随着能源需求的不断增长和环境污染的不断加剧,减少能源领域的碳排放量和推进清洁能源的利用效率已成为全球研究和关注的重点领域。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)可以将多种能源形式进行协调和整合,以满足不同用途的能量...
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随着能源需求的不断增长和环境污染的不断加剧,减少能源领域的碳排放量和推进清洁能源的利用效率已成为全球研究和关注的重点领域。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)可以将多种能源形式进行协调和整合,以满足不同用途的能量需求。随着风光等可再生能源大规模接入,在综合能源系统中配备储能设备可以实现能量在时间上和空间上的平衡和转移,提高系统的灵活性和可靠性。鉴于综合能源系统目前的发展形势,本文以综合能源系统为研究对象,围绕系统低碳经济运行、储能配置方式、能量共享和“源-荷”不确定性等问题对综合能源系统的模型构建和运行策略进行研究,主要内容如下:(1)针对综合能源系统的低碳运行要求,本文在传统的冷热电三联供系统(Combined Cooling Heating and Power,CCHP)的基础上引入了碳捕集(Carbon Capture and Storage,CCS)和电转气(Power to Gas,P2G)设备构建了CCHP-CCSP2G耦合模型,实现了电网与天然气网的耦合。为了增加可再生能源的消纳率,还为系统配备了以蓄电池、储热罐和冰蓄冷系统为主体的储能系统。通过引入阶梯式碳交易机制将系统碳排放量以碳交易成本的形式考虑归入系统的日运行成本对系统进行运行优化。通过算例验证了所构建的系统模型在减少综合能源系统碳排放量的有效性。(2)针对目前单IES单实体储能配置与运营模式使用户面临着储能投资成本高、储能容量定制化困难和储能设备利用率低等问题,本文在所构建低碳模型的基础上,考虑向电网租赁“虚拟储能”容量的云储能形式实现储能配置。在此模型基础上,考虑多系统间的点对点(Peer-to-Peer,P2P)电能交易,多系统间以买卖电能的形式交互。基于纳什谈判理论建立多综合能源系统协同运行模型,将纳什谈判博弈模型分解为联盟运行效益最大化子问题和电能支付分配子问题,选择交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)保护双方隐私的前提下进行求解。通过案例验证了配备云储能的多综合能源系统协同运行策略可以有效降低系统的运行成本。(3)针对现有电网支撑能力不足的地区云储能服务实现困难且供能可靠性需要进一步提升的问题,本文在CCHP-P2G-CCS耦合模型的基础上,以接入共享储能电站的形式实现储能配置,并采用鲁棒优化的方法处理系统的“源-荷”不确定性,提高供能可靠性。基于此,构建了纳什谈判理论建立共享储能参与的多综合能源系统协同运行模型,利用ADMM进行求解。通过案例验证了共享储能电站参与的多综合能源系统合作运行策略不仅可以提高共享储能电站与综合能源系统供能可靠性,还可以实现综合能源系统与共享储能电站互利共赢,有效降低综合能源系统运行成本。
随着全球经济的高速发展与能源消费的快速增长,能源安全、环境保护与经济效益成为了世界各国面临的共同挑战。电力行业作为我国能源消费的主力军,其减排效果是实现“3060双碳”目标的关键。综合能源微电网具有整合分布式资源和打破能源壁垒的特点,相较于传统能源系统调节方式更加灵活,为消纳风电等可再生能源提供了一种新的途径。为了提升新能源消纳比例,降低碳排放,开展综合能源系统短期负荷预测与综合能源微电网低碳经济调度研究就尤为重要。本论文主要研究内容如下:(1)针对体量大、类型多、速度快的电力大数据应用场景,提出基于布谷鸟(Cuckoo Search,CS)算法优化的BILSTM-Attention短期负荷预测模型。利用统计学方法对电力数据进行特征提取与降维,在深度BILSTM的基础上引入注意力机制,搭建了深度BILSTM-Attention预测模型,选用布谷鸟算法对各模型超参数寻优,以进一步提高模型预测精度。结果表明构建的预测模型MAPE仅为3.85%,可为电力系统规划与稳定运行提供可靠依据。(2)从综合能源微电网的发电侧入手,分析热电联产机组、P2G和CCS运行特性。提出了计及P2G与CCS技术的CHP机组联合运行模式。分析了该模式下CHP机组的电-热出力特性与碳排放量。建立了该联合运行模式下考虑碳交易的综合能源微电网经济运行模型。结果表明该联合运行模式能够明显提高微电网经济效益并减少碳排放量。(3)从综合能源微电网的用户侧入手,构建电-热综合能源微电网需求响应运行模型。应用信息间隙决策理论(Information Gap Decision Theory,IGDT)对风-光机组出力、电-热负荷需求预测不确定性进行描述,建立计及需求响应的综合能源微电网IGDT运行模型,辅助综合能源微电网调度决策。寻求满足综合能源微电网预期调度成本时的临界不确定度与调度计划,保证当不确定因素的波动在可接受范围内时,仍可为综合能源微电网的调度决策提供合理且可靠的方案。算例验证了所提策略可降低综合能源微电网运行成本和碳排放量。(4)针对多微电网点对点电能共享问题,构建了一种计及源荷双重不确定性的纳什议价合作博弈模型,提出关于边际贡献度、碳共享度与额外贡献度的效益分配策略,保证微电网集群内各主体收益公平分配;同时引入P2G与CCS技术并考虑源荷不确定性,提高了微电网的经济效益的同时,降低了微电网碳排放量。
不同电压等级的新能源接入使得中低压配电网有源互动能力不断加强,如何有效管控多电压等级有源与无源资源进行经济优化调度,成为当前电网低碳运行亟须解决的问题。基于此,提供了一种中低压配电网有源与无源资源协同的多时间尺度经济优化调度方法。首先,日前阶段采用多场景随机规划方法考虑源荷不确定性。然后,构建单日总运行成本最小为目标的日前优化调控模型以确定有载调压变压器(on-load tap changer,OLTC)、电容器组(capacitor bank,CB)等无源资源的投切方案,并通过潮流统一的方式将其作为日内运行优化的约束条件,以实现促进新能源进一步出力的目的;在此基础上,日内阶段建立滚动优化模型。最后,设置日内优化调控模型的目标为单日总运行成本最小以确定日内新能源、储能等有源资源的短时动作方案,解决OLTC、CB分接头调控周期长,难以实现源荷实时匹配的问题。算例结果表明,所提方案可实现中低压配电网中的新能源最大消纳,提升其低碳经济运行能力。
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