优化方案在能源、经济、环境各方面都表现出很好的性能,系统的一次能源节约率为29.07%,费用年值节约率为58.15%,二氧化碳减排率为54.30%,且厌氧发酵环节的成本参数对系统经济性能影响较大.     

考虑电力弹簧的电氢微网系统容量优化配置

由于风机和光伏出力的随机性和波动性以及微电网系统拓扑结构的复杂性,对系统容量优化问题带来了很大的挑战。为了提升微网经济性和可再生能源的消纳能力。在新能源余电制氢的基础上,提出了一种考虑电力弹簧的电氢微网系统容量优化配置研究方法。首先建立了风、光、氢及电力弹簧的数学模型,其次提出相应的能量控制策略,最后设置以全寿命周期成本和能源浪费率最低作为目标函数,采用改进NSGA-Ⅱ算法对方案进行配置。为验证方案可行性,结合某地具体数据,寻求最优配置方案。对配置结果分析表明在电氢微网中加入电力弹簧装置后可有效提高风光资源利用率并降低储能成本,进一步提高了所配置微网系统的经济性,为微网容量优化提供新思路。     

基于燃气轮机富氧辅助供能的风电耦合化工系统容量优化配置

利用电解水制氢技术将可再生能源风电嫁接到炼油产业,实现风电与化工耦合,可以有效改善化工产业碳排放高的问题。综合考虑到风电出力的不确定性和氢气需求的波动特性,提出了一种以满足化工用氢为主,基于燃气轮机富氧辅助供能的低碳能源系统。考虑风电机组、燃气轮机、电解槽、储氢储氧罐、以及二氧化碳液化压缩捕集装置的设备投资成本和操作成本,建立以等年值总费用最小为目标的优化配置模型。基于西北某地区实际风机出力数据和炼油厂用氢数据,利用CPLEX求解器和YALMIP工具箱进行模型求解,得到该系统各装置最优容量配置方案,并进行相关分析。结果表明,该系统可以有效地平抑风电出力的短期不确定和氢气需求长期波动问题,实现了“以氢定电”,可为现代化工企业获取绿色氢气来源提供一定的理论和参考。     

考虑需求响应资源和储能容量价值的新型电力系统电源规划方法

高比例可再生能源的接入对电力系统容量充裕性带来了新的挑战，系统必须具备充足的置信容量应对可再生能源的出力波动性和随机性.由于储能置信容量与电源规划结果的非线性关系，传统电源规划方法难以准确计算储能置信容量并建立系统置信容量充裕度约束.通过综合考虑火电、可再生能源、储能以及需求侧响应建立了电源规划模型，内嵌全年8 760时段生产运行模拟以确保系统具有充足灵活性，同时改进容量充裕性约束以考虑需求响应资源和储能的容量价值.针对储能置信容量的非线性问题，设计了迭代算法进行求解，并用某区域电力系统验证了模型的有效性.结果表明，高比例可再生能源系统中，影响系统成本的主要因素是灵活性约束，引入少量需求侧响应资源可大幅降低系统成本，为未来高比例可再生资源电力系统规划问题提供了新的思路.     

风能-太阳能-储蓄电池-柴油发电机独立混合发电系统的优化设计

为了提升混合可再生能源系统发电的连续性、可靠性和经济性,通过Matlab数值模拟,提出了一套基于遗传算法的风能-太阳能-储蓄电池组-柴油发电机独立混合可再生能源系统组件规模优化配置模型。通过建立系统能源模型、经济性模型和可靠性模型,并以系统总花费成本最小为限制,求解了系统各组件配置最优解。研究结果表明,该模型能够有效求解出系统各组件最优化配置,并可以根据设计要求的不同得出不同的系统优化结果,能给予决策者更多的选择空间。     

数据中心综合能源系统配置与运行的集成优化

采用清洁高效、环保节能的综合能源系统替代传统供能系统,是实现数据中心绿色可持续发展的有效措施。综合能源系统的设计与运行优化通常被分割成两个阶段进行考虑,而并未实现系统的最优规划。本文基于数据中心全年能耗特点,设计了一种以天然气、太阳能及地热能为能源,集成有机朗肯循环发电系统、吸收式制冷机组、换热器等余热利用设备的综合能源系统。以投资成本、运行成本、碳税成本及太阳能丢弃惩罚成本等在内的综合成本为优化目标,建立了综合能源系统混合整数线性规划模型,对各设备容量以及调度策略进行了集成优化。以某小型数据中心为例进行了案例研究,结果显示：与传统供能方式相比,所构建的综合能源系统费用年值节约率为35.72%,二氧化碳减排率为55.11%,一次能源节约率为39.86%。     

含混合储能的风光储系统容量优化配置

由于可再生能源的不断发展,电网对各种能源存储技术的需求日益增长,通过提出一种利用废弃矿区建立含重力储能的混合储能系统解决新能源消纳的问题。以年均系统成本最小化为目标建立微电网容量优化配置模型,通过分析含风力发电机、光伏组件、蓄电池和重力储能装置的微电网各发电单元特性,并采用改进粒子群优化算法对该模型进行优化求解。算例结果表明,该模型提高了系统的经济性,系统负荷缺电率等可靠性指标也得到了明显提升。     

基于可再生能源不确定性的多能源微网调度优化模型

多能源微网可以使综合能源系统在配网/用户端得到实现,但电力系统和天然气系统联合后会使得系统调度中的不确定性问题变得突出。为此,本文通过对电力/天然气系统的物理特性进行分析,基于用户需求响应资源、可再生能源机组出力和负荷不确定性的关键要素分析,建立了多能源微网日前调度优化模型。基于Matlab环境对所建模型进行了相关的计算仿真,验证了两阶段随机优化模型的有效性。仿真结果表明,所建优化模型可以提高多能源微网系统运行的可靠性和经济性,具有较好的实际应用价值。     

风光氢储系统的两阶优化匹配分析

随着可再生能源的广泛应用,与之相关的微网系统的性能研究也备受关注。在一定经济约束下,对微网系统进行优化匹配确定最佳的微源数量配置,不仅可以减少能源浪费,也是系统可靠性运行的基础。本研究以当地某通信基站为研究对象,以系统总净现成本和负荷缺电率最低为优化目标,首先采用HOMER通过枚举法得到经济性最优的配置组合输出来初始化个体位置,然后利用模拟人智能搜索行为的人群算法（SOA）对风光氢储、风光储、光氢储和光储四种方案下的系统进行匹配计算。配置结果证明了两阶优化算法相较于一般算法的优越性,同时相较于未优化之前显著提升了系统的经济性和可靠性,减少了能源浪费。对比不同方案下系统的配置结果,得出蓄电池+储氢的混合储能方式对系统性能的提升更大,此外,在当地的气象条件下,风光互补系统的总体水平较低。最后对当地的微网配置提出建议和优化措施。     

考虑风光气电协同供能的冷热电联供系统多目标优化

建立以光伏发电、风电、燃气、网电多能源协同供能的冷热电联供系统。以独立供能冷热电联供系统为度量基准，构建由系统投资运行成本、一次能源利用、二氧化碳排放组成的多目标优化函数。针对全年冬季、夏季与过渡季的3种典型日的电热冷负荷需求，分析系统的容量配置以及“以电定热”“以热定电”的运行策略的协同优化。考虑优化问题的连续和组合优化的混合特性，模型求解采用多目标粒子群双层优化算法。采用正交试验分析关键因素对决策结果的影响作用。仿真结果表明，风光气电协同供能的冷热电联供系统相比独立供能系统，具有明显的经济、节能与环保的综合优势。     

风电系统中变流器与蓄电池容量优化配置策略

以直驱永磁风电系统中双PWM变流器和蓄电池为研究对象,建立了以风电系统收益最大为目标的变流器与蓄电池容量优化模型,提出了基于非线性规划遗传算法的变流器与蓄电池整体容量配置策略.该策略分析了风电系统的发电收益、损失电能效益、双PWM变流器成本、蓄电池成本,建立了风电系统年收益的目标函数;同时考虑国标对风电系统并网功率波动的限制条件;并通过非线性规划遗传算法求解目标.为验证该策略的正确性,以某风电场的发电系统为仿真对象进行了分析,结果表明,相对于传统的容量配置方法,本文提出的容量优化配置策略可以使风电系统的年成本降低10.3%.     

考虑风光不确定性的综合能源系统规划设计方法

在能源互联网飞速发展的背景下,综合能源系统逐渐成为能源低碳高效运行的重要实现方式。为了实现综合能源系统配置的合理规划,文章提出了一种考虑风光不确定性的综合能源系统多目标规划模型。通过结合序列分布概率的典型曲线挖掘方法获得风光的典型出力曲线,减小可再生能源出力描述不确定性对配置的影响。以综合能源系统运行成本最低、系统电网供电率最低为优化目标,采用基于混合博弈决策的改进型多目标粒子群算法对规划模型进行求解和Pareto解集决策,生成满足决策者的不同偏好需求的配置结果。并对影响系统规划的关键参数进行敏感性分析。基于我国某综合能源示范工程的实际数据,给出了规划方案,仿真结果验证了该方法的有效性。     

含光热电站的热电联供型微网储热容量双层优化配置

含可再生能源的微网已成为能源领域重要的发展趋势，在此背景下，针对热电联产微网中储能优化配置的不足，构建了含有光热电站的热电联供型微网储热容量双层优化配置模型。上层模型以极小化光热电站日投资成本和热电联产微网日运行成本为优化目标，下层以极小化热电联产微网日运行成本为优化目标。利用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件将双层模型转化为单层模型。算例证明了基于光热电站的储热系统提升了微网的经济性以及微网消纳可再生能源的能力，并分析了光热电站的储热容量和储热成本对热电联产微网投资成本和运行成本的影响，同时验证了所提双层规划模型的有效性。     

考虑风电波动率的储能系统优化配置策略

为了减缓风电出力波动性对电网的影响,提出应用模型预测控制算法来分析不同波动率风电的储能系统的优化配置.首先,基于模型预测控制方法,研究储能平抑风电波动的控制策略,并建立优化配置模型;其次,提出风电的正负波动率和累计波动率的概念,并梯次分析了3种典型波动率下的储能系统功率和容量的配置策略;最后,基于MATLAB软件,从构建的标准正弦风电到随机选取的风电等3种典型场景进行算例分析,验证本文所提出的基于模型预测控制的风电波动平抑策略和采用累计波动率差值作为储能容量的评价指标有效性,为可再生能源的友好并网及储能优化配置提供一种参考.     

含混合储能的冷热电联供系统运行策略及容量配置

冷热电联供系统是分布式能源未来主要发展方向和形式。建立了含混合储能的冷热电联供系统多目标优化模型,考虑设备初始投资成本和维护成本,分析在"以电定热"和"以热定电"不同运行策略下混合储能初始容量及总容量配置对系统能源性、经济性、环境性评估指标的影响,得出储能容量最优配置及系统运行策略,并与不含储能系统对比验证。通过算例验证表明,合理的储能容量配置及运行策略选择有助于提高系统能源利用率,减少二氧化碳排放和运行成本,为冷热电联供系统规划运行提供一定的理论和技术参考。     

考虑需求响应和含储火电参与深度调峰的电力系统随机优化调度

随着“双碳”目标下我国能源结构的调整,可再生能源的大规模并网发电对系统运行灵活性提出了更高的要求,调峰能力不足,严重影响了系统运行的环保性和经济性。基于此,构建了考虑需求响应和含储火电参与深度调峰的随机优化调度模型。在需求侧引入价格响应增强用户参与负荷调节的主动性,以优化调整次日的负荷曲线,降低峰谷差。在火电侧配置储能,辅助火电机组进入深度调峰状态运行,以提升火电机组的调峰能力。同时考虑风光出力误差,构建基于机会约束条件的系统备用约束,采用随机模拟确定性转化方法。最后以可再生能源弃电率和系统运行成本最小两目标函数进行优化求解。仿真结果表明：所提方法有效提升了系统调峰能力,较常规调度方式而言,可再生能源的消纳率提高了4.27%,系统运行成本减少了5.37%。