Optimal Dispatch of Integrated Energy System with Hydrogen Considering Demand Response and Cascade Energy Utilization

GAO Yu; WANG Qi; CHEN Yan; YE Wenjie; LIU Gang; YIN Xintong

doi:10.7500/AEPS20220720003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimal Dispatch of Integrated Energy System with Hydrogen Considering Demand Response and Cascade Energy Utilization

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Dispatch of Integrated Energy System with Hydrogen Considering Demand Response and Cascade Energy Utilization
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 4, Pages: 51-59(2023)
- 作者机构：
  
  1.南京师范大学南瑞电气与自动化学院,江苏省南京市 210046
  2.江苏省综合能源设备及集成国际联合实验室,江苏省南京市 210046
  3.国电南瑞科技股份有限公司,江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Jiangsu Province Graduate Research and Practice Innovation Program(KYCX22_1619)
- DOI：10.7500/AEPS20220720003
  CLC：
- Received：20 July 2022，
  
  Revised：2022-09-20，
  
  Published Online：04 December 2022，
  
  Published：25 February 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
高玉,王琦,陈严等.考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度[J].电力系统自动化,2023,47(4):51-59.

GAO Yu,WANG Qi,CHEN Yan,et al.Optimal Dispatch of Integrated Energy System with Hydrogen Considering Demand Response and Cascade Energy Utilization[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):51-59.
高玉,王琦,陈严等.考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度[J].电力系统自动化,2023,47(4):51-59. DOI： 10.7500/AEPS20220720003.

GAO Yu,WANG Qi,CHEN Yan,et al.Optimal Dispatch of Integrated Energy System with Hydrogen Considering Demand Response and Cascade Energy Utilization[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):51-59. DOI： 10.7500/AEPS20220720003.

摘要

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气（P2G）工业园区运行能效，文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先，构建含P2G综合能源系统架构。其次，针对系统风电消纳问题，提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后，针对系统能效较低的问题，挖掘系统能量耦合及梯级利用关系，建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型，结合氢能实际使用需求，实现氢能高品位使用。最后，计及风电出力预测误差，以系统运行成本最小为目标，采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标，构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。

Abstract

In order to promote the grid-connected accommodation of offshore wind power and improve the operational energy efficiency of coastal industrial parks including power-to-gas (P2G)

an optimal dispatch method of integrated energy systems with P2G considering integrated demand response and cascade energy utilization is proposed. First

an integrated energy system architecture including P2G is constructed. Then

aiming at the accommodation of wind power in the system

an integrated demand response model combining multi-energy load reduction and transfer

as well as energy coupling conversion is proposed. In view of the low energy efficiency of the system

the energy coupling and cascade utilization relationship of the system is excavated

the cascade utilization model of each energy coupling device including P2G is established

and the high-grade use of hydrogen energy is realized in combination with the actual use demand of hydrogen energy. Finally

taking into account the forecast error of wind power output

aiming at the minimum operation cost of the system

and using the comprehensive energy utilization rate and carbon emission as quantitative indicators

a stochastic optimal dispatch model of the integrated energy system is constructed. The effectiveness of the proposed method is verified by the simulation cases.

关键词

Keywords

references

文劲宇，周博，魏利屾 . 中国未来电力系统储电网初探［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 7 ）： 1 - 10 .

WEN Jinyu ， ZHOU Bo ， WEI Lishen . Preliminary study on an energy storage grid for future power system in China ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 7 ）： 1 - 10 .

ZHANG X P ， SHAHIDEHPOUR M ， ALABDULWAHAB A ， et al . Hourly electricity demand response in the stochastic day-ahead scheduling of coordinated electricity and natural gas networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 592 - 601 .

田立亭，程林，李荣，等 . 基于加权有向图的园区综合能源系统多场景能效评价方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 22 ）： 6471 - 6483 .

TIAN Liting ， CHENG Lin ， LI Rong ， et al . A multi-scenario energy efficiency evaluation method for district multi-energy systems based on weighted directed graph ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 22 ）： 6471 - 6483 .

丁煜蓉，陈红坤，吴军，等 . 计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 2 ）： 64 - 73 .

DING Yurong ， CHEN Hongkun ， WU Jun ， et al . Multi-objective optimal dispatch of electricity-gas-heat integrated energy system considering comprehensive energy efficiency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 64 - 73 .

刘玮，万燕鸣，熊亚林，等 . 碳中和目标下电解水制氢关键技术及价格平准化分析［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 11 ）： 2888 - 2896 .

LIU Wei ， WAN Yanming ， XIONG Yalin ， et al . Key technology of water electrolysis and levelized cost of hydrogen analysis under carbon neutral vision ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 11 ）： 2888 - 2896 .

施泉生，丁建勇，晏伟，等 . 基于能量流含P2G电-热系统风电消纳优化运行［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 5 ）： 394 - 400 .

SHI Quansheng ， DING Jianyong ， YAN Wei ， et al . Optimal operation of wind power accommodation in electric-thermal system with P2G based on energy flow model ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 5 ）： 394 - 400 .

杨若浦，刘佳，曾平良，等 . 考虑多元异质源荷相关性的区域综合能源系统规划［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 31 - 39 .

YANG Ruopu ， LIU Jia ， ZENG Pingliang ， et al . Planning of regional integrated energy system considering correlation of multiple heterogeneous sources and loads ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 31 - 39 .

GÖTZ M ， LEFEBVRE J ， MÖRS F ， et al . Renewable power-to-gas： a technological and economic review ［J］. Renewable Energy ， 2016 ， 85 ： 1371 - 1390 .

孟冰冰，郭丰慧，胡林献，等 . 考虑天然气-电力耦合的多能源系统风电消纳分析［J］. 电力工程技术， 2019 ， 38 （ 6 ）： 2 - 8 .

MENG Bingbing ， GUO Fenghui ， HU Linxian ， et al . Wind abandonment analysis of multi-energy systems considering gas-electricity coupling ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2019 ， 38 （ 6 ）： 2 - 8 .

GUANDALINI G ， CAMPANARI S ， ROMANO M C . Power-to-gas plants and gas turbines for improved wind energy dispatchability： energy and economic assessment ［J］. Applied Energy ， 2015 ， 147 ： 117 - 130 .

卫志农，张思德，孙国强，等 . 计及电转气的电-气互联综合能源系统削峰填谷研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4601 - 4609 .

WEI Zhinong ， ZHANG Side ， SUN Guoqiang ， et al . Power-to-gas considered peak load shifting research for integrated electricity and natural-gas energy systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4601 - 4609 .

张儒峰，姜涛，李国庆，等 . 考虑电转气消纳风电的电-气综合能源系统双层优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5668 - 5678 .

ZHANG Rufeng ， JIANG Tao ， LI Guoqing ， et al . Bi-level optimization dispatch of integrated electricity-natural gas systems considering P2G for wind power accommodation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5668 - 5678 .

杨冬锋，徐扬，姜超 . 考虑多类型需求响应的电-热联合系统多时间尺度协调调度［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 10 ）： 282 - 289 .

YANG Dongfeng ， XU Yang ， JIANG Chao . Multiple time-scale coordinated scheduling of combined electro-thermal system considering multi-type demand response ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 10 ）： 282 - 289 .

王颖杰，詹红霞，杨孝华，等 . 考虑综合需求响应的电热系统调度［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 1 ）： 17 - 24 .

WANG Yingjie ， ZHAN Hongxia ， YANG Xiaohua ， et al . Optimal dispatching strategy of combined heat and power system considering integrated demand response ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 1 ）： 17 - 24 .

CHEN W D ， CHUA K J . Energy performance analysis and optimization of a coupled adsorption and absorption cascade refrigeration system ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 301 ： 117518 .

魏绍青，郝江平，胡和敏，等 . 协调余热与回热系统的热能梯级利用技术［J］. 热力发电， 2018 ， 47 （ 6 ）： 111 - 115 .

WEI Shaoqing ， HAO Jiangping ， HU Hemin ， et al . Thermal energy cascade utilization technology of coordinated waste heat and regenerative systems ［J］. Thermal Power Generation ， 2018 ， 47 （ 6 ）： 111 - 115 .

徐航，董树锋，何仲潇，等 . 考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 14 ）： 123 - 130 .

XU Hang ， DONG Shufeng ， HE Zhongxiao ， et al . Multi-energy cooperative optimization of integrated energy system in plant considering stepped utilization of energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 14 ）： 123 - 130 .

黄文焘，王萧博，邰能灵，等 . 电热微网能量耦合转换模型与梯级优化利用方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 21 ）： 6804 - 6815 .

HUANG Wentao ， WANG Xiaobo ， TAI Nengling ， et al . Energy coupling conversion model and cascade utilization method for microgrid with heat and power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 21 ）： 6804 - 6815 .

严毅，张承慧，李珂，等 . 含压缩空气储能的冷热电联供微网优化运行策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 23 ）： 6924 - 6936 .

YAN Yi ， ZHANG Chenghui ， LI Ke ， et al . The optimal operation strategy for hybrid combined cooling， heating and power microgrid with compressed air energy storage ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 23 ）： 6924 - 6936 .

丁剑，方晓松，宋云亭，等 . 碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 1 - 9 .

DING Jian ， FANG Xiaosong ， SONG Yunting ， et al . Conception of electricity and hydrogen integrated energy network for renewable energy transmission in Western China under background of carbon neutralization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 1 - 9 .

周军，李帅帅，周轩，等 . 储氢单元在天然气管网中的定容优化研究［J］. 全球能源互联网， 2022 ， 5 （ 2 ）： 138 - 146 .

ZHOU Jun ， LI Shuaishuai ， ZHOU Xuan ， et al . Study on the optimization of the constant capacity of the hydrogen storage unit in the natural gas pipeline network ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2022 ， 5 （ 2 ）： 138 - 146 .

张笑演，熊厚博，王楚通，等 . 基于最优出力区间和碳交易的园区综合能源系统灵活经济调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 72 - 83 .

ZHANG Xiaoyan ， XIONG Houbo ， WANG Chutong ， et al . Flexible economic dispatching of park-level integrated energy system based on optimal power output interval and carbon trading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 72 - 83 .

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 .

李东森，高赐威，赵明 . 计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 8 ）： 161 - 168 .

LI Dongsen ， GAO Ciwei ， ZHAO Ming . Capacity planning and operating strategy of heat accumulator for integrated energy system considering heat recovery of power-to-gas ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 8 ）： 161 - 168 .

李敬法，苏越，张衡，等 . 掺氢天然气管道输送研究进展［J］. 天然气工业， 2021 ， 41 （ 4 ）： 137 - 152 .

LI Jingfa ， SU Yue ， ZHANG Heng ， et al . Research progresses on pipeline transportation of hydrogen-blended natural gas ［J］. Natural Gas Industry ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 137 - 152 .

夏洪伟，李坤，韩丽 . 考虑风电预测误差的电-热系统混合时间尺度调度［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 17 ）： 86 - 96 .

XIA Hongwei ， LI Kun ， HAN Li . Hybrid time-scale dispatch of an electric-heating system considering wind power forecast error ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 17 ）： 86 - 96 .

薛志峰，刘晓华，付林，等 . 一种评价能源利用方式的新方法［J］. 太阳能学报， 2006 ， 27 （ 4 ）： 349 - 355 .

XUE Zhifeng ， LIU Xiaohua ， FU Lin ， et al . One new assessment method for the energy utilization manner ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2006 ， 27 （ 4 ）： 349 - 355 .

WANG Y ， ZHAO S Q ， ZHOU Z ， et al . Risk adjustable day-ahead unit commitment with wind power based on chance constrained goal programming ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2017 ， 8 （ 2 ）： 530 - 541 .

王贺武，欧阳明高，李建秋，等 . 中国氢燃料电池汽车技术路线选择与实践进展［J］. 汽车安全与节能学报， 2022 ， 13 （ 2 ）： 211 - 224 .

WANG Hewu ， OUYANG Minggao ， LI Jianqiu ， et al . Hydrogen fuel cell vehicle technology roadmap and progress in China ［J］. Journal of Automotive Safety and Energy ， 2022 ， 13 （ 2 ）： 211 - 224 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Optimal Day-ahead Scheduling for Integrated Energy System of Offshore Oil and Gas Field Considering Wind Power Integration

Multifaceted Day-ahead Low-carbon Trading Method for Integrated Energy Systems Based on Dynamic Electricity-Carbon Demand Response

Low-carbon Operation of Park-level Integrated Energy System Considering Shared Energy Storage Features of Electric Vehicles

Related Author

DENG Tingting

LIU Jing

XU Xiandong

LIU Longfei

ZHANG Lipei

JIA Hongjie

XIAO Shi

LI Yizhulin

Related Institution

State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology(Huazhong University of Science and Technology)

School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University

Clean Energy Branch of CNOOC Energy Technology & Services Company Limited

School of Electrical and Power Engineering, Taiyuan University of Technology

Marketing Service Center of State Grid Shanxi Electric Power Company

⁰