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“双碳”目标下未来配电网构建思考与展望

电力建设 2024年第2期45卷 37-48页

作者：冀肖彤杨东俊方仍存雷何查晓明孙建军国网湖北省电力有限公司武汉市430077 水火电和新能源资源优化配置与规划技术实验室(国网湖北省电力有限公司经济技术研究院) 武汉市430077 武汉大学电气与自动化学院武汉市430072

“双碳”目标推动下新能源快速发展,电力系统不同时空尺度下的能量和功率平衡面临着巨大挑战,亟需开展未来电网尤其是配电网路径构建相关研究。具有自平衡调节能力的综合能源网络--微能网可充分发挥电网在推动能源零碳/低碳化生产消费... 详细信息

“双碳”目标推动下新能源快速发展,电力系统不同时空尺度下的能量和功率平衡面临着巨大挑战,亟需开展未来电网尤其是配电网路径构建相关研究。具有自平衡调节能力的综合能源网络--微能网可充分发挥电网在推动能源零碳/低碳化生产消费中的枢纽作用,将在未来电网转型升级中发挥举足轻重的作用。首先,总结对比了传统配电网、主动配电网、未来低碳配电网发展演进阶段和模式;其次,基于未来新型“源网荷”特征,提出一种通过构建微能网,并利用微能网单元与配电网互联互动,自下而上逐层演变的未来配电网构建思路,并给出了一种原子型未来配电网组网形态构想;最后,从不同角度对未来配电网演化构建的研究方向进行了展望。

关键词：微能网自下而上智慧互联原子型未来配电网

计及需求响应的微能网综合能源多时空尺度优化调度

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上海交通大学学报 2023年第12期57卷 1583-1596页

作者：秦文萍杨镜司景祥姚宏民李晓舟张信哲太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室太原030024

综合能源系统运行是当前能源研究领域的热点之一,随着能源领域机制的改革,含有多微能网的综合能源系统给电网运行带来了巨大挑战.针对含有多微能网综合能源系统接入上层配网造成的经济与运行问题,提出一种考虑需求响应的微能网综合能源... 详细信息

综合能源系统运行是当前能源研究领域的热点之一,随着能源领域机制的改革,含有多微能网的综合能源系统给电网运行带来了巨大挑战.针对含有多微能网综合能源系统接入上层配网造成的经济与运行问题,提出一种考虑需求响应的微能网综合能源多时空尺度优化运行策略.从能源角度构建一个多维能源供需平衡模型;进一步建立上、中、下共3层协同优化的多时空尺度运行模型,上层采用日前调度,中层采用日内调度,下层采用实时调度,3个调度阶段分别引入可替代、可转移和可削减负荷进行需求响应优化.算例表明,该策略可以实现多维能源之间的协调互补以及多种能源在不同时间和空间尺度的协调运行,提高了系统运行的经济性.

关键词：综合能源微能网能源供需平衡需求响应多时空尺度

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含多微能网的城市能源互联网优化调度

高电压技术 2022年第2期48卷 554-564页

作者：任海泉贾燕冰田丰康丽虹马紫嫣太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室太原030024 国网山西省电力公司吕梁供电公司吕梁033000 国网山西省电力公司太原供电公司太原030012

随着增量配网改革大量微能网接入系统,形成具有多微能网的城市能源互联网,给城市能源互联网调度带来了巨大的风险。针对多个微能网接入城市能源互联网造成的多方利益交互与调控运行的问题,提出一种含多微能网的城市能源互联网优化调度... 详细信息

随着增量配网改革大量微能网接入系统,形成具有多微能网的城市能源互联网,给城市能源互联网调度带来了巨大的风险。针对多个微能网接入城市能源互联网造成的多方利益交互与调控运行的问题,提出一种含多微能网的城市能源互联网优化调度策略。构建了微能网与综合能源运营商交互协调机制,采用分布式建模方法,建立了各微能网和综合能源运营商的经济优化目标,并提出了多微能网与综合能源运营商协调优化的调度策略。算例表明所提调度策略保证了微能网信息的私密性,提升了微能网的主动性,改善电力与天然气系统互联互济的水平,减小了城市能源互联网用电负荷的峰谷差,实现了各微能网与综合能源运营商互利共赢。

关键词：微能网城市能源互联网综合需求响应分布式调度风电消纳

含电转气和混合储能的微能网双层滚动优化控制方法

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电力自动化设备 2022年第5期42卷 23-31页

作者：陈飞雄林炜晖邵振国福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108 福建省电器智能化工程技术研究中心福建福州350108

微能网是实现多能互补的有效技术手段之一。以包含电转气和电池-超级电容器混合储能系统的电-热-气联供型微能网为研究对象,针对风光出力和负荷不确定性导致系统优化控制结果可信度较低的问题,基于模型预测控制的滚动优化思想,提出包含... 详细信息

微能网是实现多能互补的有效技术手段之一。以包含电转气和电池-超级电容器混合储能系统的电-热-气联供型微能网为研究对象,针对风光出力和负荷不确定性导致系统优化控制结果可信度较低的问题,基于模型预测控制的滚动优化思想,提出包含长时间尺度滚动优化层和短时间尺度实时滚动调整层的多时间尺度双层滚动优化控制方法。其中,上层以系统运行经济性最优为目标,通过多步滚动求解制定长时间尺度调度计划;下层以跟踪和修正上层调度计划为目标,并在短时间尺度滚动优化平滑功率波动的基础上,引入超级电容器,进一步应对风光和负荷短时间尺度的功率波动。分析结果表明,电转气和超级电容器在提高微能网消纳能力和平抑系统功率波动方面具有显著作用,同时双层滚动优化控制方法在保证微能网经济运行的前提下,能够有效应对不确定因素对系统优化控制的影响。

关键词：微能网混合储能电转气滚动优化多时间尺度

考虑需求侧碳交易机制的多微能网分布式协同优化调度

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电网技术 2023年第6期47卷 2196-2206页

作者：陈俊先贾燕冰韩肖清任海泉葛怀宇电力系统运行与控制山西省重点实验室(太原理工大学) 山西省太原市030024 国网山西省电力公司吕梁供电公司山西省吕梁市033000

为助力减碳控排,促进城市能源协调发展,多微能网已成为城市能源网的重要组成,随着碳交易和电力市场的发展,亟需开展多微能网优化调度策略研究。该文在含多微能网的城市综合能源系统背景下,构建了基于多决策主体交互协调机制的多微能网... 详细信息

为助力减碳控排,促进城市能源协调发展,多微能网已成为城市能源网的重要组成,随着碳交易和电力市场的发展,亟需开展多微能网优化调度策略研究。该文在含多微能网的城市综合能源系统背景下,构建了基于多决策主体交互协调机制的多微能网系统协同调度框架,提出一种考虑需求侧碳交易机制的多微能网分布式优化调度方法,分别针对主网层和微能网层建立了考虑需求侧碳交易的分布式协同调度模型,以主网成本最小化为目标,兼顾各微能网利益最大化,实现整体社会效益最大;并基于目标级联技术进行分层分布式求解,在保护各微能网信息隐私的同时,实现多微能网综合能源系统低碳经济运行。算例表明,所提方法能够有效提升多微能网能源系统利用效率和新能源消纳能力,为含多微能网城市供能系统建设提供依据。

关键词：碳交易微能网综合能源系统分布式优化综合需求响应

含多微能网的城市综合能源系统分布式低碳调度研究

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含多微能网的城市综合能源系统分布式低碳调度研究

作者：陈俊先太原理工大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标深入推进,能源行业降碳增效需求持续增长,能源领域呈多能并存、互补共济、绿色转型的发展新趋势。微能网作为综合能源的重要接入模式,其灵活的负荷特征与能源分布式特性,有助于促进主网的可再生能源消纳,提升整个综合... 详细信息

随着“双碳”目标深入推进,能源行业降碳增效需求持续增长,能源领域呈多能并存、互补共济、绿色转型的发展新趋势。微能网作为综合能源的重要接入模式,其灵活的负荷特征与能源分布式特性,有助于促进主网的可再生能源消纳,提升整个综合能源系统的运行调度水平。目前,我国碳市场建设日趋完善,碳税政策的提出蓄势待发,在碳减排相关政策上合理界定碳排放责任、精准把控企业碳损益,是当前能源行业实现低碳可持续发展的新路径。此外,微能网与主网间存在复杂的能量交互与信息交互环节,亟需理清各主体间的交互脉络,兼顾多元主体的利益需求。因此,本文针对含多微能网的城市综合能源系统,研究传统碳交易、碳税、需求侧碳交易机制下,含多微能网的综合能源系统集中式和分布式调度策略,理清多主体间能量信息交互机制,主要工作如下:(1)构建了典型多微能网综合能源系统框架,研究了其数学模型与能量流求解方法。建立了含多微能网的综合能源系统网络模型,分析了居民、工业和商业三种典型城市微能网的特征,分别对微能网设备及主网建模,总结与分析了主网的能量流求解方法,并选取交替迭代法为本文主网能量流求解方法。(2)研究了传统碳交易与碳税制度协同作用下,含多微能网系统集中优化调度策略。针对碳交易与碳税在实现“双碳”目标上的协同关系,在传统碳交易基础上,引入碳税政策,考虑国民生产总值、居民消费及碳排放三个方面对负荷的影响,构建了碳税对负荷的负向优化模型;并基于此分别建立了主网与多微能网的低碳经济优化目标,构建了多微能网系统集中式优化调度模型。算例表明,碳交易与碳税协同作用,可在降低系统碳排量的同时,提升系统可再生能源消纳能力,加强多微能网对主网的支撑作用,提高系统运行的经济性。(3)提出了考虑需求侧碳交易机制的多微能网系统分布式协同优化调度方法。按“谁使用谁付费”原则,理清了碳排放关系、界定碳排放权责,提出需求侧碳交易机制;构建了基于多决策主体交互协调机制的多微能网协同调度框架,分别针对主网层和微能网层建立了考虑需求侧碳交易的分布式协同调度模型;以主网成本最小化为目标,并通过各微能网与主网交互协调机制兼顾各微能网利益最大化,实现社会经济效益最大;最后基于目标级联技术,实现了多微能网优化调度模型分层分布求解,在保护各微能网信息隐私的同时,实现多微能网综合能源系统低碳经济运行。算例表明,所提方法可降低系统碳排、提升环境效益和多微能网系统利用效率,为含多微能网的城市供能系统运行调控提供依据。

关键词：综合能源系统微能网碳税碳交易目标级联法分布式优化

偏远地区蔬菜植物工厂供能微能网系统关键技术研究

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偏远地区蔬菜植物工厂供能微能网系统关键技术研究

作者：成亚东天津理工大学

学位级别：硕士

偏远地区如高原,戈壁等严寒缺氧,植物生长环境恶劣,边防哨所官兵和当地牧民面临吃菜难问题。集装箱型蔬菜植物工厂不受外界环境的制约,可以成为解决恶劣环境下蔬菜生产难题的有效方法。由于偏远地区远离大电网,无法为蔬菜植物工厂提供... 详细信息

偏远地区如高原,戈壁等严寒缺氧,植物生长环境恶劣,边防哨所官兵和当地牧民面临吃菜难问题。集装箱型蔬菜植物工厂不受外界环境的制约,可以成为解决恶劣环境下蔬菜生产难题的有效方法。由于偏远地区远离大电网,无法为蔬菜植物工厂提供所需电能,因此,研究基于光伏和风力发电为主的新能源微网来解决集装箱形蔬菜植物工厂供能问题,具有重要的理论价值和工程实践意义。以微型集装箱式蔬菜植物工厂为研究对象,依据高寒高海拔地区独有的气候特征和植物工厂的供能需求,以选取植物工厂热电负荷为主要负荷,分析各用电负荷运行方式,根据外界环境变化计算热负荷需求,建立以微电网和热网构成的微能网系统为植物工厂系统供能。首先,对微能网中各个子系统进行建模,对蔬菜植物工厂的热负荷和电负荷进行计算;然后,针对高原地区气候环境特点,提出退火算法优化的PSO-PID光伏最大功率跟踪控制策略和基于爬山法的风力发电机控制策略,保证光伏电池阵列在局部阴影遮蔽和风力发电机在风速不断变化的环境下可以找到并稳定输出最大功率,从而保证微能网供能稳定;最后,为了合理配置离网型蔬菜植物工厂微能网系统容量,提高微能网系统供电和供热的可靠性,构建包含电网和热网在内的微能网容量优化配置模型,以系统失荷率、失温率和运行成本为目标函数,寻求最佳容量配置和运行方案,通过改进SSA算法对模型求解。搭建Matlab仿真平台,结果表明,本文提出的退火算法优化的PSO-PID控制和爬山法达到理想的控制效果,同时选择三个典型日微能网运行进行仿真分析,仿真结果表明模型兼顾经济性和供电供热可靠性。

关键词：蔬菜植物工厂微能网容量优化配置改进麻雀算法多目标优化最大功率跟踪

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考虑需求侧管理的微能网优化调度方法研究

考虑需求侧管理的微能网优化调度方法研究

作者：龙乙林湖南大学

学位级别：硕士

加强多种能源的综合利用与需求侧有效管理是解决我国能源需求快速增长与有限资源之间的矛盾的关键所在。微能网作为一个小型综合能源系统,其包含冷、热、电等多种能源生产设备以及多种能源形式的可控负荷,各类能源生产设备之间呈现强耦... 详细信息

加强多种能源的综合利用与需求侧有效管理是解决我国能源需求快速增长与有限资源之间的矛盾的关键所在。微能网作为一个小型综合能源系统,其包含冷、热、电等多种能源生产设备以及多种能源形式的可控负荷,各类能源生产设备之间呈现强耦合特性与互补特性,同时需求侧资源也较为灵活,与能源设备之间能进行友好互动。因此,本文考虑需求侧管理方法,引入阶梯型碳交易与电网削峰辅助服务,围绕微能网优化调度开展研究。主要完成以下研究工作:(1)建立了微能网的典型架构与数学模型,为后续微能网优化调度研究提供模型支撑。对微能网供能侧的冷热电联产机组、燃气热泵、燃气锅炉、离心机机组等产能设备的构成与特点进行了简要分析,并建立了设备的出力模型;详细分析了微能网需求侧的多种柔性负荷用能特性,并对需求侧中的可转移电负荷、可削减电负荷、柔性热负荷以及柔性冷负荷建立了通用数学模型。(2)提出了考虑需求侧管理与阶梯型碳交易的微能网低碳经济调度方法。采用固定价格补偿的方式对需求侧进行管理以减少微能网运行成本,构建阶梯型碳交易机制以减少微能网碳排放;考虑功率平衡、设备运行以及需求侧柔性负荷用能等约束条件,以微能网运营商日运行净收益最大为优化目标,建立微能网低碳经济调度模型;采用蒙特卡洛模拟方法和k-means聚类方法处理负荷不确定性问题;算例分析验证了本文所提出的微能网低碳经济调度方法的有效性,其能有效提高微能网运营商的日运行净收益并减少碳排放,并讨论了需求侧管理、阶梯型碳交易模型以及内燃发电机对微能网运行的影响。(3)提出了考虑需求侧管理与削峰辅助服务的微能网多主体互动优化调度方法。基于某综合能源示范项目的实际运行需求,建立了微能网运营商与多个用户主体的优化调度模型;在多主体互动优化过程中,运营商采用动态价格补偿的方式对用户需求侧进行管理,以响应电网发送的削峰需求。其向用户发送价格信号,用户则根据价格反馈自身的功率变化,各主体均以自身利益最大为优化目标,直至达到优化均衡点;采用卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件将建立的双层互动优化模型转换为单层优化模型;算例分析验证了本文所提出的微能网多主体互动优化调度方法的有效性,其能为运营商制定合理的削峰补偿价格,减小用户的日运行成本,提高运营商的日收益,提高用户用能舒适度。

关键词：微能网需求侧管理碳交易辅助服务优化调度

考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应模型

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电力系统自动化 2020年第8期44卷 19-27页

作者：张安安冯雅婷林冬李茜吴建中西南石油大学电气信息学院四川省成都市610500 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司四川省成都市610051 英国卡迪夫大学工程学院卡迪夫CF243AA英国

针对天然气压力能利用模式单一及调压站冷能利用困难导致的能源利用率低等问题,提出天然气高压管网压力能发电和冷能综合利用集成方案,并针对调压站地理特性及各能源供给波动性导致的能源供应不稳定等问题,构建了天然气压力能与电、气... 详细信息

针对天然气压力能利用模式单一及调压站冷能利用困难导致的能源利用率低等问题,提出天然气高压管网压力能发电和冷能综合利用集成方案,并针对调压站地理特性及各能源供给波动性导致的能源供应不稳定等问题,构建了天然气压力能与电、气、冷、热等多种能源相结合的微型综合能源网架构,实现其多能耦合互补;同时,通过价格型和激励型2类响应建立气-电综合需求响应模型,前者基于价格弹性矩阵建立气负荷和电负荷的需求响应模型,后者通过补贴激励的方式对天然气管网进行调峰。综合考虑该微型综合能源网的能耗成本、运维成本、环境成本及需求响应,构建考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应优化调度模型,计算分析了不同场景下微能网电-气-冷能的优化调度结果,对所提出的集成方案及气-电需求响应模型的可行性与有效性进行了验证。

关键词：天然气压力能微能网气-电综合需求响应优化调度