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电力系统自动化 2018年第13期杂志 文档列表

电力系统自动化杂志能源互联背景下的多网协同规划与经济运行

特约主编寄语1-2

摘要：多能源系统不是一个新概念。不过,随着电转气（power to gas,P2G）技术和电动汽车（electric vehicle,EV）向电力系统反向送电（vehicle to grid,V2G）技术的发展,多能源系统被赋予了新的内涵,电力系统、天然气系统和电气化智能交通系统等形成了可以闭环运行的网络,即多能闭环集成运行网络或能源互联网。

计及需求侧管理的电—气集成能源系统协同规划3-11

摘要：随着电转气技术的发展,电力系统与天然气系统间的耦合程度不断增强,传统电力系统与天然气系统独立规划的模式已不能满足电—气集成能源系统（IEGES）的需要。另一方面,实施需求侧管理可以优化电力负荷轮廓、实现削峰填谷、提升消纳间歇性可再生能源发电的能力,有利于整个IEGES的安全与经济运行。在此背景下,对计及需求侧管理的IEGES的协同规划问题进行了探讨。首先,基于用户满意度对需求侧管理建模,并以包括投资成本、运行成本和需求侧管理补偿费用的总成本最小为优化目标,建立IEGES中燃气机组、电转气设备、输电线路和天然气管道选址规划的混合整数非线性规划模型。然后,为加快求解速度,对模型中的非线性部分进行线性化处理,将原混合整数非线性规划问题转化为混合整数线性规划问题,并采用AMPL/CPLEX商业求解器求解。最后,以由修改的IEEE 39节点电力系统与比利时20节点天然气系统耦合形成的IEGES为例,对所构造的模型和采用的方法进行说明,并考察了其在节约成本和消纳风电方面的影响。

计及网络动态特性的电—气—热综合能源系统日前优化调度12-19

摘要：电—气—热综合能源系统的互联是提高系统运行灵活性与可再生能源消纳能力的有效手段之一。在详细分析热网与气网动态特性基础上,提出一种同时考虑气、热网络动态特性的电—气—热互联系统日前优化调度模型。首先,针对热网与气网的动态特性进行建模分析,挖掘其相应动态特性下所对应的储能能力。然后,建立兼顾气、热网络动态特性的综合能源系统日前优化调度模型,将模型线性化并进行求解。最后,构建仿真系统,计算分析管网动态特性对系统优化运行的影响,以及不同网络间的动态特性作用关系与协同优化潜力,所得结果证明了在综合能源系统中计及网络动态特性的必要性与可行性。

基于热网与建筑物储热解耦的调峰能力提升方案20-28

摘要：针对中国“三北”地区供热期热电联产机组“以热定电”运行模式所形成的电热耦合运行约束造成系统调峰能力不足进而导致大量弃风的问题,提出了利用热网与建筑物储热来解耦机组电热耦合运行约束的方案。通过对促进风电消纳的潜力估算以及与现有几种消纳弃风方案的投资对比,分析了所提方案的技术可行性,并通过构建热电联合调度模型给出了技术实现方法。以东北电力调峰辅助服务市场专项改革试点为背景,结合市场运营规则的归纳与抽象,分析了方案实施对市场各主体的出力和深度调峰辅助服务费用产生的影响,在此基础上阐述了实施该方案给各主体个体和系统整体所带来的效益。通过算例进行的验证表明,在个体层面热电联产机组有意愿利用所提方案主动参与调峰,进而能够在整体层面实现系统稀缺调峰资源的优化配置。

基于统一潮流模型的电—气耦合综合能源系统静态灵敏度分析29-35

摘要：针对典型的电—气耦合综合能源系统,提出一种基于统一潮流模型的静态灵敏度分析方法,用于分析电力与燃气供能系统间的交互作用机理。首先,给出电—气耦合综合能源系统的统一潮流模型。然后,在此基础上,定义电—气耦合综合能源系统的燃气压力—节点注入功率灵敏度矩阵。最后,结合典型场景下的综合能源系统灵敏度指标,分析电网节点注入功率对燃气压力的影响,定位综合能源系统的薄弱环节。算例表明,所提方法可为区域综合能源系统的安全稳定运行提供辅助信息,有效提升了系统的安全性。

电—气互联综合能源系统多时间尺度动态优化调度36-42

摘要：对于时空相关的天然气管存,应用多时间尺度/模型预测控制尤为重要。计及天然气管网的慢动态特性,考虑暂态天然气系统变量存在时段耦合的特性,提出了基于模型预测控制的多时间尺度优化调度策略,使机组有功出力和气源产气控制过程更为平滑。其中,以日前优化调度得到的有功出力值和产气量为参考值,基于模型预测控制,进行日内多时段滚动优化。最后,对修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统进行算例分析,验证了所提优化调度方法的可行性以及有效性,并分析了气网管存对电—气互联综合能源系统运行的影响。

考虑风电不确定性的电气能源系统两阶段分布鲁棒协同调度43-50

摘要：燃气轮机、电转气装置的应用加深了电气能源系统间的耦合关系,为消纳风电提供了新途径。同时,传统的随机规划和鲁棒优化算法在处理风电出力不确定性时均存在一定的局限和不足。基于此,将分布鲁棒优化方法应用到电气能源系统的经济调度问题中,建立了以燃气轮机、电转气装置为耦合元件的两阶段调度模型。模型的第一阶段以综合系统总成本为目标函数,同时融合了风电预测场景信息,制定出包含机组启停计划、机组计划出力值、天然气计划供气量的日前鲁棒调度方案。基于日前调度计划,模型的第二阶段（实时运行层面）通过机组出力调整、天然气供气量调整以应对风电的不确定性,并综合1-范数和∞-范数同时约束不确定性概率分布置信集合。整体两阶段分布鲁棒协同调度模型采用列与约束生成（CCG）算法进行求解。最后,通过算例验证了分布式鲁棒优化算法的有效性。

基于多场景随机规划和MPC的冷热电联合系统协同优化51-58

摘要：以包含可再生能源及多种分布式资源的区域冷热电联合系统为研究对象,针对风光和负荷的不确定性,提出多场景随机规划结合模型预测控制（MPC）的方法,建立多时间尺度协调优化模型,其中日前和日内尺度主要以运行经济性最优为目标,求解机组的运行及出力计划;实时尺度采用模型预测控制技术,以日内尺度经济调度结果为参考,通过反馈校正与滚动优化调整机组运行出力,实现机组出力的精确控制,消除可再生能源波动性影响,并进一步讨论了出力扰动对调度结果的影响。算例分析证明所提模型和方法能够有效消除不确定性和风光波动性的影响,实现多能源互补协调优化运行。

基于多能源站协调的区域电力—热力系统日前经济调度59-67

摘要：随着热电联产、电锅炉等清洁供热单元的大力推广,配电网与区域热力系统的耦合互动日益紧密。基于不同类型区域能源站的构建,从多能源站协调的角度,考虑分布式可再生能源发电在配电网中渗透率不断提高的趋势及三相不平衡配电网、区域能源站、区域热力网络的运行约束,提出区域电力—热力系统日前经济最优调度策略并研究对风电消纳影响。最后,通过三种不同场景下的测试结果,证明多能源站的协调运行可以充分利用多能源优势互补的特性,提高风电消纳率,有效降低配电网网损及区域能源站运行费用,实现经济性目标。

基于冷热电联供的多园区博弈优化策略68-75

摘要：园区一般涉及冷、热、电等多种能量流的生产、转换和使用,通过利用冷热电联供综合能源系统可以有效提高能源利用率、缓解能量供应压力。考虑动态电价机制下园区用电价格受市场需求影响,不同利益主体间存在博弈竞争关系。鉴于此,建立了基于冷热电联供的多园区非合作博弈优化模型,各园区以日运转成本最小为目标函数和其他园区共同参与博弈,同时考虑联供系统各单元出力、储能设备等约束条件,实现园区多能流互补协同优化。最后,以某地区三个园区的冷热电能流协调优化控制为例进行了仿真分析,算例结果表明所建立的博弈优化模型能合理分配联供系统出力及购电功率,不仅可以降低园区日运转成本,而且可以降低电网负荷峰谷差。

考虑运行策略和投资主体利益的电转气容量双层优化配置76-84

摘要：电转气（P2G）技术的日益成熟,促进了电网和天然气网间的耦合,使两者间实现大规模互联成为可能。文中利用条件风险价值（CVaR）理论,对风电不确定性给电—气互联系统带来的运行风险及其成本进行了分析。在计及风力发电企业和电—气互联系统两个利益主体后,构建了P2G设备容量配置双层规划模型,以风力发电企业净利润作为上层目标,电—气互联系统运行成本为下层目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。利用IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的仿真系统,验证了配置P2G设备来提高风电消纳率和降低系统弃风风险的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。

含能源路由器的交直流网络潮流计算模型及可行解求取85-93

摘要：基于电力电子技术的能源路由器是能源互联网中的关键设备。在分析电力网络能源路由器结构的基础上,提出了计及多种控制方式、适用于多种运行环境的能源路由器稳态计算模型,构建了含有能源路由器的交直流混合网络潮流计算模型,提出了考虑能源路由器调控能力求解混合网络潮流可行解的方法。基于改进的IEEE 30节点系统,验证了提出的能源路由器潮流计算模型和可行解求取方法的正确性和有效性,该模型和求解方法能满足能源路由器不同控制方式的需求,可适应交直流有源或无源网络。

基于非零和博弈的互联系统协同消纳风电调度法94-100

摘要：实现可再生能源的大规模利用和共享是能源互联网的主要目的。以“开放、平等、协作、分享”互联网精神为主旨,文中针对输电网,提出了一种基于非零和博弈的多区域大规模风电协调消纳策略,使区域间以进一步分配的形式共享所创造的利益,提高其风电消纳积极性。首先,设置区域等效成本作为博弈因子,生成非零和博弈双成本矩阵;其次,结合离散粒子群算法和策略迭代博弈法找出纳什均衡点以及混合策略纳什均衡;最后,采用帕累托最优分析法确定谢林点。算例结果表明,所提出的博弈消纳策略在兼顾互联系统经济性的同时,可以实现区域间利益的合理分配,提高风电消纳区的积极性,进一步消纳大规模风电。

电动汽车参与运行备用的能力评估及其仿真分析101-107

摘要：电动汽车（EV）作为未来电力系统一种潜在且容量可观的运行备用资源,其调控必须以满足用户出行与充（放）电意愿为前提,因此对电动汽车备用能力的评估需置于合理的、计及用户响应意愿的市场机制下来考察。首先设计出兼顾系统调控需求与用户出行需求的充（放）电合约机制,提出了EV短时备用能力计算方法和响应电价变化的有序充/放电策略。基于上述模型或方法,实例分析了典型EV单体及集群在不同充电策略下,向电网提供多种可调控备用容/电量产品的能力。同时进一步分析了备用容量价格、备用市场设计等因素对EV可申报备用容量的影响。

能源互联网市场体系设计、交易机制和关键问题108-117

摘要：作为推动能源革命的重要手段,能源互联网的出现为多能源交易的市场化、自由化和灵活化提供了新的契机。首先基于能源互联网的核心理念,提出了能源互联网市场的初步定义和建设目标,并通过与传统电力、天然气、区域热/冷等单一能源市场的对比,得出能源互联网市场的特殊性主要体现在支撑多类型能源的综合交易、实现大规模分布式主体的市场参与、支持灵活智能的能源消费以及信息技术依赖程度提高4个方面。在此基础上,对能源互联网市场的体系设计和交易机制进行了详细的分析讨论。最后,总结归纳了能源互联网市场发展过程中的关键问题和研究展望。

基于CES型效用函数的热—电市场消费者最优决策118-126

摘要：随着电锅炉、热泵等清洁加热设备的普及,电网和供热网的耦合日益密切。在多种能源参与交易的市场环境下,多市场主体间存在复杂的博弈关系,分析消费者的决策行为及其对能源价格的影响是重要的研究课题。设计了热—电综合市场交易机制,提出了基于常数替代弹性（CES）效用函数的消费者决策模型,该模型亦可为研究其他能源市场问题提供重要借鉴。进一步通过KarushKuhn-Tucker最优性条件和线性规划对偶定理得到市场均衡的混合整数线性规划条件,通过模式搜索算法求解消费者的最优策略。在IEEE 33节点配电网和32节点供热网构成的测试系统上验证了所述方法的有效性,并分析了各因素对市场均衡的影响。

考虑调频补偿效果的区域综合能源系统调频服务优化策略127-135

摘要：辅助服务对维持含有高比例可再生能源电力系统的安全稳定运行至关重要。含有储能设备的区域综合能源系统作为优质调频资源,可以有效调节可再生能源接入电力系统后导致的不可忽略的频率偏移,帮助解决电力系统频率稳定性问题。文中建立了在市场机制下考虑调频补偿效果的区域综合能源系统运行优化模型,并采用YALMIP＋CPLEX在MATLAB中进行了仿真分析,求得了不同调度模式下的总运行成本。通过采用实际运行中的宾夕法尼亚—新泽西—马里兰（PJM）调频市场模型和参数来指导区域综合能源系统中调频资源的优化配置,在电能与调频服务市场收益之间进行权衡,实现了利润的最大化。

电力系统自动化杂志学术研究

兼顾风险与收益的主动配电网非正常停运恢复策略136-144

摘要：综合配电网恢复过程中的风险、代价与收益因素对主动配电网的非正常停运恢复策略展开研究。通过评估恢复子过程执行风险和过渡电网运行风险建立配电网恢复风险模型,在此基础上结合电网恢复控制代价和恢复收益建立货币量纲上的多目标优化模型,采用基于贪心策略的启发式算法对配电网恢复问题进行优化求解,并对贪心策略进行了拟无后效性改进。算例仿真表明,所提配电网非正常停运恢复策略能够计及配电网恢复过程中的不确定风险,在保证经济恢复收益最大化前提下最大限度地恢复失电区域的供电,从而提高配电网供电可靠性和恢复过程的经济性。