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电-气综合能源系统的最优能流凸分散求解与博弈策略研究

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电-气综合能源系统的最优能流凸分散求解与博弈策略研究

作者：李昊飞华南理工大学

学位级别：硕士

在中国的一次能源消费结构中,化石能源一直占据着主体地位。但随着化石燃料的枯竭和环境污染问题的不断加重,推动能源转型已成为能源革命的重要任务。综合能源系统作为能源转型背景下的电力系统新形态,其建设的总体目标是在供给侧实现... 详细信息

在中国的一次能源消费结构中,化石能源一直占据着主体地位。但随着化石燃料的枯竭和环境污染问题的不断加重,推动能源转型已成为能源革命的重要任务。综合能源系统作为能源转型背景下的电力系统新形态,其建设的总体目标是在供给侧实现能源结构的优化、在需求侧实现各种能源的协调互补,从而有效的提高能源综合利用率。由于天然气具有热值高、易于储存、碳排放量少等特点,因此电力网络和天然气网络相耦合的电-气互联系统也逐渐成为综合能源系统下的一种基本形式。针对电-气综合能源系统优化运行问题,本文首先提出一种计及碳交易机制的低碳动态电-气最优能流模型。考虑到气流传输的延迟特性,采用时空偏微分方程精确描述气流动态。并在该模型中引入一种碳交易机制以充分发挥电-气互联系统的经济与低碳效益。为实现电-气互联网络的分散优化并得到一个可靠的高质量解,提出两种内外层相协调的凸分散优化方法PCCP-Benders和PCCP-ADMM。在此凸分散优化框架下,外层优化基于一种罚凸凹过程(penalty convex-concave procedure,PCCP)将非凸气流动态凸化成一个迭代的二阶锥规划,而内层优化分别基于Benders分解和交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)求解外层PCCP迭代的每一步。最后,通过算例仿真对比分析了上述两种凸分散优化算法的计算性能,并详细分析碳交易成本对系统运行的影响。接着,本文将复杂的综合能源系统下多主体供需互动问题转换成主从博弈问题,提出一种基于主从博弈机制的配电-气能源系统与多个综合负荷聚合商的互动均衡模型。考虑次日能源价格的制定,配电-气系统以总利润最大化为目标求解日前最优能流。在价格机制作用下,综合负荷聚合商通过优化能源配置降低自身能源购置成本,从而实现配电-气系统与综合负荷聚合商的互利共赢。为求取主从博弈均衡解,采用二阶锥松弛(second-order cone programming,SOCP)和罚凸凹过程消除配电-气系统优化模型中的非凸源,并应用KKT条件和强对偶理论将原模型转化为单层凸优化模型。由此通过迭代求解混合整数二阶锥规划问题逐渐缩紧配气网管道气流松弛域,最终获得博弈均衡解。

关键词：电-气综合能源系统天然气动态潮流二阶锥规划分散优化主从博弈

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基于动态需求侧响应的微电网运营机制优化

基于动态需求侧响应的微电网运营机制优化

作者：叶秀珍华南理工大学

学位级别：硕士

随着人类社会的不断发展,能源的需求量不断攀升,化石能源的深入开采带来了能源危机的不断加剧和环境的急剧恶化。为解决这一难题,人们迫切寻求可再生的环境友好型能源作为新的供能方式,以替代传统的化石能源。风能、太阳能等可再生能源... 详细信息

随着人类社会的不断发展,能源的需求量不断攀升,化石能源的深入开采带来了能源危机的不断加剧和环境的急剧恶化。为解决这一难题,人们迫切寻求可再生的环境友好型能源作为新的供能方式,以替代传统的化石能源。风能、太阳能等可再生能源多以分布式能源的形式存在,相对传统化石能源,分布式可再生能源规模较小、距离负荷点近。为此,基于清洁能源的分布式发电技术在世界范围内得到了广泛的重视和快速的发展。微电网通过利用现代电力电子技术和分布式发电技术,充分发挥可再生能源就地消纳投资成本低、对环境危害小等优势,成为了分布式可再生能源最主要的利用形式。微电网即一个小型电网,可通过分布式发电单元和储能设备协调控制,实时平衡微电网内部功率需求实现微电网的孤岛运行,也可通过联络线与主网进行功率交换实现微电网的并网运行。孤岛模式下,针对微电网的研究主要集中在微电网的安全可靠运行,而在并网模式下,其运行稳定性、功率需求能够得到保障,因此,并网模式下主要关心的是运营经济指标,对微电网运营优化的研究成为了近年来的研究重点。本文针对风光柴储型微电网,通过多时间尺度协调优化的需求侧响应来保证微电网内部的供电需求,提高可再生能源消纳率的同时提高微电网的运营利润,对智能微电网在电力市场模式下的运营机制进行设计优化。开展了如下工作:(1)本文首先阐述了国内外关于微电网建设的发展历程和发展现状,全面归纳总结了国内外微电网规划运营方面的学术研究现状,并对目前国内外电力市场发展进行了一定的总结,对微电网在未来电力市场模式下的运营模式进行了分析探讨。(2)对智能微电网的基本机构进行分析,并对其供能系统、负荷侧进行了建模。重点研究了风力发电系统、光伏发电系统、柴油机发电系统和储能系统等系统设备的基本原理和数学建模,分析智能微电网内部的大型可时移负荷以及可中断负荷的运行特性,对该类负荷参与需求侧响应进行数学建模。(3)可再生能源的随机性使得微电网运营商在确保供需平衡的同时最大化可再生能源消纳率是一项巨大的挑战。为了有效地提高可再生能源消纳率和微电网的利润,提出了一种两阶段优化机制,即多时间尺度协调控制的运营优化方法。在第一阶段,将微电网运营商层面的利润和用户侧分时电价视作两个分散优化的目标,采用粒子群搜索算法优化智能微电网的日前启停最优机组组合,采用内点法优化分时电价以激励作为可时移负荷的用户在日前对次日负荷进行规划和调整,在第二阶段,对用电供需平衡进行超短期预测,调度可中断负荷以及电动汽车参与需求侧响应,用于在智能微电网中对可再生能源进行全电量消纳,提高智能微电网参与电力市场购售电的利润。通过算例仿真,分析该运营机制在满足需求的同时提高了可再生能源消纳率,进而提高了智能微电网的平均日利润,验证了本文方法的优越性。(4)针对电动汽车参与调频市场,由于其充放电调节速度快而具有提供调频服务的能力,本文提出了基于强化学习算法的电动汽车充放电策略优化。总体目标是通过控制停车场中的电动汽车来响应主网系统运营商在实时调频市场中发送的调节信号。为了实现这一点,采用强化学习算法来优化电动汽车的充放电策略,使得电动汽车聚合商可以对电动汽车频率调节功率和基准充电功率进行合理的分配,以响应调节信号以获得最佳调节性能。基于美国PJM电力市场的数据进行了综合仿真研究,结果表明,基于控制策略的调节性能在不同种类的调频信号下均表现优异,验证了该充放电策略优化方法的有效性和可行性。

关键词：智能微电网运营机制可再生能源消纳动态需求侧响应分散优化电动汽车强化学习

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新能源多区域协调消纳策略研究

新能源多区域协调消纳策略研究

作者：严敬汝华北电力大学

学位级别：硕士

随着能源互联网的发展,我国的电力系统逐渐向大规模、多区域、多层级的格局发展。同时,由于大规模新能源出力的波动性、随机性、间歇性等特性,新能源并网也给电力系统带来一定的影响。本文基于能源互联网的背景,以分散优化方法和多场景... 详细信息

随着能源互联网的发展,我国的电力系统逐渐向大规模、多区域、多层级的格局发展。同时,由于大规模新能源出力的波动性、随机性、间歇性等特性,新能源并网也给电力系统带来一定的影响。本文基于能源互联网的背景,以分散优化方法和多场景法为基础,提出一种考虑风电不确定性的多区域互联电力系统多场景分散式优化方法,有效应对风电的不确定性,实现新能源在互联电网中的多区域协调消纳。本文建立了一种多场景分散式经济调度模型,首先采用复制边界节点法,引入联络线有功功率作为协调变量对多区域互联电网进行耦合分解,建立风电预测场景下的分散式经济调度模型,并采用目标级联分析法对其进行分散协调优化。然后基于多场景法抽样生成风电的误差场景用于描述风电的不确定性,建立多场景经济调度模型,利用Benders分解法求解模型,对预测场景下求出的发电调度方案进行误差修正优化。误差修正后再次进行分散优化环节,由此进行全网分散优化和误差修正优化的交替迭代,最终计算出全网最优发电调度方案。通过对两区域互联系统和三区域互联系统的计算验证了模型的有效性,算例分析表明,多场景分散式调度模型能够确保互联电网各区域的调度独立和数据保密,使系统有效应对风电的不确定性,减少弃风情况的发生,实现多区域互联电网的资源空间互补优势,达到能源互联网中有效利用和共享风电的目的。

关键词：互联电力系统新能源发电分散优化多场景

互联电力系统发电调度的虚拟状态型一致性分散方法

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互联电力系统发电调度的虚拟状态型一致性分散方法

作者：李陈晨深圳大学

学位级别：硕士

面对全球环境的日益恶化,我国正大力发展可再生能源,以期实现环境保护和经济发展的平衡。目前我国的清洁能源发电和用电需求在地理分布上极不平衡。对此,互联电力系统为大范围的能源优化配置提供了良好条件。电力系统中主动电源、不确... 详细信息

面对全球环境的日益恶化,我国正大力发展可再生能源,以期实现环境保护和经济发展的平衡。目前我国的清洁能源发电和用电需求在地理分布上极不平衡。对此,互联电力系统为大范围的能源优化配置提供了良好条件。电力系统中主动电源、不确定性被动电源、主动负荷等元素的出现,使电力系统调控的复杂度不断提升。同时,各类电源的分散性特征及其信息私密性使电力系统分散运行调度的需求与日俱增。这使以控制中心为基础的集中运行调度方式难以适用。因此,开展互联电力系统完全分布式发电调度方法的研究有着重要的理论和实际意义。提出了虚拟节点状态的发电调度一致性分散解法。直接面向电力系统物理节点（视各物理节点为一个智能体）虚构一个状态量和一个发电耗量微增率估计量。借助通信网的拉普拉斯矩阵构建了各节点的虚拟状态量动态迭代式、发电耗量微增率估计量的一致性分散迭代式。为发电调度模型的求解提供了一种新的一致性分散解法。构建了直流互联两区交流电力系统的发电调度模型。针对双直流互联两区交流电力系统,以两区域所有发电机的总发电成本为目标函数、以各区域系统总功率平衡及发电机出力上下限为约束条件、考虑双路互联线路功率的可调特性（视其变换功率为决策变量）,构建了互联交流电力系统的发电调度模型。在满足电力负荷需求的条件下,通过双路互联协调,实现电源发电功率的最优化。给出了直流互联两区交流电力系统发电调度模型的虚拟状态型一致性分散解法。通过新推导的动态修正式分散修正互联线路功率和节点虚拟状态量。通过虚拟状态量的最新值确定节点功率不平衡量,并依此改变节点耗量微增率估计值。通过新推导的一致性公式分散修正节点耗量微增率估计值。在保证虚拟节点功率平衡的条件下,实现电源出力和互联线路功率的分散优化。最后,编写了上述发电调度方法的仿真程序并对实例系统进行了仿真计算和分析。运用MATLAB语言编写调试了相应的仿真程序,并对单区域交流电力系统和直流互联两区交流电力系统进行了仿真计算和分析。从仿真计算结果看,本文提出的发电调度的虚拟状态型一致性分散方法有效、可行。本文构建的直流互联两区交流电力系统模型,以电源功率变量和双路互联线路传输功率变量为决策量,能通过互联线路功率的可调性实现两区电网电源功率之间的深度协调、实现电源功率的整体最优化。本文提出的虚拟状态型一致性分散解法,融合了完全分布式方法通讯分散和多智能体一致性算法收敛性好的优点,提高了信息安全性和系统稳定性。这为互联电力系统分散发电调度提供了一种新的有效途径。

关键词：发电调度分散优化一致性互联系统直流互联

高长径比银纳米线的可控合成及其网络状柔性电极的应用

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高长径比银纳米线的可控合成及其网络状柔性电极的应用

作者：向泽敏华中科技大学

学位级别：硕士

随着触摸屏、智能设备及太阳能薄膜电池等领域的迅速发展,透明电极的需求量也随之不断地攀升。。现如今在透明电极领域使用最广泛的材料是锡掺杂的氧化铟,也就是俗称的ITO。因为使用的In为稀有元素,且制作工艺复杂,导致其成本不断攀升... 详细信息

随着触摸屏、智能设备及太阳能薄膜电池等领域的迅速发展,透明电极的需求量也随之不断地攀升。。现如今在透明电极领域使用最广泛的材料是锡掺杂的氧化铟,也就是俗称的ITO。因为使用的In为稀有元素,且制作工艺复杂,导致其成本不断攀升。另外ITO本身具有的陶瓷脆性进一步限制了它在柔性可弯曲方面的使用。因此研发新型低成本透明电极是重要发展趋势。目前最能引起人们兴趣的柔性透明电极主要包括以下五种:导电聚合物、金属网格、碳纳米管、石墨烯以及金属纳米线。它们各自有自己的优缺点,然而金属纳米线因为兼具金属网格良好的导电性和纳米材料可分散在溶液中达到降低印刷成本的优点而成为本课题的研究对象。在金属纳米线的选择上,银纳米线(Ag NWs)因为在性价比上具有综合优势且不易被氧化,成为柔性透明电极的最佳选择。制备高性能Ag NWs透明电极的基础和前提是合成高长径比的Ag NWs,然而目前的合成方法中仍存在工艺繁琐、墨水分散性差、产量不高、直径较大以及长径比较小等限制其实际应用的因素。因此本论文重点研究了高长径比Ag NWs的可控合成,Ag NWs墨水的优化与分散,并以此制备了高性能的Ag NWs柔性电极,以及将其应用于感知距离与压力变化的电容式传感器。主要研究内容如下:1、高长径比(高达1000以上)Ag NWs的多元醇法合成首先研究了溶剂乙二醇、生长抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、离子助剂(Cu Cl),溶剂中氧含量等对纳米晶种的还原以及对银纳米线生长的影响。在此基础上,采用多次在丙酮中沉降的方式除去墨水中残余的纳米颗粒,大大的提高了墨水中Ag NWs的纯度。最后,采用丙酮和乙醇多次清洗祛除大部分包覆在纳米线表面的聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可以极大地提高Ag NWs的导电性。2、Ag NWs墨水的优化乙醇溶液是目前Ag NWs最常用的分散剂,然而由于乙醇的低沸点和易燃性,使得其在大面积涂布成膜时存在着极大的安全隐患。我们选用廉价且性能稳定的水做分散剂,并且添加适量的表面活性剂聚四氟表面活性剂(Zonyl@FSO)及粘结剂聚甲基丙基纤维素(HPMC)以改善受水的强极性影响的墨水的涂布效果。但是引入添加剂导致的纳米线表面的有机物残留,显著地增大了薄膜电阻。因此在后期我们对透明薄膜用硼氢化钠进行还原处理以降低薄膜电阻。3、基于Ag NWs的柔性双功能传感器的制备使用优化后的Ag NWs墨水,我们制备了一种透明的,矩阵结构的柔性电极并测量了其光学、电学和力学特性。该电极由独立的电容像素点提供的,出色的多点空间分辨性能使其能够快速地、稳定地、可重复地实现对接近物体的位置以及施加压力大小的精准识别。这些优良的特性足可以实现其在智能显示和未来终端等方面的运用。

关键词：透明电极银纳米线多元醇法分散优化传感器

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含风电的多区域电力系统协调消纳方法

河北电力技术 2021年第3期40卷 56-61页

作者：严敬汝李铁成祝晋尧王献志刘清泉国网河北省电力有限公司电力科学研究院河北石家庄050021 国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司河北石家庄050022 河北省能源互联网仿真建模与控制重点实验室河北石家庄050021

由于能源需求的急剧增加和传统化石能源造成的环境污染,成本低、清洁环保的分布式能源被大量接入电网,其波动性、随机性、间歇性等特性也给电力系统带来巨大的挑战。为了有效应对风电的不确定性,实现风电在互联电网中的多区域协调消纳,... 详细信息

由于能源需求的急剧增加和传统化石能源造成的环境污染,成本低、清洁环保的分布式能源被大量接入电网,其波动性、随机性、间歇性等特性也给电力系统带来巨大的挑战。为了有效应对风电的不确定性,实现风电在互联电网中的多区域协调消纳,提出一种含风电的多区域电力系统多场景分散协调方法。该方法首先建立风电预测场景下的确定场景经济调度模型,利用目标级联分析法进行分散协调优化;然后利用多场景法抽样生成风电的不确定场景,对确定场景经济调度模型进行误差修正优化;最后进行分散协调优化和误差修正优化的循环迭代,计算出全网最优发电调度方案。算例分析结果表明,所提出方法可有效应对风电的不确定性,实现能源互联网中跨区消纳大规模风电的目的。

关键词：风电消纳方法多区域电力系统风电不确定性分散优化多场景

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生产过程综合自动化中的在线优化(Ⅰ)

石油化工自动化 1998年第4期 4-6+3页

作者：钱积新鲍立威邵之江张余岳浙江大学工业控制技术国家重点实验室

针对连续生产过程中的递阶控制结构，分析了整体优化与分散优化的特点，指出了集中－分散优化的核心是综合、协调方法。文中指出，复杂工业过程在线优化在采用了分散优化及近似协调方法后，可以使复杂的整体优化简化为维数很小的次优问题。

关键词：综合自动化整体分散优化分解－协调

Williams-Otto Plant Control Based on Production Planning Associated to Coordinated Decentralized Optimization and Plantwide Control Techniques

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Journal of Chemistry and Chemical Engineering 2016年第2期10卷 77-89页

作者： Anamaria de Oliveira Cardoso Wu Hong Kwong Science and Technology Institute Federal University of Jequitinhonha and Mucuri Valleys Diamantina 39100-000 Brazil Department of Chemical Engineering Federal University of S6o Carlos Sao Carlos 13565-905 Brazil

Manufacturing plants are increasingly complex and integrated, requiring control systems able to identify the interactions between the various operating units. Production planning and control design of a process are tools that, if combined, bring many economic benefits to the processes since they aim to identify and maintain optimal decision operations to a system. This work uses such integration between production planning and plantwide control to propose a control system for the Williams-Otto plant from the definition of the operating optimal point for coordinated decentralized optimization, in which the original optimization problem decomposition into smaller coordinated problems ensure that the found local optimum also meets the requirements of the global system. The results for decentralized optimization are satisfactory and very similar to the global optimum problem and to the control system response proposed based on the optimal obtained. It is effective taking smooth actions, working with (economic) optimal set points (economically) of operation. The unification of production planning techniques and plantwide control techniques is an effective tool for the control system design for entire plants.

关键词：控制技术生产计划分散优化最优控制系统全局优化问题经济利益控制系统设计操作单元