电气互联综合能源系统中电转气装置的规划

为提高能源利用效率,减少碳排放量,提出了含电转气装置的电气互联综合能源系统耦合模型,并探讨了电转气装置的规划问题.通过建立计及电转气的耦合模型,针对仅含燃气轮机的电力网络与天然气网络,以经济性为目标,求解电转气装置的安装位置与安装时间,并以IEEE30节点电力系统和比利时20节点天然气系统的耦合系统为算例,使用Gurobi求解器成功解出电转气装置最优的安装位置与安装时间,由此证明了天然气网络作为大规模储能系统的可行性.结果显示,小规模电气互联系统中影响电转气装置安装位置与安装时间的主要因素为天然气负荷的增长,而电力负荷的增长对安装位置和安装时间的影响较小.     

考虑设备风险和风光不确定性的园区综合能源随机优化运行

综合能源系统因其能源梯级利用的高效性被广泛应用,而在运行过程中各设备的潜在故障风险与风光出力波动会成为系统供能稳定性的安全隐患。为此本文首先基于设备负载率建立了故障概率模型与设备风险模型。其次针对风光出力的不确定性采取蒙特卡洛采样法生成典型场景,建立了考虑设备风险与风光不确定性的综合能源多目标随机优化模型,运用分段线性化、宽容分层序列法将该模型处理为混合整数模型。最后通过算例仿真表明所提优化模型能够兼顾运行风险与经济成本,相较于传统经济调度,在总成本仅上升了9.6%时、设备风险降低了79.3%,证明了模型的经济性与安全性。     

考虑经济性与碳排放的电-气综合能源系统多目标规划

为加速电-气系统快速、经济的低碳转型，构建了一种综合考虑经济性成本与碳排放量的电-气综合能源系统多目标随机优化规划模型.首先建立电-气网络与相关设备的数学模型，并运用场景法表征电、气负荷与光伏出力的不确定性.其次建立综合考虑系统经济性成本和碳排放量两个指标的混合整数二次约束规划(MIQCP)模型，对电网馈线、气网管道、变电站、配气站、燃气机组、电转气装置、光伏及储能装置进行统筹规划.最后，构建算例验证模型的可行性及有效性.结果表明：在不同的目标函数权重选择下，模型可以充分考虑电-气网络线路与多种综合能源设备间的耦合关系，获得整体最优的规划方案.     

基于关联数据挖掘的继电保护定值风险评估方法研究

继电保护是确保电网安全运行的关键,为降低继电保护运行风险,现提出一种基于关联数据挖掘的继电保护定值风险评估方法。通过分析常见连锁故障类型及影响因素,采用数据挖掘求得电力系统故障关联度,计算挖掘数据间关联信息熵。利用关联信息熵系数挖掘电力系统内历史相关数据,深度分析每日数据波动特征,明确系统负荷孤立、电源孤立和电网解列情况发生的风险概率,以及功率损失及风险程度,建立继电保护定值风险评估模型,完成继电保护系统的综合风险评估。实验结果表明：所提方法能够有效评估出继电保护系统的风险概率和风险程度,算法收敛速度快,且风险评估的相对均方根误差、平均绝对误差低于2%,均方根误差低于20 kW,说明该方法有利于电力系统继电保护定值风险控制。     

考虑电网安全约束条件的机组组合新方法

为在电力市场中综合考虑电力系统运行的经济性与安全性,建立了包含电网约束条件的机组组合数学模型,并将其分解为具有整数和连续变量的两个优化子问题。在分析 Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ 分解与协调算法振荡机理的基础上,选择机组运行状态改变后的系统边际费用为协调因子,提出了单调收敛的新方法。该协调因子取决于机组的物理参数和系统负荷不平衡的程度,是各机组运行状态改变后对系统运行费用影响的精确度量,因而方法的快速性和收敛性明显优于 Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ 乘子法。通过对 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ２４ 节点系统的计算,验证了新方法的优越性     

考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行

为解决现有综合能源系统运行灵活性差及风、光消纳难的问题,同时充分利用氢能实现碳减排目标,本文提出一种考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行方法。首先,基于光热电站和含电转氢余热利用的氢能系统模型构建电氢热综合能源系统。其次,考虑需求侧电氢热柔性负荷的特征和调节价值,构建含可平移、可转移、可削减负荷的电氢热柔性负荷模型。然后,进一步构建考虑电氢热柔性负荷调节特性的电氢热综合能源系统联合优化运行模型。最后,通过算例仿真验证所提方法能够兼顾经济运行与低碳效果,不仅可以提高光热电站与氢能系统的联合运行能力,而且能够有效提升系统运行的经济性和低碳性,电、氢、热负荷峰谷差分别降低6.68%、11.95%、8.35%,系统运行总成本降低24.4%。     

风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型

为实现碳达峰碳中和目标，构建以新能源为主体、以能源供给清洁化和能源消费电气化为特征的新型电力系统迫在眉睫.考虑风力发电、光伏发电的间歇性和随机性，以及抽蓄电站、电制氢的储能特性和灵活性特点，基于随机规划理论提出一种风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型.在满足柔性氢负荷总量需求的基础上，以绿电上网电量最大为目标，对风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统进行短期生产模拟，包括日前发电-制氢计划、备用容量、抽水蓄能-放水发电功率、弃风光等.以我国张北风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统示范工程为例，设置多个运行情景对所提模型进行模拟仿真.仿真结果表明：该模型能够有效模拟系统在任意风光出力场景集下的绿电上网计划情况，柔性氢负荷、抽蓄电站能有效促进风光消纳，增加系统综合效益.     

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。     

基于禁忌粒子群算法的热电联产负荷经济分配

根据热电联产机组热电负荷可行域,建立含热电联产机组的负荷优化分配模型与全厂热电负荷可行域模型,将粒子群优化算法的全局搜索能力与禁忌算法的局部搜索能力相结合.对优化分配模型进行求解,在电负荷指令和热负荷指令分别为200 MW和115 MW下求解各机组负荷,总成本为2 695.2美元.通过算例分析验证了所提模型及算法的有效性,分析了凝汽式、热电联产式和纯供热机组之间的组合对全厂可行域的影响,并在此基础上分析了节能潜力与热电负荷指令的关系.     

风火联合系统的多目标随机优化调度方法的研究

考虑到风电场出力的随机性,以常规机组燃煤费用最小、污染气体排放量最小为目标函数,约束条件以概率的形式表示,构建考虑机组组合的风火联合系统的多目标随机机会约束规划模型。结合机组启停优先顺序表,采用启发式搜索策略确定机组组合状态,以避免机组频繁启停或系统容量冗余。采用基于Pareto的多目标粒子群优化算法,结合随机模拟技术和模糊逻辑评价法,对既定机组进行经济负荷分配。以含10机的风火联合系统为算例,验证了所提调度方法的可行性、有效性。优化调度结果表明:1该模型能够充分利用清洁能源,降低系统运行成本,减少污染气体排放量,提高电力系统运行的综合效益;2该算法计算精度高,速度快,避免了基本粒子群优化算法易陷入局部最优的缺点。     

天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置

在中国致力于实现碳达峰、碳中和的要求下,氢能因具有零碳排高热值的特点,氢能产业发展成为中国未来发展的重要目标。针对电解水制氢储能的工业园区综合能源系统能量转换效率不高、制氢量少、经济效益低的特点以及国家对氢能发展大规模低成本制氢的需要,提出了一种以天然气制氢模式代替电解槽制氢的氢储能园区综合能源系统架构。在分析天然气水蒸气重整制氢单元的能耗与能量回收利用以及氢储能单元电、热、气多种能量特性的基础上,建立了天然气制氢储能的氢储能模型;进一步考虑设备投资成本、运行成本、碳排放价格以及制氢效益,以年化投资成本最小与年运行收益最大为目标建立目标函数,利用快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,提出了以天然气制氢储能的园区综合能源系统氢储能优化配置模型。最后以新疆某园区为实际算例分析了园区配置氢储能后电源、电负荷、热负荷特性,运行经济效益以及天然气价格与碳排放价格对配置的影响,验证了通过配置天然气制氢的氢储能提升园区综合能源系统制氢量与运行收益的可行性,并指出了适用场景。     

电-气混合系统安全约束最优能量流的分布式计算

考虑了电力系统和天然气系统之间存在燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合,建立了电-气混合系统安全约束最优能量流计算模型。模型以混合系统的总运行成本,即燃煤发电机组发电消耗燃煤的成本和天然气网从气源消耗天然气的成本之和为目标函数,同时考虑了电力系统和天然气系统中多个N-1故障的安全约束。首先,通过计及电力系统和天然气系统间交易的影响,对原优化模型的目标函数进行分离,并采用一阶泰勒级数展开,分别实现了对燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合特性方程的线性化,使得可采用同步型交替方向乘子法(ADMM)对安全约束最优能量流计算模型进行分布式求解;然后采用GAMS软件中的CONOPT求解器分别对电力系统和天然气系统的最优能量流进行求解;最后以修改的IEEE39节点电力系统与比利时20节点天然气系统构成的电-气混合系统为例,对所提出的模型和求解算法的正确性和有效性进行了验证,计算结果表明所提出的模型和求解算法正确有效。     

人工神经网络在电力负荷预报上的应用

１概述能量管理系统（ＥＭＳ）是以计算机为基础的现代电力调度自动化系统。需要过去（历史）、现在（实时）和未来（计划）三类数据,而负荷预测是未来数据的主要来源。负荷预测对电力系统的控制、运行和计划都是非常重要的。提高其精度既能增强电力系统运行的安全性,又能改善电力系统运行的经济性。负荷预测按周期可分为超短期、短期、中期和长期负荷预测。其中短期负荷预测主要用于火电分配、水火电协调、机组经济组合和交换功率计划,需要１-７天的负荷值,使用对象是编制调度计划的工程师,在电力负荷预报中占有重要地位。电力负荷预测是一…     

考虑风电不确定性的电气综合能源系统混合尺度调控

为改善电-气互联综合能源系统中风电出力不确定性和多能传输差异对调控过程的影响,提出了基于改进小波融合算法的混合尺度调控方法.首先采用区间数学的方法,对系统中风电功率不确定性进行表示并给出风电处理策略.其次,考虑到不同能源传输特性的差异,提出了改进的小波融合算法,即先对电力网络中传感器信号数据进行多个不同小波基的多尺度分解,再对天然气系统信号数据中使用相同小波基分解的信号在混合尺度上实施加权数据融合,进行不同小波基的逆变换后得到融合信号.最后基于所搭建仿真模型,对比分析了不同调控方法的调控效果.结果表明本文所提方法的调控结果优于DMPC （分布式模型预测控制）滚动优化调控结果,且在改善了系统运行经济性的同时也提高了系统稳定性.     

基于实测数据的工业企业光-沼-气-电多能耦合系统综合评价

大工业生产企业能耗体量巨大,是实现碳达峰和碳中和目标的重点领域。基于对传统供能系统和转型后的光-沼-气-电系统的运行监测,分析用户侧负荷特性及典型日冷热电负荷调度特性。研究光沼发电系统的年供能侧数据及重要供能影响因子,构建综合能源系统评价指标体系,协同考虑光沼系统运行状况、经济效益、供能质量、环境效益以及能源效益五方面的因素,评价传统供能系统和光-沼-气-电系统的综合性能。结果表明：以热能需求为主的大工业生产企业,典型日负荷峰值出现在09:00-11:00或14:00-17:00,光-沼-气-电多能源系统可满足工业企业的冷热电需求;光伏系统在非不可抗力时段的平均渗透率低于10%,沼气系统在正常时段储气量占比高于50%,提升了系统供能可靠性。典型算例的评价结果验证了光-沼-气-电多能源系统评价指标体系的可行性和有效性,可为未来面向大工业企业的光-沼-气-电多能源系统的综合利用和协调发展提供借鉴。     

考虑可再生能源配额制的售电公司组合购电优化研究

以风电购电量和绿色证书购买量作为实行配额的方法,协调售电公司在远期合约、现货、期权等多个市场的购电量,考虑负荷需求、风电购电量及电价的不确定性,采用条件风险价值度量损失的大小,以期望费用最小和遭受损失的风险最小为目标,建立期望购电费用-损失风险模型,并通过多目标粒子群优化法和模糊集理论进行求解. 最后,通过算例分析可再生能源配额制、期权合约对售电公司的购电费用、损失的风险值和在各市场的购电量的影响,从而为售电公司在多市场环境下的购电策略提供参考.     

含电转气技术的电气耦合系统优化运行

在低碳经济背景下,风电、光伏的快速发展促进了电力工业低碳化的发展进程,但弃风、弃光问题愈发严重。电转气(P2G)技术的出现为解决可再生能源消纳问题提供了新思路。考虑减少碳排放和消纳弃风,提出一种含P2G与燃气轮机双向耦合的电-气-电能源循环的电气耦合系统低碳经济优化运行模型。模型以经济成本和碳交易成本之和最小为优化目标,并考虑了弃风惩罚成本以及P2G实现能源转换过程中的经济效益和环境效益,协调经济性与低碳性的同时实现了多目标问题的单目标化。通过对包含电转气和不含电转气两种场景下的系统进行算例分析,验证了优化模型的有效性和优越性。     

基于随机优化的综合能源系统能量管理

为提升综合能源系统经济性,并削减电动汽车广泛应用后增加的用电高峰负荷,提出了一种包含随机优化与并行求解算法的快速能量管理策略.在对多能流子系统耦合与设备运行约束建模后,结合电动汽车有序充电策略,建立包含时域滚动的随机规划下的能量管理模型.为了降低能量管理在线运行的时间成本,一方面采用场景生成与削减技术实现对输入变量预测场景集的合理利用,另一方面求解时应用Benders分解算法实现并行计算.算例结果表明:所提方法与不考虑随机优化的方法相比,系统运行的总用能成本明显降低;与不考虑场景削减及Benders分解的随机优化方法相比,总用能成本稍有提高,但运行时间成本显著下降.     

含流域梯级水电的水火风联合低碳调度模型

针对大规模风电并网导致的电力系统运行风险和水电、风电出力的互补特性,提出一种计及风电出力不确定性的含流域梯级水电的水火风联合低碳调度模型。采用高斯混合模型-吉布斯采样法生成融入不同时间尺度关联特性的风电出力动态场景集。综合考虑水头、流量多重因素及多种复杂运行约束的影响,建立流域梯级水电站群耦合模型。在此基础上,构建以基准风电场景下机组发电、排放成本和风电动态场景下机组调整成本为整体优化目标的两阶段随机规划调度模型。以改进的IEEE-24节点系统为例进行仿真分析,验证了所提模型的有效性,从而为大规模水火风互补发电系统的联合优化调度提供了参考。     

采用融合遗传算法的高速公路服务区综合能源系统优化调度研究

为达成“碳中和”目标愿景、促进公路交通系统与新能源的融合,以高速公路服务区为研究对象,考虑服务区内电、冷、热、气共4种负荷需求,构建了包含风光发电的新能源发电方式和电转气设备的高速公路服务区综合能源系统。在此基础上,以风电、光伏出力日前预测和多能负荷日前消耗为输入,各能源设备出力及购能分配为输出,以总成本最低为目标函数,考虑能量平衡、设备安全、运行状态等约束,建立了高速公路服务区综合能源系统优化调度模型。针对高速公路服务区综合能源系统调度问题,设计了遗传-序列二次规划融合优化算法,并以某服务区夏季典型日为例进行验证。结果表明：所构建的调度系统能够有效消纳可再生能源出力,协调外部购电、购气的比例,最终达到降低成本的效果;所提融合算法的调度结果与传统遗传算法、传统序列二次规划算法相比,在成本上分别降低了11.52%、0.70%,求解耗时仅为传统遗传算法的6.7%,独立性相比传统序列二次规划算法得到了提高。