考虑能源重复转换的综合能源系统经济运行

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2018.12.006

摘要/Abstract

摘要： 在综合能源系统中引入电转气（power to gas，P2G）设备加强了电力和天然气网络间的耦合，减少了弃风弃光现象，但也使可再生能源在进行优化调度时发生能源重复转换，降低用能效率，产生能源损耗。在此背景下，提出了一种减少能源重复转换的双层优化调度模型，引入KKT条件将双层模型转化为单层模型，优化得到了协调各转换设备的调度运行计划及系统最小运行成本。在算例中采用4种不同的典型场景对系统进行验证，结果表明：所提优化调度模型能够在提高可再生能源消纳的情况下，降低系统运行成本，提高用能效率，与未考虑能源重复转换的传统调度模型相比经济性有显著提高。

关键词: 综合能源系统, 能源集线器, 优化调度, 能源重复转换, 双层优化

Abstract: The introduction of P2G （power to gas） equipment into integrated energy systems has strengthened the coupling between electricity and natural gas networks, reduced the abandonment of wind power, but also reduced to a certain extent the optimization of renewable energy sources in energy hubs. Energy conversion occurs during dispatch, which reduces the energy efficiency and generates energy losses. In this context, a two-layer optimization scheduling model is proposed to reduce the repetitive conversion of energy sources. The KKT condition is used to convert the two-layer model into a single-layer model, and the scheduling operation schedule of the conversion equipment and the minimum operating cost of the system are optimized.Finally, four different typical scenarios are used to verify the system in the example. The results show that the proposed optimized scheduling model can reduce the operating cost of the system and improve the energy efficiency. The scheduling model that considers repeated energy conversions has significantly improved economics

Key words: integrated energy system, energy hub, optimal dispatch, repeated energy conversion, two-layer optimization

中图分类号:

TM 73

冯麒铭，刘继春，杨阳方，谭心怡，尹龙，孙宁杰. 考虑能源重复转换的综合能源系统经济运行[J]. 电力建设, 2018, 39(12): 47-54.

FENG Qiming, LIU Jichun, YANG Yangfang，TAN Xinyi，YIN Long，SUN Ningjie. Economic Operation of an Integrated Energy System Considering Repeated Conversion of Energy Sources Within an Energy Hub[J]. Electric Power Construction, 2018, 39(12): 47-54.

参考文献

［1］贾宏杰，穆云飞，余晓丹. 对我国综合能源系统发展的思考［J］.电力建设，2015，36（1）：16-25.
JIA Hongjie，MU Yunfei，YU Xiaodan. Thought about the integrated energy system in China［J］. Electric Power Construction，2015，36（1）：16-25.
［2］吉平，周孝信，宋云亭，等. 区域可再生能源规划模型述评与展望［J］. 电网技术，2013，37（8）：2071-2079.
JI Ping，ZHOU Xiaoxin，SONG Yunting，et al. Review and prospect of regional renewable energy planning models［J］. Power System Technology，2013，37（8）：2071-2079.
［3］吴建中. 欧洲综合能源系统发展的驱动与现状［J］. 电力系统自动化，2016，40（5）：1-7.
WU Jianzhong. Drivers andstate-of-the-art of integrated energy system in Europe［J］. Automation of Electric Power Systems，2016，40（5）：1-7.
［4］王旭辉. 国网部署向综合能源服务商转型［N］. 中国能源报，2017-12-11（021）.
WANG Xunhui. State Grid deployment to integrated energy service provider transformation［N］. China Energy News，2017-12-11（021）.
［5］GEIDL M，KOEPPEL G，FAVRE-PERROD P，et al. Energy hubs for the future［J］. IEEE Power and Energy Magazine，2007，5（1）：24-30.
［6］KRAUSE T，ANDERSSON G，FROHLICH K，et al. Multiple-energy carriers：Modeling of production，delivery，and consumption［J］. Proceeding of the IEEE，2011（1）:15-27.
［7］王毅，张宁，康重庆. 能源互联网中能量枢纽的优化规划与运行研究综述及展望［J］. 中国电机工程学报，2015，35（22）：5669-5681.
WANG Yi，ZHANG Ning，KANG Chongqing. Review and prospect of optimal planning and operation of energy hub in energy internet［J］. Proceedings of the CSEE，2015，35（22）：5669-5681.
［8］熊焰，吴杰康，王强，等. 风光气储互补发电的冷热电联供优化协调模型及求解方法［J］.中国电机工程学报，2015，35（14）：3616-3625.
XIONG Yan，WU Jiekang，WANG Qiang，et al. An optimization coordination model and solution for combined cooling，heating and electric power systems with complimentary generation of wind，PV，gas and energy storage［J］. Proceedings of the CSEE，2015，35（14）：3616-3625.
［9］刘涤尘，马恒瑞，王波，等. 含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化［J］. 电力系统自动化，2018，42（4）：113-120，141.
LIU Dichen，MA Hengrui，WANG Bo，et al. Operation optimization of regional integrated energy system with CCHP and energy storage system［J］. Automation of Electric Power Systems，2018，42（4）：113-120，141.
［10］陈沼宇，王丹，贾宏杰，等. 考虑P2G多源储能型微网日前最优经济调度策略研究［J］. 中国电机工程学报，2017，37（11）：3067-3077.
CHEN Zhaoyu，WANG Dan，JIA Hongjie，et al. Research on optimal day-ahead economic dispatching strategy for microgrid considering P2G and multi-source energy storage system［J］. Proceeding of the CSEE，2017，37（11）：3067-3077.
［11］李杨，刘伟佳，赵俊华，等. 含电转气的电-气-热系统协同调度与消纳风电效益分析［J］. 电网技术，2016，40（12）：3680-3689.
LI Yang，LIU Weijia，ZHAO Junhua，et al. Optimal dispatch of combined electricity-gas-heat energy systems with power-to-gas devices and benefit analysis of wind power accommodation［J］. Power System Technology，2016，40（12）：3680-3689.
［12］郝然，艾芊，朱宇超，等. 基于能源集线器的区域综合能源系统分层优化调度［J］. 电力自动化设备，2017，37（6）：171-178.
HAO Ran，AI Qian，ZHU Yuchao，et al. Hierarchial optimal dispatch based on energy hub for regional integrated energy system［J］. Electric Power Automation Equipment，2017，37（6）：171-178.
［13］胡浩，王英瑞，曾博，等. 基于CVaR理论的综合能源系统经济优化调度［J］. 电力自动化设备，2017，37（6）：209-219.
HU Hao，WANG Yingrui，Zeng Bo，et al. CVaR-based economic optimal dispatch of integrated energy system［J］. Electric Power Automation Equipment，2017，37（6）：209-219.
［14］徐业琰，彭思成，廖清芬，等，考虑用户互补聚合响应与热能传输延时的综合能源园区运营商两阶段短期优化调度［J］. 电力自动化设备，2017，37（6）：152-163.
XU Yeyan，PENG Sicheng，LIAO Qingfen，et al. Two-stage short-term optimal dispatch of MEP considering CAUR and HTTD［J］. Electric Power Automation Equipment，2017，37（6）：152-163.
［15］周亦洲，孙国强，黄文进，等. 多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型［J］.中国电机工程学报，2017，37（23）：6780-6790
ZHOU Yizhou，SUN Guoqiang，HUANG Wenjin，et al. Optimized multi-regional integrated energy coordinated scheduling of a virtual power plant［J］.Proceedings of the CSEE，2017，37（23）：6780-6790.
［16］姜子卿，郝然，艾芊. 基于冷热电多能互补的工业园区互动机制研究［J］. 电力自动化设备，2017，37（6）：260-267.
JIANG Ziqing，HAO Ran，AI Qian. Interaction mechanism of industrial park based on multi-energy complementation［J］. Electric Power Automation Equipment，2017，37（6）：260-267.
［17］卫志农，张思德，孙国强，等. 基于碳交易机制的电-气互联综合能源系统低碳经济运行［J］. 电力系统自动化，2016，40（15）：9-16.
WEI Zhinong，ZHANG Side，SUN Guoqiang，et al. Carbon trading baesd low-carbon economic operation for integrated electricity and natural gas energy system［J］. Automation of Electric Power Systems，2016，40（15）：9-16.
［18］瞿凯平，黄琳妮，余涛，等. 碳交易机制下多区域综合能源系统的分散调度［J］. 中国电机工程学报，2018，38（3）：697-707.
QU Kaiping，HUANG Linni，YU Tao，et al. Decentralized dispatch of multi-area integrated energy systems with carbon trading ［J］. Proceeding of the CSEE，2018，38（3）：697-707.
［19］王成山，洪博文，郭力，等. 冷热电联供优化调度通用建模方法［J］. 中国电机工程学报，2013，33（31）：26-33.
WANG Chengshan，HONG Bowen，GUO Li，et al. A general modeling method for optimal dispatch of combined cooling，heating and power microgrid［J］. Proceeding of the CSEE，2013，33（31）：26-33.
［20］MADRIGAL M, QUINTANA A D. Semidefinite programming relaxations for {0,1}-power dispatch problems ［C］//IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, July 18-22,1999, Edmonton, Alta, Canada.1999: 697-702.
［21］杨正清，汪震，展肖娜，等. 考虑风电有功主动控制的两阶段系统备用双层优化模型［J］. 电力系统自动化，2016，40（10）：31-37.
YANG Zhengqing，WANG Zhen，ZHAN Xiaona，et al. Bi-level optimization model of two-stage reserve scheduling with proactive wind power control［J］. Automation of Electric Power Systems，2016，40（10）：31-37.

[1]	张卫国, 陈良亮, 成海生, 付蓉, 季娟. 基于电动汽车供电资源态势感知的台区负荷弹性调度策略[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 48-56.
[2]	朱旭, 杨军, 李高俊杰, 董旭柱, 刘首文. 计及虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度策略[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 99-110.
[3]	尚慧玉, 林鸿基, 李忠憓, 赵宏伟, 陈明辉, 阳曾, 文福拴. 计及不确定性的移动应急电源鲁棒优化调度[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 111-119.
[4]	张浩禹，邱晓燕，周晟锐，赵有林，李凌昊，张楷 . 基于机会约束目标规划的多电-气互联综合能源系统分布式优化模型[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 82-91.
[5]	魏震波，任小林，黄宇涵. 考虑综合需求侧响应的区域综合能源系统多目标优化调度[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 92-99.
[6]	陈曦，徐青山，杨永标. 考虑风电不确定性的CCHP型微网日前优化经济调度[J]. 电力建设, 2020, 41(6): 107-113.
[7]	苏俊妮，张鑫，赵俊炜，张锐，曲明辉，杨艳红. 计及需求响应和储能的电-气综合能源系统优化调度[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 1-8.
[8]	林紫菡，蒋晨威，陈明辉，尚慧玉，赵宏伟，阳曾，王一铮，文福拴. 计及柔性负荷的综合能源系统低碳经济运行[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 9-18.
[9]	李鹏，杨莘博，李慧璇，田春筝，李锰，谭忠富. 计及多能源多需求响应手段的园区综合能源系统优化调度模型[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 45-57.
[10]	郇嘉嘉，肖勇，陆文升，刘洪，彭家颖，潘险险，李吉峰. 基于复杂网络理论的区域综合能源系统可靠性评估[J]. 电力建设, 2020, 41(4): 1-9.
[11]	王李龑，许强，黄开艺，吴健，艾芊，张亚新，贾轩. 计及新能源及负荷不确定性的多能微网系统两阶段随机规划方法[J]. 电力建设, 2020, 41(4): 100-108.
[12]	付建民，杨斌，王小君，孙庆凯，张义志，和敬涵，张放. 考虑建筑储能特性的高铁站综合能源系统规划方法[J]. 电力建设, 2020, 41(3): 13-22.
[13]	史晨豪，唐忠，魏敏捷，李征南，陈寒. 基于数据驱动的配电网光伏双层优化调控策略[J]. 电力建设, 2020, 41(3): 62-70.
[14]	刘明华，刘文霞，刘晨苗，刘宗歧，李守强，张鹤，闫浩，朴折勇. 电极式锅炉参与电网调频服务下供热系统日前优化调度[J]. 电力建设, 2020, 41(1): 1-2.
[15]	耿琪，胡炎，何建宗，周永言，赵伟. 基于纳什谈判的区域综合能源系统运行优化[J]. 电力建设, 2020, 41(1): 114-125.