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基于图论的复杂能源枢纽矩阵建模方法研究

中国电机工程学报 2022年第23期42卷 8563-8575页

作者：黄大为杜宇博蔡国伟卫佳惠于娜孔令国现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012

针对复杂能源枢纽多能流耦合关系建模问题,提出一种基于图论的多能流耦合矩阵建模方法。将能源枢纽中的设备与能流抽象为节点-支路的二元关系,通过引入公共虚拟节点和广义损耗能流支路,构建了复杂能源枢纽的多能流平衡网络模型;基于路... 详细信息

针对复杂能源枢纽多能流耦合关系建模问题,提出一种基于图论的多能流耦合矩阵建模方法。将能源枢纽中的设备与能流抽象为节点-支路的二元关系,通过引入公共虚拟节点和广义损耗能流支路,构建了复杂能源枢纽的多能流平衡网络模型;基于路径矩阵定理,提出一种以星型网络为基础的支撑树构建方法,利用节点支路关联矩阵子阵和设备效率参数,建立以连支能流为独立变量的多能流耦合矩阵方程,并论证了高斯消去过程中相关矩阵的非奇异性。相较于已有的矩阵建模方法,所提方法可实现以最少能流变量列写多能流耦合线性矩阵方程,该方法基于图论的标准化数据结构也有助于实现多能流耦合矩阵的自动生成。以多个能源枢纽互联的多能流系统优化运行为例进行分析,验证了所提模型和方法的有效性。

关键词：多能源系统能源枢纽耦合矩阵矩阵建模优化运行

基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度

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电力系统保护与控制 2022年第8期50卷 75-85页

作者：王瑞程杉刘烨徐建宇李敏智慧能源技术湖北省工程研究中心(三峡大学) 湖北宜昌443002 国网河南省电力公司驻马店供电公司河南驻马店463000

为了充分考虑综合能源系统的低碳性以及多能负荷响应特性的复杂性,提出了考虑综合需求响应和奖惩阶梯型碳交易机制的能源枢纽(Energy Hub,EH)主从博弈优化调度策略。首先,为有效评估多能负荷柔性特性和响应能力,将建筑热传递模型与生活... 详细信息

为了充分考虑综合能源系统的低碳性以及多能负荷响应特性的复杂性,提出了考虑综合需求响应和奖惩阶梯型碳交易机制的能源枢纽(Energy Hub,EH)主从博弈优化调度策略。首先,为有效评估多能负荷柔性特性和响应能力,将建筑热传递模型与生活热水储存模型集成到楼宇EH模型中,构建了考虑多种热量扰动因素的精细化综合需求响应模型。其次,考虑到供需双方的绿色调节能力,构建了奖惩阶梯型碳交易成本模型。并基于Stackelberg博弈理论,建立了能源枢纽运营商和用户的低碳优化模型。最后,提出了结合CPLEX工具箱的差分进化算法对所提模型进行求解。算例仿真验证了所提方法能够有效限制系统的碳排放量,充分发挥了需求侧资源的响应能力和减排潜力,实现了EH经济性和环保性的双赢。

关键词：能源枢纽奖惩阶梯型碳交易综合需求响应 Stackelberg博弈柔性特性

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考虑灵活爬坡产品的能源枢纽低碳经济调度

电力自动化设备 2023年第1期43卷 9-15,24页

作者：朱西平罗健李姿霖姚显億刘明航文红西南石油大学电气信息学院四川成都610500 电子科技大学航空航天学院四川成都611731

在碳达峰、碳中和与能源互联网背景下,能源枢纽成为碳减排的重要环节。随着能源枢纽中可再生能源渗透率不断提高,对能源枢纽爬坡能力提出了挑战。对此,提出了考虑灵活爬坡产品(FRP)的能源枢纽调度模型;将碳交易机制引入调度模型中,基于... 详细信息

在碳达峰、碳中和与能源互联网背景下,能源枢纽成为碳减排的重要环节。随着能源枢纽中可再生能源渗透率不断提高,对能源枢纽爬坡能力提出了挑战。对此,提出了考虑灵活爬坡产品(FRP)的能源枢纽调度模型;将碳交易机制引入调度模型中,基于碳排放权配额与碳交易价格建立考虑FRP的能源枢纽低碳经济调度模型。针对低碳经济调度模型中碳排量不确定性问题,采用信息间隙决策理论(IGDT)来模拟碳排量不确定性,建立考虑FRP的能源枢纽IGDT低碳经济调度模型。最后,通过IEEE 34节点系统的算例分析,验证了所提模型的有效性,同时研究了碳交易价格、FRP价格、预期部署概率、模型规避系数对调度结果的影响。

关键词：能源枢纽碳交易灵活爬坡产品信息间隙决策理论低碳经济调度

考虑能源枢纽变工况特性的综合能源系统优化配置

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现代电力 2022年第5期39卷 547-553,I0005页

作者：李虹杜世旗新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)通过能源枢纽耦合多种能源优势互补,提高能源利用率。考虑能源耦合设备变工况运行对改善综合能源系统优化配置经济性具有重要意义。首先,分析能源耦合设备变工况特性,建立设... 详细信息

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)通过能源枢纽耦合多种能源优势互补,提高能源利用率。考虑能源耦合设备变工况运行对改善综合能源系统优化配置经济性具有重要意义。首先,分析能源耦合设备变工况特性,建立设备变工况动态模型,并改进能源枢纽转换矩阵。其次,基于典型日负荷曲线,建立以系统年化投资最小、系统日运行经济性最优为目标的RIES优化配置模型。最后,结合算例分析了不同场景下容量配置结果和设备出力情况。结果表明,在RIES的优化配置中考虑能源枢纽变工况特性能够有效降低综合能源系统投运成本,利于实现系统合理配置。

关键词：综合能源系统能源枢纽变工况特性经济运行优化配置

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计及广义储能的园区综合能源系统低碳规划

电力自动化设备 2024年第3期44卷 40-48页

作者：张晓陈胜卫志农梁泽宇河海大学能源与电气学院江苏南京211100

以综合能源系统的低碳规划为目标,建立了考虑蓄电池电储能、楼宇热储能、数据中心热储能为广义储能的通用统一模型,量化分析了广义储能运行灵活性对园区综合能源系统低碳化转型的支撑作用。计及负荷长短期增长不确定性与碳排放约束,建... 详细信息

以综合能源系统的低碳规划为目标,建立了考虑蓄电池电储能、楼宇热储能、数据中心热储能为广义储能的通用统一模型,量化分析了广义储能运行灵活性对园区综合能源系统低碳化转型的支撑作用。计及负荷长短期增长不确定性与碳排放约束,建立了以规划年扩建成本与运行成本之和为目标函数的综合能源系统低碳扩建模型;以园区各设备运行约束为基础,考虑广义储能的灵活性运行方式,建立了基于能源枢纽的园区运行模型;以江苏省某工业园区为测试算例,分析了广义储能资源的灵活性运行对园区扩建规划的影响。结果表明,广义储能资源可利用时间转移特性实现多能源跨时段高效利用,有效促进了新能源消纳,保证了综合能源系统的规划方案兼具经济性与环保性。

关键词：园区综合能源系统广义储能低碳规划能源枢纽灵活运行

基于能源枢纽建模的高速公路综合能源系统多目标运行优化研究

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华北电力大学学报(自然科学版) 2023年

作者：王宁玲杨超云王家奇张勇王丽霞段立强李承周华北电力大学能源动力与机械工程学院国家能源投资集团有限责任公司科技与信息化部威海市热电工程安装有限公司华北电力大学能源电力创新研究院

面向国家双碳目标，公路交通能源结构发生了深刻变革，特别地，极端气候条件和复杂应用场景给公路交通的能源需求与经济低碳运行带来极大不确定性。考虑公路交通用能特性与不确定性影响，构建了包括供给侧、转换侧和负荷侧3个子模块的... 详细信息

面向国家双碳目标，公路交通能源结构发生了深刻变革，特别地，极端气候条件和复杂应用场景给公路交通的能源需求与经济低碳运行带来极大不确定性。考虑公路交通用能特性与不确定性影响，构建了包括供给侧、转换侧和负荷侧3个子模块的高速公路综合能源系统，基于能源枢纽方法建立了风、光、电、冷、热、气、氢以及多态储能间的能量转换特性模型。综合考虑系统能量平衡、设备约束、功率约束等因素，建立了计及系统经济性和低碳性的多目标优化调度模型，得到夏季典型日和高温节假日的多能源优化调度策略，并开展车流量和碳价等因素的敏感性分析。结果表明，针对夏季高温和节假日等复杂应用场景，所提出的多目标调度模型和运行优化策略可以降低公路交通系统的碳排放量和含碳运行成本。

关键词：能源枢纽高速公路综合能源系统多目标优化调度复杂场景分析碳价

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计及短期运行灵活性的城市能源系统扩展规划

上海交通大学学报 2024年第5期58卷 659-668页

作者：卫志农杨立陈胜马骏超彭琰费有蝶河海大学能源与电气学院南京211100 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014

城市是能源消费与碳排放的主力.在“双碳”背景下,促进城市能源系统低碳转型已成为当前城市规划的首要任务.然而,在新能源出力占比增加的同时,系统的灵活性需求也随之增加.为此,提出一种考虑长短期不确定性的城市能源系统扩展规划模型,... 详细信息

城市是能源消费与碳排放的主力.在“双碳”背景下,促进城市能源系统低碳转型已成为当前城市规划的首要任务.然而,在新能源出力占比增加的同时,系统的灵活性需求也随之增加.为此,提出一种考虑长短期不确定性的城市能源系统扩展规划模型,涵盖电、气、热多种能源形态,在规划的层面计及实时运行阶段的不确定性及运行灵活性,并采用随机优化方法进行求解.模型考虑新能源机组和能源枢纽中各类能源转换设备的容量扩建,通过施加碳排放配额约束来确保达成碳减排目标.算例结果表明,该模型能有效提高城市能源系统的经济性和新能源消纳率,并且可以满足不同的碳减排需求.

关键词：城市能源系统碳排放配额短期运行灵活性扩展规划能源枢纽

多能源枢纽联合运行的[火用]损最小化分布式优化调度

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电力系统自动化 2021年第9期45卷 28-37页

作者：何帅刘念盛超群雷金勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206 国网浙江杭州市萧山区供电有限公司浙江省杭州市311200 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510663

能源枢纽是能源转化供应过程中的重要环节,其集成了天然气、热、电等多种能源形式,能够有效提高能源利用效率。文中研究了同一能源配送网络下多能源枢纽的协同优化运行问题。与以往针对运行成本最小化进行优化不同,将热力学参数——[火... 详细信息

能源枢纽是能源转化供应过程中的重要环节,其集成了天然气、热、电等多种能源形式,能够有效提高能源利用效率。文中研究了同一能源配送网络下多能源枢纽的协同优化运行问题。与以往针对运行成本最小化进行优化不同,将热力学参数——[火用],引入多能源枢纽优化调度,以[火用]损最低为优化目标,从而实现能源的高效利用。针对热力传输网络的时间延迟问题和功率损耗问题,引入了热力延迟时间参数和损耗系数,提高了热力网络的建模精度。同时,考虑到不同能源枢纽由不同运营商进行管理,采用基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式优化算法进行求解,各个能源枢纽仅需提供"期望交换功率",保护了各能源枢纽的隐私,减少了通信的交流量,保证了调度的相对独立性。最后,以3个能源枢纽的运行调度为算例,验证了所提方法的有效性。

关键词： [火用]损能源枢纽分布式优化调度热力时间延迟网络损耗

含P2G和复合储能的高速公路服务区综合能源系统日前优化调度

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华北电力大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 53-61,69页

作者：王宁玲窦潇潇李承周杨超云曲椿煜杨志平华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

为了提高高速公路服务区综合能源系统可再生能源消纳能力、降低经济成本,本文面向高速公路服务区中电、气、冷、热等多态能源,基于能源枢纽矩阵建模方法,建立能源供给侧、能量转换侧和负荷需求侧各模块的能量转换与供需耦合特性模型;在... 详细信息

为了提高高速公路服务区综合能源系统可再生能源消纳能力、降低经济成本,本文面向高速公路服务区中电、气、冷、热等多态能源,基于能源枢纽矩阵建模方法,建立能源供给侧、能量转换侧和负荷需求侧各模块的能量转换与供需耦合特性模型;在充分消纳可再生能源的情况下,以系统运行总成本最小为目标函数,建立系统优化调度模型;针对同一负荷不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能最大程度使用风光发电,降低系统总运行成本;供给侧引入电气耦合与负荷侧引入复合储能的调度结果表明,所提模型能达到系统运行费用最优,同时可实现系统周期内运行费用的“削峰填谷”。

关键词：公路服务区能源枢纽优化调度 P2G 复合储能可再生能源消纳