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P2G参与气电综合能源系统优化及效益评价研究

P2G参与气电综合能源系统优化及效益评价研究

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作者：李梦露华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

以煤炭等化石能源为主的能源供给与消费模式,凸显了单一能源结构带来的能源与环境问题。与此同时,随着全球气温变暖、空气污染加重以及居住环境恶化等问题,更加凸显了能源供给侧与消费侧改革的迫切性。近年来,综合能源系统的开发和利用... 详细信息

以煤炭等化石能源为主的能源供给与消费模式,凸显了单一能源结构带来的能源与环境问题。与此同时,随着全球气温变暖、空气污染加重以及居住环境恶化等问题,更加凸显了能源供给侧与消费侧改革的迫切性。近年来,综合能源系统的开发和利用迅猛推进,随之发展的电转气(powertogas,P2G)技术,促进了气电综合能源系统调度运行的灵活性,为消纳风电、光伏等可再生能源间歇性发电提供了一种新途径,也为本文的研究奠定了方向,考虑不确定性风电接入下,P2G技术参与气电综合能源系统运行优化及综合效益评价将是一个重点研究问题。具体研究内容如下所述:第一,梳理了气电综合能源系统相关理论,厘清系统的基本元件及功能,对比气电子系统的差异性;其次,基于电转甲烷技术、P2G联产功能特性和储能特性三个层面,系统地梳理了 P2G技术的基本理论并考虑风电出力不确定性,以及考虑风电出力的不确定性,引入条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)思想,进一步量化了弃风风险及提出系统容量备用成本;最后,剖析气电综合能源系统内外部效益,有效界定了系统产生经济效益、环境效益和社会效益的主要内容,为后续研究奠定理论基础。第二,构建了风电不确定下P2G参与气电综合能源系统多目标协同优化运行模型。在P2G碳捕捉效应、气电耦合效应、容量备用成本低等功能特征基础上,设计四个优化目标,包括系统运行成本、天然气系统消纳率、碳减排总量和容量备用成本,基于电力系统、天然气系统、热能系统以及耦合元件多角度,明确模型的约束条件;其次,为降低最优解陷入局部最优可能性,借助线性转化方法实现混合整数线性规划转化并采用Sigmoid函数作为模糊隶属度函数,对多目标进行模糊处理,为后续章节提供了方法支撑。第三,选取10节点电力系统与6节点天然气系统作为仿真算例,设置了多种情景,算例结果表明,P2G设备接入后,对系统整体、电力系统和天然气系统均有优化作用,具备有效降低弃风率、实现电负荷进行“削峰填谷”、提升碳减排效益、降低备用容量成本等作用,提高了系统的综合效益;其次,通过敏感性分析,明确天然气负荷增加量、风电渗透率和P2G容量配置等参数变化均会引起系统运行状态和运行结果变化;最后,通过调整风电出力的置信水平,拟合置信水平与系统调度目标的非线性关系,拟合结果表明,风电出力不确定性水平将间接影响系统优化调度结果,证明了本文研究不确定性风电出力条件下系统多目标协同优化运行模型的必要性。最后,构建了气电综合能源系统综合效益评价模型,沿着规划、供给、设备运行、配电以及终端用户,设计了气电综合能源系统气电综合能源系统综合效益评价指标体系;通过主客观结合指标赋权方法,明确了各个指标的权重;并运用物元可拓思想改进了理想解排序模型,建立了气电综合能源系统综合效益评价模型;算例结果表明,相较于其他能源系统而言,P2G设备参与调度并提供容量备用的气电综合能源系统的综合效益评价结果最优,为综合能源系统调度优化和相关产业发展提供了参考依据。

关键词：电转气技术条件风险价值气电综合能源系统模糊隶属度综合效益评价

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基于区间优化的含风综合能源系统低碳经济调度策略

基于区间优化的含风综合能源系统低碳经济调度策略

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作者：聂伟棋湘潭大学

学位级别：硕士

随着天然气网络与电网的耦合不断深入,形成了气电综合能源系统。气电综合能源系统具有实现天然气网络与电网经济运行、低碳环保的潜力。针对气电综合能源系统运行优化中未充分考虑风电不确定性的影响、未充分利用可调度资源的现状,本文... 详细信息

随着天然气网络与电网的耦合不断深入,形成了气电综合能源系统。气电综合能源系统具有实现天然气网络与电网经济运行、低碳环保的潜力。针对气电综合能源系统运行优化中未充分考虑风电不确定性的影响、未充分利用可调度资源的现状,本文首先建立了气电综合能源系统的区间优化调度框架,并提出了基于该框架的模型求解方法。进一步基于该框架,分别研究了考虑G2P(Gas to power)的单向耦合气电综合能源系统日前区间调度策略和基于P2G(Power to gas)的考虑气电双向耦合的综合能源系统日前区间调度策略。论文具体完成了以下工作:第一,提出了一种气电综合能源系统区间优化调度框架。首先,给出了气电综合能源系统运行调度的通用模型。接而对该通用模型进行细化设计,以区间数的形式表示风电出力的不确定性,提出了一种气电综合能源系统区间优化调度框架。然后,提出了一种基于该框架的区间优化模型通用求解方法;在此方法中,采用区间可能度和区间序关系的方法,将模型中的不确定性优化问题转变为确定性优化问题;同时为避免机组启停变量导致组合爆炸的问题,提出了一种启停变量重整法,加快模型求解速度;另外,引入了Jaya算法,对转化后的模型进行求解,并介绍了该算法的具体求解流程。第二,基于气电综合能源系统的区间优化调度框架,研究了基于G2P的气电综合能源系统日前区间优化调度策略。在考虑风电不确定性的前提下,重点研究G2P、抽水蓄能、需求响应三者协同优化对气电单向耦合的综合能源系统影响。以最小化系统运行成本和气体排放费用为目标,建立了气电综合能源系统日前区间调度模型,具体包括:含燃气机组的电网模型、天然气网络模型、抽水蓄能电站模型、需求响应模型等。采用所提出的区间优化模型通用求解方法来进行求解。通过仿真说明,区间优化能够有效应对风电不确定性;同时与传统的气网、电网独立运行相比,所提策略能够有效减少系统的运行成本与气体排放。第三,以气电综合能源系统区间优化调度框架为基础,研究了考虑气电双向转换的综合能源系统日前区间优化调度策略。建立了P2G模型,将P2G模型加入到气电综合能源系统中。在考虑风电不确定性的前提下,将P2G、G2P、抽水蓄能、需求响应四种重要的资源与技术作为运行调度的关键因素,综合优化系统的运行成本与气体排放。采用所提出的区间优化模型通用求解方法来进行求解。仿真结果表明,与基于G2P、抽水蓄能、需求响应的气电单向耦合综合能源系统相比,所提出的策略对优化系统运行与排放更具有效性。

关键词：气电综合能源系统日前调度区间优化需求响应 P2G技术

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