Optimal Dispatching of Integrated Energy System Considering Operation Flexibility Constraints

Xingquan JI; Jian LIU; Yumin ZHANG; Yixiao YU; Xueshan HAN; Xuan ZHANG

doi:10.7500/AEPS20211010003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimal Dispatching of Integrated Energy System Considering Operation Flexibility Constraints

Special Topic on Mechanism, Planning and Operation of Flexibility for Novel Power System | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Dispatching of Integrated Energy System Considering Operation Flexibility Constraints
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 16, Pages: 84-94(2022)
- 作者机构：
  
  1.山东科技大学电气与自动化工程学院，山东省青岛市 266590
  2.电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  This work are supported by National Natural Science Foundation of China(52107111);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2021QE117)
- DOI：10.7500/AEPS20211010003
  CLC：
- Received：10 October 2021，
  
  Revised：2022-01-04，
  
  Published Online：02 April 2022，
  
  Published：25 August 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
吉兴全,刘健,张玉敏等.计及运行灵活性约束的综合能源系统优化调度[J].电力系统自动化,2022,46(16):84-94.

JI Xingquan,LIU Jian,ZHANG Yumin,et al.Optimal Dispatching of Integrated Energy System Considering Operation Flexibility Constraints[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(16):84-94.
吉兴全,刘健,张玉敏等.计及运行灵活性约束的综合能源系统优化调度[J].电力系统自动化,2022,46(16):84-94. DOI： 10.7500/AEPS20211010003.

JI Xingquan,LIU Jian,ZHANG Yumin,et al.Optimal Dispatching of Integrated Energy System Considering Operation Flexibility Constraints[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(16):84-94. DOI： 10.7500/AEPS20211010003.

摘要

电-气-热互联的综合能源系统（IES）在能量传输过程中具有多时间尺度特征，且气-热网络动态特性蕴含着丰富的灵活性容量，充分挖掘IES潜在的灵活性可有效提高可再生能源的消纳水平。为此，提出了一种计及次小时尺度运行灵活性的IES优化调度模型。在分析净负荷变化区间内系统运行规律的基础上，推导了电力系统的灵活性需求和资源的数学表达。然后，分析气网和热网的动态特性，并分别建立了气网和热网提供运行灵活性的数学模型。基于此，构建了计及次小时尺度运行灵活性约束的综合能源系统优化调度模型，并将模型中的非线性项进行了线性化处理。最后，采用电-气-热IES 24-20-16系统进行算例分析，结果表明，气-热网络动态特性在短时间尺度内能够提高系统的灵活性，进而显著提升系统运行的经济性。

Abstract

The integrated energy system (IES) of electricity-gas-heat interconnection presents the characteristics of multiple time scales in the process of energy transmission

and the dynamic characteristics of the gas-heat network contain abundant flexible capacity. Fully tapping the potential flexibility of IES can effectively improve the consumption level of renewable energy. Thereby

an optimal dispatching model of IES considering the flexibility of sub-hourly-time-scale operation is proposed. Based on the analysis of the system operation regularity in the net load variation interval

the mathematical expression of power system flexibility demand and resources is derived. Then

the dynamic characteristics of gas network and heat network are analyzed

and the mathematical models of gas network and heat network which provide operation flexibility are established

respectively. Based on this

an optimal dispatching model of IES considering the flexibility constraints of sub-hourly-time-scale operation is constructed

and the nonlinear constraints in the model are linearized. Finally

the case studies on the modified electricity-gas-heat 24-20-16 bus system demonstrate that the dynamic characteristics of the gas-heat network can enhance the system flexibility in a short time scale and significantly improve the economy of system operation.

关键词

Keywords

references

李海波，鲁宗相，乔颖，等 . 大规模风电并网的电力系统运行灵活性评估［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 6 ）： 1672 - 1678 .

LI Haibo ， LU Zongxiang ， QIAO Ying ， et al . Assessment on operational flexibility of power grid with grid-connected large-scale wind farms ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 6 ）： 1672 - 1678 .

吉兴全，郝晴，张玉敏，等 . 分布不确定性条件下的 N <math id="M342"><mo>-</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=33533735&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=33533731&type= 2.20133328 2.11666679 k 分布鲁棒优化机组组合［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 56 - 64 .

JI Xingquan ， HAO Qing ， ZHANG Yumin ， et al . Unit commitment based on N <math id="M343"><mo>-</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=33533735&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=33533731&type= 2.20133328 2.11666679 k distributionally robust optimization under uncertain distribution ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 56 - 64 .

肖云鹏，王锡凡，王秀丽，等 . 面向高比例可再生能源的电力市场研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 3 ）： 663 - 674 .

XIAO Yunpeng ， WANG Xifan ， WANG Xiuli ， et al . Review on electricity market towards high proportion of renewable energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 663 - 674 .

WANG Y L ， WANG Y D ， HUANG Y J ， et al . Operation optimization of regional integrated energy system based on the modeling of electricity-thermal-natural gas network ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 251 ： 113410 .

MU Y F ， CHEN W Q ， YU X D ， et al . A double-layer planning method for integrated community energy systems with varying energy conversion efficiencies ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 279 ： 115700 .

鲁宗相，李海波，乔颖 . 高比例可再生能源并网的电力系统灵活性评价与平衡机理［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 9 - 20 .

LU Zongxiang ， LI Haibo ， QIAO Ying . Flexibility evaluation and supply/demand balance principle of power system with high-penetration renewable electricity ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 9 - 20 .

张高航，李凤婷 . 计及源荷储综合灵活性的电力系统日前优化调度［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 12 ）： 159 - 167 .

ZHANG Gaohang ， LI Fengting . Day-ahead optimal scheduling of power system considering comprehensive flexibility of source-load-storage ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 159 - 167 .

黄鹏翔，周云海，徐飞，等 . 基于灵活性裕度的含风电电力系统源荷储协调滚动调度［J］. 中国电力， 2020 ， 53 （ 11 ）： 78 - 88 .

HUANG Pengxiang ， ZHOU Yunhai ， XU Fei ， et al . Source-load-storage coordinated rolling dispatch for wind power integrated power system based on flexibility margin ［J］. Electric Power ， 2020 ， 53 （ 11 ）： 78 - 88 .

汤翔鹰，胡炎，耿琪，等 . 考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 4 ）： 81 - 90 .

TANG Xiangying ， HU Yan ， GENG Qi ， et al . Multi-time-scale optimal scheduling of integrated energy system considering multi-energy flexibility ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 81 - 90 .

CLEGG S ， MANCARELLA P . Integrated electrical and gas network flexibility assessment in low-carbon multi-energy systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2015 ， 7 （ 2 ）： 718 - 731 .

CORREA-POSADA C M ， SÁNCHEZ-MARTÍN P . Integrated power and natural gas model for energy adequacy in short-term operation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 6 ）： 3347 - 3355 .

ZHAO Y N ， XU X D ， QADRDAN M ， et al . Optimal operation of compressor units in gas networks to provide flexibility to power systems ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 290 ： 116740 .

LI X ， LI W M ， ZHANG R F ， et al . Collaborative scheduling and flexibility assessment of integrated electricity and district heating systems utilizing thermal inertia of district heating network and aggregated buildings ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 258 ： 114021 .

GU W ， WANG J ， LU S ， et al . Optimal operation for integrated energy system considering thermal inertia of district heating network and buildings ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 199 ： 234 - 246 .

王明军，穆云飞，孟宪君，等 . 考虑热能输运动态特性的电-热综合能源系统优化调度方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 1 ）： 132 - 142 .

WANG Mingjun ， MU Yunfei ， MENG Xianjun ， et al . Optimal scheduling method for integrated electro-thermal energy system considering heat transmission dynamic characteristics ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 132 - 142 .

SHAO C Z ， DING Y ， WANG J H ， et al . Modeling and integration of flexible demand in heat and electricity integrated energy system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 1 ）： 361 - 370 .

CHEN X Y ， KANG C Q ， O’MALLEY M ， et al . Increasing the flexibility of combined heat and power for wind power integration in China： modeling and implications ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 1848 - 1857 .

CHEN X ， WANG C F ， WU Q W ， et al . Optimal operation of integrated energy system considering dynamic heat-gas characteristics and uncertain wind power ［J］. Energy ， 2020 ， 198 ： 117270 .

董帅，王成福，徐士杰，等 . 计及网络动态特性的电-气-热综合能源系统日前优化调度［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 12 - 19 .

DONG Shuai ， WANG Chengfu ， XU Shijie ， et al . Day-ahead optimal scheduling of electricity-gas-heat integrated energy system considering dynamic characteristics of networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 12 - 19 .

徐箭，胡佳，廖思阳，等 . 考虑网络动态特性与综合需求响应的综合能源系统协同优化［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 12 ）： 40 - 48 .

XU Jian ， HU Jia ， LIAO Siyang ， et al . Coordinated optimization of integrated energy system considering dynamic characteristics of network and integrated demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 40 - 48 .

孙维佳，王琦，汤奕，等 . 考虑气热惯性的综合能源系统备用配置方案［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 15 ）： 11 - 20 .

SUN Weijia ， WANG Qi ， TANG Yi ， et al . Reserve allocation scheme of integrated energy system considering gas and thermal inertia ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 15 ）： 11 - 20 .

张利，杨建，菅学辉，等 . 考虑次小时尺度运行灵活性的含储能机组组合［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 16 ）： 48 - 56 .

ZHANG Li ， YANG Jian ， JIAN Xuehui ， et al . Unit commitment with energy storage considering operation flexibility at sub-hourly time-scales ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 16 ）： 48 - 56 .

LI Z G ， WU W C ， WANG J H ， et al . Transmission-constrained unit commitment considering combined electricity and district heating networks ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 2 ）： 480 - 492 .

QADRDAN M ， WU J Z ， JENKINS N ， et al . Operating strategies for a GB integrated gas and electricity network considering the uncertainty in wind power forecasts ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2013 ， 5 （ 1 ）： 128 - 138 .

胡源，别朝红，李更丰，等 . 天然气网络和电源、电网联合规划的方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 45 - 54 .

HU Yuan ， BIE Zhaohong ， LI Gengfeng ， et al . Integrated planning of natural gas network and composite power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 45 - 54 .

HE C ， WU L ， LIU T Q ， et al . Robust co-optimization planning of interdependent electricity and natural gas systems with a joint N -1 and probabilistic reliability criterion ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 2140 - 2154 .

DE WOLF D ， SMEERS Y . The gas transmission problem solved by an extension of the simplex algorithm ［J］. Management Science ， 2000 ， 46 （ 11 ）： 1454 - 1465 .

LI Z G ， WU W C ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Combined heat and power dispatch considering pipeline energy storage of district heating network ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 12 - 22 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Review on Energy-Logistics Coupled Optimal Dispatching Models and Methods for Port

Optimal Dispatching of Park-level Integrated Energy System Considering Augmented Carbon Emission Flow and Carbon Trading Bargain Model

Flexibility of Integrated Energy System: Basic Connotation, Mathematical Model and Research Framework

Multi-objective Optimal Dispatching for Active Distribution Network Considering Park-level Integrated Energy System

Multi-time-scale Optimal Scheduling of Integrated Energy System Considering Multi-energy Flexibility

Related Author

LI Hao

TAI Nengling

YU Moduo

WANG Jie

HUANG Wentao

HUANG Yiwen

ZHANG Xiaoyan

WANG Luyu

Related Institution

School of Smart Energy, Shanghai Jiao Tong University

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion (Ministry of Education)

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

Straits Institute of Minjiang University

School of Electrical Engineering, Southeast University

⁰