一项调查综合能源系统的最优控制和操作

文摘

目前,能源结构的转型正处于关键阶段,和新兴可再生能源技术和multienergy设备被广泛使用。如何提高能源效率的综合能源系统(IES)和促进可再生能源的大规模吸收具有重要意义在未来应用程序形式的能源。新的互联网技术和传感器技术的发展提供了强有力的技术支持的优化调度和协调控制。近年来,前辈们正在经历前所未有的变化,它吸引了来自学术界和工业界的极大关注。在这篇文章中,最优控制和操作行为的理论进行了综述。首先,近年来的研究现状进行了总结。然后,不同设备的建模方法,详细分析了。最优操作的用户、地区和跨区域,作为典型研究对象和优化问题的研究现状和操作模式,能源管理规划和电力市场分配进行了总结和分析。最后,关键科学问题及相关前沿技术在前辈们总结道,和未来的研究方向进行了展望。

1。介绍

环境污染的过程中,能量转换和传输和能源可持续发展的要求的要求人类寻求多样化的供应和有效地使用绿色能源。很难维护人类社会的长远发展,由于指数增长的能源消耗,不可再生能源的储量不足。发展可再生能源,如太阳能、风能、水力发电、地热能源、和生物质能源,使能源的可持续利用1]。

尽管可再生能源技术发展迅速,电力系统的最重要的问题是确保可靠和安全的操作。由于固有的周期性波动的可再生能源,直接连接到电力系统将会影响电网的电压和频率2]。大多数可再生能源与电网通过电力电子设备。然而,电力电子装置本身的一个主要来源的谐波在电网电网污染的治疗。尽管储能技术可以直接解决可再生能源吸收的问题,大规模的商业应用能量储存在电网不能进行暂时由于高成本,低效率的能源存储技术、工程应用和特殊要求的网站(3]。可再生能源也面临与外部电网有效连接的问题,经济问题等长距离传输的高成本的基础设施建设和旋转功率流成本,缺乏市场竞争,不利于可再生能源技术的开发和推广。为了解决这些问题,综合能源系统(IES)的概念被提出。IES是一个高度抽象的能源供应和能源需求分类,于一体的多功能协同技术,如P2G气体(权力)和燃气热电冷联产(结合冷却、加热和电源)的过程中规划、建设和运营的能量系统,从而实现multienergy转换、调度和存储。

互联网作为能源的一个重要组成部分和主要载体的社会能量,IES集成电力、天然气、冷热系统,而非单一能源系统在传统能源供应形式,这是一种有效的方法解决能源效率低的问题和各种类型的能量的耦合4]。multisupply系统,IES可以减轻或消除低效率的能源设备通过子系统的协调(5]。它还可以降低系统维护成本,实现了热电multienergy系统的交叉,并充分吸收可再生能源通过P2G技术(6]。前辈们可以充分利用潜在的协同效益,充分挖掘潜在的相互关联的数据和信息网络,并实现协调、优化调度和协同利用不同的能源供应系统(7,8]。

电、气、热、和其他能源互补IES实现分时利用能源,提高可再生能源消费的范围,改善社会基础设施的利用率和能源供应的灵活性9]。在能源综合利用方面,理论被认为是能源工业的重要发展方向之一的国家,因为它的高能源效率和经济等优点。理论可以解决传统电力系统的缺点,不能满足能源需求在新形势下的单向传输电力负荷,通过multienergy协作,实现资源的优化配置。

许多详细的研究理论进行了在不同的国家,包括各种场景建模和规划、优化操作、安全评估和稳态分析。本文主要回顾了相关技术的优化运行和控制的。部分2简要介绍了前辈们的主要形式和发展现状。部分3综述了常用的建模方法。部分4论述了优化运行与控制的方法,部分5总结了整个论文和总结前辈们的关键科学问题研究,并提出了未来的挑战和发展趋势。

2。简要介绍的

2.1。的结构和特点

,各种能源的输入和输出电力,冷热能源,以满足不同用户的能源需求。存在的电力和天然气分布系统,供热和供水管道,和其他相关能源供应网络,形成耦合系统。天然气和电力分配系统之间的耦合和各种能源的互补导致能源组合的复杂性和能源利用的多样性。根据地理区域的大小和能量特征,理论可以分为三种类型:公园(建筑)水平,城市水平,跨区域的水平(10]。图1说明了典型multienergy系统的开放互连。

前辈们建筑水平主要考虑多个能量的协调和互补的建筑物或者用户,并以需求响应,预测负荷的需求,电动汽车,和云计算的核心技术。有一个深耦合能量之间的关系网络(11]。前辈们公园水平涵盖了能源系统(各种形式和特点12),包括基础设备、能源系统的单位和系统与multienergy耦合,互补利用能源的特点,深度集成的物理信息和协调互动的来源、网络和存储。区域内主要起连接作用的能量传输、分配、转换和平衡(13]。这需要混合储能系统,能量转换和活跃的分销网络为核心技术,和能量之间存在强耦合系统。跨区域内采用电力电子技术、信息物理系统、传输和能量路由器作为其核心技术(14]。主要考虑等因素管理、操作、调度(传输)时间之间的跨区域能源系统。

基于能量管理和控制平台,前辈们在公园(建筑)水平涵盖了很多可控资源,如冷、热、电、天然气、和水,以实现多种能源互补。基于多个决策者之间的互动、区域和跨区域IES研究分布式和集中式的运作效率和经济成本决策者(联合调度中心)。同时,最优功率流问题multienergy流传输的过程中应该考虑以确保安全稳定传输的能量。电力系统、天然气系统和热力系统是由不同的利益相关者。有必要分析经济分布在不同的利益相关者,专注于游戏理论和其他相关理论,以提高multienergy流之间的耦合关系。

2.2。目前的发展现状

能源互联网产品的深度集成传统能源系统和互联网思维。在书中“第三次工业革命”,杰里米·里夫金,一位著名的美国学者,首先提出远景能源互联网,相信第三次工业革命与能源互联网为核心将颠覆传统能源的使用15]。”,作为一种重要的能源网络的物理载体,重点是不同能源之间的协同优化。能源互联网强调能源系统的深度集成和ICT(信息和通信技术),标志着互联网的技术,计算机、自动控制、通信、数据处理和网络(16]。前辈们并不是一个新概念。能源领域的集成,有长期合作的最佳操作在能源,如热电联合系统和燃气热电冷联产系统,使用热能在不同水平以减少能源浪费;P2G技术使用风能和太阳能电解水产生氢气,然后提供给现有的天然气管道网络,或产生甲烷利用水和有限公司₂大气中提供天然气,以解决可再生能源吸收的问题(17,18]。

IES一直得到广泛的研究和发展基于不同国家的能源战略需求。2007年,美国成立IES进入能源领域,促进了建设和理论通过额外资金,统一的能源生产,和销售供应商;2013年,国家可再生能源实验室建立了“能源系统集成研究小组”(19),和IBM建立“智能城市”和其他项目。在2014年,欧盟在2030年采用“40-27-27”的目标。到2030年,温室气体排放量将比1990年减少了40%,27%的能源消耗来自于可再生能源和能源效率将提高27% (20.]。自2015年以来,中国已经发布了一系列IES-related政策和开展一系列的演示和实践项目,如上海迪斯尼乐园度假村的示范项目,它使用集中式能源控制的一次能源利用率在80%以上。上海崇明岛示范项目构建了一个三层为可再生能源、能源利用框架,实现了联合优化独立运行的风电场和兆瓦集装箱储能系统在分销网络21]。

2.3。相关技术理论

理论的发展需要等相关技术领域的支持可再生能源发电,能源存储、电力电子,新传播,multienergy流系统的稳定性分析和控制,以及人工智能。

可再生能源发电引发了能源革命,导致了大规模的新兴生态产业的发展,为理论的推广和应用奠定了基础。能量储存的发展,蓄热,冷藏和氢气存储在可再生能源的吸收起着重要的作用。电力电子技术的发展提高了安全性和可控性的能量传输和分配,和促进能源互连。multienergy流系统的功率流计算的基础multienergy流系统的研究和相关的控制技术研究的前提。面对不确定性,能源系统的随机性和复杂性,人工智能技术的新一代需要开展大量的研究工作等领域全面感知、可靠传输和智能处理的数据信息,机器学习算法,人工智能电力和能源应用的平台。

3所示。建模的

IES由电力系统、天然气系统和热力系统,这些系统建模的基本物理设备在本节中,其中包括设备在生产过程中,传输,存储,和消费的各种能源,如电、热、冷和天然气。的基本物理结构如图2。

3.1。独立电力设备的建模

传统的理论主要包括光伏发电设备,输电和配电网络,储能电池,和电动汽车的核心组件。

3.1.1。光伏发电模型

光伏发电是直接使用半导体材料的光生伏打效应将太阳能转化为电能。光伏发电系统建设周期短,安装灵活,和广泛的应用场景和人类生活环境不会造成干扰。光伏发电的数学模型通常是如下所示(22]: 在哪里和是单个光伏模块的电压和电流分别;_, , ,和代表短路电流、开路电压、电流和电压在最大功率点,由光伏电池制造商提供的;和是中间变量。这些参数随环境和需要根据实际的光强和温度决定的。

光伏阵列的输出功率期可以表示为: 在哪里和是单个光伏模块的电压和电流在吗期间,分别;是光伏模块串联的数量;并行是光伏模块的数量;是损失的因素。

3.1.2。风力发电模型

风力发电的转换是通过风力发电机风的动能转化为电能。风能是成正比的立方风速和风力发电输出的数学模型如下(23]: 在哪里实际风速在吗期; , ,和分别切入,断路器和额定风速;是风力发电机的额定功率。

3.1.3。输电和配电网络的模型

电力传输和分销网络模型通常是表达的(24]: 在哪里和的输出和输入功率传输和分销网络,分别;和输入和输出电压的输电和配电网络;是当前操作;和结线损失的输电和配电网络和变电站损失,分别。

3.1.4。储能电池

储能电池的典型模型表示为(25]: 在哪里代表剩余的电力能源存储系统t期;的能耗率能量存储过程;和分别充电和放电功率。

3.1.5。充电桩

充电桩的典型模型表示为(26]: 在哪里是总充电容量充电桩的面积我;n表示充电桩在区域的总数我;是收费的吗充电桩,其值为1时,充电和放电时0;的输出功率是充电桩。

3.2。设备建模与电热耦合

3.2.1之上。燃气轮机模型

为核心的电热耦合设备,燃气轮机将天然气转化为电能和复苏余热加热和制冷。燃气轮机的数学模型如下(27]: 在哪里 , ,和输出功率,回收废热的力量,和燃气轮机的天然气消费吗t期间,分别;燃气轮机的天然气消费速度; , ,和发电效率、余热回收效率,和能量损失率的燃气涡轮机,分别;天然气的热值。

3.2.2。热泵模型

热泵系统主要由热交换器、压缩机、节流装置、热贮水箱和温度采集装置,它可以将低品位热能转化为高品位热能通过使用少量的电。典型的热泵如下(28]: 在哪里热泵的供热能力在吗期;是热泵液体的比热;热水的密度;是流体的温差之前和之后的一个循环。

3.3。与Electro-Gas耦合建模的设备

主要的电力系统和天然气系统之间耦合部分燃气轮机和P2G electro-gas实现双向耦合的系统。

P2G设备主要由电解水设备,甲烷化反应装置、加压装置(29日]。

3.3.1。电解槽模型

目前,主要有三个电解技术,碱性电解,电解质子交换膜(PEM),固体氧化物电解。碱性电解技术是成熟的,但是它的效率很低。高温电解有严格的环保要求,需要与高温工作环境和压力,所以高成本高。目前,PEM技术吸引了广泛关注,因为它的灵活性,更好的机械强度和化学稳定性30.]。

PEM电解模型是: 在哪里由电解槽的氢气量t期电解槽是效率函数;电解槽的运行效率;电解槽的输入功率在吗期;电解槽的额定输入功率; , ,和三个电解槽的效率函数的系数。

3.3.2。甲烷反应器模型

甲烷生成的氢P2G发送到反应堆。反应堆的运行效率受到合成气的组成、氢的比例、工作温度和压力(31日]。甲烷反应器模型表示如下: 在哪里由甲烷天然气发电反应堆在吗t期;甲烷的氢注入反应堆数量吗t期;是甲烷反应器的运行效率;是天然气的热值;是质量的气体对应于每个m³的天然气管道。

3.4。与其他耦合建模的设备

电冰箱是一个典型的electro-cooling联结装置;电热锅炉是一个典型的电热耦合装置;燃气锅炉是一个典型的gas-thermal联结装置;和吸附冰箱是一个典型的thermal-cold耦合装置。

燃气轮机的加热不足时,燃气锅炉补充加热。燃气锅炉的数学模型表示为(29日]:

在哪里和的热功率输出和消费是天然气的燃气锅炉t期间,分别;燃气锅炉的运行效率。

的主要耦合器thermal-cooling系统是吸附冰箱、电动冷却系统的主要耦合器是电冰箱,和主要的电耦合器系统电锅炉。这些建模中可以找到的细节(27]。

3.5。建模基于能源中心

Geidl和安德森从苏黎世联邦理工学院首先提出了能源中心,代表不同的能源基础设施或负载之间的接口(32]。它使用热电联产技术、变压器、电力电子设备、换热器等设备转换和调整输出的能量。在这个模型中,内部设备高度抽象,静态关系的能量传输和转换过程中,它扮演着一个重要的角色在规划和操作研究的33,34]。图3显示了一个典型的能源中心。

能源中心代表能量的输入和输出,连接的一个能量耦合矩阵如下(35]:

在哪里是原始的能量输入能量中心;能源中心后的能量输出;是输入和输出之间的耦合矩阵系统的能量的耦合能量之间的关系。

能源中心的优点如下:(1)高度抽象的能量传输,转换,和调度过程,只有相关能源的输入和输出,并具有良好的实用性和可伸缩性。(2)它简化了复杂问题,并提供了一种新的思维方式对联合行动和调度的优化跨地区和市级IES,市场交易机制,利益分配等问题。

缺点:(1)它不能描述系统的动态行为,并只考虑能量的静态分析。(2)当耦合矩阵是奇异的,该模型不能解决。(3)随着各种储能技术的发展,可再生能源技术,需求响应,和P2G技术,能源中心的扩张是必需的。

4所示。优化运行的

目前,根据地理区域的大小和能量特征,优化运行的研究对象,分为三个类别:公园,地区和区域。区域理论主要是针对某一区域,这可以是一个城市或一个地区的一部分;跨区域理论主要是指多个城市或区域。

Park-level理论主要是针对工业园区和大型建筑的能源管理。核心研究内容是能量等价和优化配置。互补的形式和最优协调方法的探索,实现灵活的调度“source-network-load”的整个过程。

优化问题的区域和跨区域理论主要关注能源互动分析混合优化的功率流为核心,探索在多个理论之间的协调和优化。优化结果为大规模的优化提供理论指导和事务操作的。

理论的研究与优化运行在公园,地区和区域将在以下部分复审。

4.1。优化目标和优化操作的约束

以下4.4.1。优化目标的

在park-level IES,只有一个理论产生、传输和分配能量在一个特定区域。不符点的优化调度问题通常是表示如下:

在哪里目标函数相关能源输入 ,能量存储系统和能量分配系数 ;约束条件是平衡的能量输入和输出;和较低和能量输入的上限;和较低和储能系统输出的上限;的能量分配系数”,通常指的是某种能量输出的总能量的比例输出。

一个不符点的优化目标可以概括如下:(1)大多数理论的优化目标是最小化系统的运营总成本或最大化社会福利(36- - - - - -39]。(2)也有一些研究,其优化目标是最佳的碳排放和环境效益,实现绿色能源的比例在前辈们的操作系统(40- - - - - -42]。仍然有一些研究,其优化目标是最大的吸收可再生能源,改善能源供应的比例的可再生能源,从而达到更好的环境效益(43]。

区域和跨区域IES,多个IES相连的电力传输网络,天然气传输网络和热传输网络。理论主要是一个问题的整体最优调度的最优混合动力multienergy流动。

适当互连可以减少消费和一代,储备能力和充分利用发电设备,这是一个方法,可以使能源设备在任何地区最有效的。将会有各种形式的理论之间的能量交换(44- - - - - -47),构建了能源中心的概念。每个能源中心被视为广义节点的网络,和传输线上的能量流类似于最优电力系统的功率流,叫做multienergy系统的最优功率流(48]。图4显示了一个典型的跨区域示意图。

的基础上的最优混合动力流,IES在区域和跨区域层面的问题是计算最优混合动力系统的功率流,从而揭示多个IES的运行机制,优化运行提供理论指导和能源调度理论的区域和跨区域的水平。此外,最优混合动力流计算一般选择系统操作经济优化目标,及其约束能量流方程约束的,能源生产和消费的限制,能量转换和存储设备的限制,同时考虑multienergy耦合设备的能源约束的(49- - - - - -53]。

的基本优化模型如下所示:

在哪里函数相关的能量输入和电源能量流网络;第一次和第二次约束能量流能量方程约束网络和网络的上限和下限。

4.1.2。最优操作约束的

优化研究的限制,除了传统电力系统的独立单元,天然气系统和热力系统(54),还讨论了耦合系统在先前的研究55]。特定的约束如图5。

4.2。优化调度的考虑电热耦合

理论的一个重要组成部分,电热耦合系统连接电力系统和热力系统通过耦合元素如CHP单位和电锅炉实现之间的转换电能和热能。然而,有电力输出和热输出之间的相互限制在电热装置,在某些情况下会影响电力系统的峰值调节和吸收能力的风力发电,所以一些研究介绍了热泵和蓄热设备增加电热耦合系统的灵活性。

Park-level IES主要考虑热电联产机组的优化调度。好等。56)选择热电联合系统的优化运行策略考虑能源需求和集成性能标准的两种操作模式下“电力热”和“电力热”。热泵的出现和热存储设备提供了一个强大的支持电热耦合系统的灵活性。方等。57)提出了一种基于物理模型既适用于发电ett(聚合住宅电热技术),提出了模型确定预期的能源和不适成本为各种不同的情况。

共和人民党和燃气热电冷联产研究成熟。动力循环相结合,有效地将低品位热能转化为有机郎肯循环(兽人)已成为一个热点研究课题。在[58),兽人水泥工业中用于汽轮发电机通过回收热量提高经济和能源效率。

研究考虑热网络的特点和温度变化的传热介质,和热泵和蓄热系统的连接也引起了广泛的关注。王等人。59)提出了一种以太阳能热泵,表明增加太阳能热泵可以有效降低集中供热的热电联产供应单位的成本。此外,一些学者精制热能传输过程中的损失模型,和热能存储(te)设备提出了60),证明测试设备可以提供灵活性的电热耦合系统。索特et al。61年]分析了电热存储(ETS)系统的影响操作的社区微型智能电网"在中国北方,并证明ETS可以显著降低系统的运行费用和更好的吸收风能和太阳能。锅等。62年)开发一个集成quasi-dynamic综合电力和供热系统模型,提出了一种模拟方法和quasi-dynamic电力系统和加热系统之间的相互作用与强调量化运输延迟,结果表明,运输延迟和控制策略产生重大影响quasi-dynamic交互。

一些研究关注需求响应技术。用户的能源消费行为受到需求反应技术(63年),这表明,需求反应可以改善区域风电消费。在[64年),使用能源计划模型,并分析了热泵的应用,蓄热设备,和需求响应技术在不同的场景中。结果表明,该系统的总运营成本和二氧化碳排放可以最小化,和热泵的引入提高了系统的运行效率。

合作的电力系统和热力系统优化操作可以打破“电力热”的传统模式,提高能源利用水平。相关研究已经证明了大规模热存储系统可以有效地提高系统的柔性调度能力。然而,新材料蓄热器或相变蓄热器等需要进一步研究[65年]。目前,太阳能热发电技术的相关研究(66年吸引了广泛的关注。然而,由于发电的成本较高,相关技术需要进一步研究。

4.3。优化调度的考虑Electro-Gas耦合

电力系统之间的耦合关系和天然气系统主要由P2G设备和燃气轮机。对于电力系统来说,P2G设备负载,和天然气系统,它可以用作气体源的传输。电力系统之间的耦合和天然气系统可以使这两个系统相互支持,提高系统的灵活性(67年]。单向传输天然气网络和电网之间的能量是由燃气轮机。P2G装置使电网和天然气网络互联、和能量流变成双向的。至于电网之间的耦合关系和天然气系统,以下文献做出积极的探索。

克莱格和Mancarella [68年)评估multienergy系统考虑短期内天然气发电提供的灵活性。陈等人。69年)认为最佳的能量流的问题,给出了求解最优功率流的方法,测量可行性保证金和能量流的不可行性。也提出了三个解决最优能量流模型,研究可解性最优multienergy流的识别方法,并通过案例分析验证了所提出模型的有效性。

造成损失和EI-Taweel70年)认为反向功率流给料机的问题,附加加热变压器或不正确的操作造成保护装置的可再生能源发电的高渗透。这项研究揭示了双向变换器在综合电气气体系统中的应用,并提出了一种新的实时算法,有效地通过模拟真实数据验证。他和Shahidehpour [71年可由主体访问)提出了一种健壮的受安全机制约束的单位承诺模型提高了操作的可靠性综合electro-gas系统对输电线路中断。Zhang et al。72年)考虑天然气的n - 1事故系统和电力系统,一个混合整数线性规划(MILP)方法开发,和实验结果表明,该方法具有良好的计算性能。

4.4。优化调度的考虑Electro-Gas-Thermal耦合

以电力、气体和热量由电力系统、热力系统、和天然气系统与各种耦合CHP等单位,燃气轮机和燃气锅炉。能源中心是multienergy的耦合的关键。最优操作和功率流与能源中心为核心吸引了广泛关注。

multienergy中心的协调优化目标一般都是最优的经济系统,优化整体经济的或者至少碳排放。钟等。73年)建立一个多目标调度优化模型以最小化操作成本和污染物排放的目标。改进的细菌群体趋药性算法用于优化综合能源系统调度模型。仿真验证了优化调度模型的有效性和改进算法。钟和杨74年)提出了一种分布式拍卖机制与multienergy控制。能源中心使用双重共识小组ADMM算法分配能源用户提供社会福利最大化的目标。最后,它组织和构建加载数据,分析和评估性能的能源调度和验证兼容性的激励机制。

李等人。67年]运用合作博弈理论来优化多个理论系统通过调整现有IES控制算法,并证明了合作博弈的均衡分配点经济效益。克莱格和Mancarella [68年)提出了一种最优操作与multienergy设备智能领域框架和集成能源网络。框架是基于两级迭代建模,包括MILP和非线性网络的线性近似方程。实际情况在英格兰证明该模型可以消除不确定性一定水平,具有重要的参考价值评估系统的灵活性。

4.5。最优控制和操作的

功率流计算multienergy流理论是确定每个子系统的功率流分布,这是一个探索耦合特性和优化调度的重要前提。

功率流计算multienergy IES表示为追随者流:

在哪里 , , ,和变量的电力系统、天然气系统、热力系统、能源中心;功率流方程;天然气系统的代数方程,包括天然气管道和压缩机的方程;热力系统的方程,包括热量流动连续性方程、压力循环,节点流量和节点混合温度;是输入输出转换方程的能量中心。

气体分配制度主要包括两个部分:节点和分支。节点分为pressure-known节点和flow-known节点(75年),pressure-known节点通常是气体源点与已知的压力和流量计算;flow-known节点通常是计算节点的负载压力。由于管道的两端压降,尤其是在中、高压气体传输网络远距离和大容量,需要配置一个压缩机提高输气管道的压力(76年]。

不符点的稳态模型主要包括交流电力系统的功率流模型,天然气管道模型与压缩机和热力系统的稳态模型。

4.5.1。能量流分析

电力网络。与传统电力系统的功率流模型,经典的交流功率流模型通常用于补贴。节点的功率方程表示如下: 在哪里和有功功率和无功功率的节点,分别;是当前注入节点 ; 和节点的电压吗和节点 ,分别;的节点数量;“∗”是复数的接合;节点导纳矩阵和吗节点的电压矢量。

热网络。热网络组成的液压模型和热模型。广义基尔霍夫定律应该满足在每个节点,即注入流应该等于输出流(77年- - - - - -80年),这是在哪里是加热的node-branch相关矩阵网络;是每个管道的流动;每个节点的输出流,即。,consumption flow of heat load node;是加热的循环分支相关矩阵网络;向量的压头损失;是管道的阻力系数向量。
热力学模型是用来计算的加热和再生温度加热网络节点。加热设备将能量转换成热能通过天然气和其他燃料,通过热网络和传输能量。每个热负荷节点的热功率和节点温度表示如下: 在哪里火力发电的热网络节点;和是温度向量开始和结束的管道;管道的长度;水的比热容;环境温度;管道的热导率;和分别的流出和流入热水;和流出和流入的温度的热水。

天然气网络。空气流过管道的两端压力取决于管道和表达如下: 在哪里天然气管道的流动值节点米到节点n;节点之间的压差是吗和 ; 是管道的流向;“1”是指从节点到节点 ;“−1”是指从节点到节点 ; 是管道的常数,通常计算在哪里和在标准条件下的温度和压力;和直径和长度;F是无向摩擦系数;天然气的平均温度;平均压缩系数;相对密度。两个(19)和(20.)不考虑在传输过程中天然气的温度变化。

4.5.2。解决方案的最优功率流Multienergy

目前,牛顿迭代法主要用于解决问题,可分为统一解决方案法和溶液分解法(81年- - - - - -83年]。基于电力系统的功率流计算,统一解决方案方法以天然气系统和热力系统的变量扩展变量,并以统一的方式解决问题。解决统一的功率流模型的迭代过程通过牛顿迭代方法表达如下:

在哪里功率流方程的偏差值;雅可比矩阵;迭代次数;和系统的状态变量,其偏差值分别迭代;表示如下:

的对角元素 , ,和代表能量流之间的关系和个人电子的状态变量,天然气,和热系统,nondiagonal元素代表不同系统之间的耦合关系。

分解方法,也称为顺序解决方案方法,解决了功率流方程与天然气系统分开。在当前的功率流程序中,天然气的耦合节点系统和热力系统由PV节点或PQ节点。当解决天然气系统或热力学系统,节点耦合与其他系统相当于源节点或负载节点。

解决multienergy流的混合动力流问题,首先建立了相应的耦合模型,并采用不同的解决方法根据不同的应用场景。在[15),一个协作优化方法的自适应鲁棒日前能源储备提出了城市能源系统,证明了经济效益提出了自适应的健壮框架。切塞纳和Mancarella4]介绍了优化运行模型的智能multienergy地区受到内部能源网络,并考虑相关的不确定性。结果表明,集成网络的物理约束和不确定性的具体能源(如太阳能)减少该地区的灵活性。Nistor和安图内斯84年)提出了一种综合能源管理方法使用马尔可夫过程来减少能源成本,同时保持消费者的满意度。结果表明,该方法可以显著降低系统运行经济。

4.6。研究现状和存在的问题

针对electro-gas耦合系统的研究现状,主要有以下困难。

首先,原始系统的变换的基础上,现有的电力系统设备或天然气系统,和选择方案的正确性和经济考虑耦合关系需要进一步分析。因为现有的制度建设是很难想出了一套可扩展的和适用的扩张计划,很容易有问题,如大型投资和小收入。其次,electro-gas multienergy流动耦合的分析和计算系统仍处于研究的初级阶段,缺乏快速、准确、实用的方法。

因为电力系统和天然气系统是由不同的主题,是否有利益冲突和如何分配利益需要研究了博弈论和其他方法。它还有问题不同的科目是否会根据计划实施方案。此外,氢气或甲烷产生的多余电力的价格或通过P2G技术和可再生能源在电力系统是否允许氢气或甲烷直接转化为气体传输和分配管道天然气的主体仍然需要相关研究和调查。

天然气供应的可靠性和电力系统供应仍需进一步研究。单一的天然气供应的可靠性主要受管道和天然气存储容量能力。电力系统的可靠性主要由发电系统的可靠性,传输系统,配电系统,发电厂/变电站的主要电气连接。

一般来说,前辈们的操作需要考虑系统的动态特性,如管道传输的延迟,设备的非线性转换效率,和功率流约束非线性规划问题(4]。等传统算法序列二次规划(SQP)和原始对偶内点算法或智能算法,如粒子群优化(PSO)、遗传算法(GA),进化算法(EO)和强化学习(RL),用于解决非线性规划问题(85年,86年]。

5。结论

本文首先描述了基本结构和正式的综合能源系统的特点,并介绍了相关技术。本文系统地总结了multienergy耦合理论,经济分析,操作优化和最优控制操作,关注目前学术界和产业界关注的问题。物理设备建模的方法,建模、能源中心multienergy流计算,经济分析,耦合关系,和multienergy流最优解,并分析了从用户级三个层次,分别地方一级,和跨区域的水平。

考虑到综合能源系统能源革命中扮演了重要的角色,这还需要进一步的研究来实现大规模的吸收可再生能源和能源的有效利用。热门的研究问题包括:(1)的通用建模理论是分析和研究的基础理论。虽然理论系统的相关物理模型表示在前面的部分中,由于缺少深入研究控制规则和优化新设备在实际应用场景的特点,探索具有重要意义的通用建模理论综合的能源资源。如何体现multienergy系统的动态特性和如何构建适应性广的仿真平台仍需进一步研究。(2)能量存储系统可以实现单/双向转换和存储的电能和其他能源。储能技术的广泛应用,能源存储技术的动态响应特性,如蓄热、冷藏、电力存储和储气也应该考虑在系统操作。添加各种类型的能源存储系统的影响的规划和操作需要进一步探讨。(3)功率流计算multienergy流是一个重要的系统规划的基本工作,操作和控制。如何总结的一般数学表达式的功率流计算multienergy流,实现快速的解决方案模型需要进一步研究。multienergy的最佳功率流模型的混合整数非线性规划问题(适应)是通过使用相关的智能算法来解决。在优化过程中时间和空间的复杂性,仍然需要进一步的研究。(4)考虑的许多不确定性,这概率功率流和快速解决方案的建模方法需要改进相关的应用程序;由于不同的能量流动的动态响应特性,热网络的延迟和燃气加热传输管道需要研究;多目标优化问题,强大的非凸和multiuncertainty耦合需要有效地解决。此外,有大波动的风力涡轮机和太阳能的输出,和相关的不确定性需要充分考虑。(5)同时,市场机制和发展模式是理论发展的直接驱动力。有必要建立一个多层次的市场机制和交易结构,包括用户、multitype能源生产商,代理商和能源服务提供商。框架multienergy-coupled市场或分散的交易等需要进一步研究。根据实际情况,调整利益关系综合能源供应和能源服务集成,并建立未来的交易结构和操作模型能源市场仍有待进一步探讨。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持下批准号。51807179,51777193,51967001。

引用

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复杂性

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