基于扩展EnergyHub的综合能源系统通用建模、仿真及安全性分析理论研究

Integrated energy system (IES) includes energy grid and terminal multi-energy units. It is an important technique with many good prospects and has been paid much more attention in the global energy fields, since it can improve the traditional and sustainable energy efficiency, boost the renewable energy development, increase the efficiency of society utilities, improve the stability of energy supply, etc. However, it can not be widely applied today because there is not suitable unique modeling and stability analysis theory. We will try to solve this problem in this project. And, the following works will be carried on: 1. Dynamic components will be added to the traditional energy hub model so as to expand it to a unique model suitable for IES system. The new model is called extended energy hub model (EEHM). It can properly describe dynamics of the energy grid and terminal multi-energy unit of IES system. EEHM modeling theory and determining method will be explored and provided by this project. 2. Based on EEHM model, IES's digital and physical simulation theory will be provided. And, practical simulation algorithms and program will be developed so that it can be used to explore the operational mechanism of IES system. 3. Theory of IES's security/stability analysis and operational optimization will be built. And, the key point is to properly consider the influence of the partial differential dynamic parts and time-delayed parts in the EEHM model. 4. Theoretical results of this project should be validated and improved through experiment or practical applications. Aim of this project is to provide a whole solution to such problems of IES system, including unique modeling, simulation methodology, security/stability analysis and operational optimization. Research of this project is helpful to improve the technique of integrated energy system and to boost its application.

综合能源系统对提高社会能源利用效率、促进可再生能源规模化开发、提高社会基础设施利用率、提高能源供应安全和实现我国节能减排目标都具有重要意义，已成为国际能源领域重要的战略研究方向。但其通用建模和安全分析理论的缺失，已成为其推广应用的严重障碍，本项目希望通过深入研究来破解这一难题，主要研究包括：1）通过在原有模型中增加反映能源网和终端能源单元动态的环节，形成描述综合能源系统的扩展Energy Hub (EEHM)通用模型，并提供实用构建方法；2）基于EEHM模型，形成可科学描述综合能源系统动态运行规律的综合仿真理论与仿真方法；3）在科学考虑EEHM模型中偏微分动态和时滞环节影响基础上，构建综合能源系统安全稳定性和运行优化理论；4）将研究成果在实际系统中加以应用。通过本项目研究，希望建立起综合能源系统的通用建模、综合仿真、安全性分析与运行优化的系统理论，为其大范围推广应用提供理论支持和技术保障。

本项目意在研究综合能源系统的通用建模、综合仿真、稳定分析和运行优化相关理论与关键技术，为综合能源系统的推广应用提供支持。经过四年深入研究，项目在如下方面形成了创新成果：.1) 在综合能源系统通用建模理论与方法研究方面：提出了多种综合能源系统的通用模型，包括改进的Energy Hub静态和动态模型、改进能效电厂模型，并给出了上述模型的构建方法和参数辨识理论与方法。.2) 在综合能源系统综合仿真理论与方法研究方面：提出了多种综合能源系统仿真分析算法，包括多能源系统潮流和最优潮流理论与计算方法，多能源系统动态仿真理论与计算方法，多能源系统优化调度理论与计算方法，多能源系统需求响应技术与分析方法等，可对综合能源系统进行深入研究和分析计算。.3) 在综合能源系统安全稳定性与运行优化研究方面：提出了多种综合能源系统稳定性分析方法，包括多能源系统的时滞稳定性理论与分析方法，多能源系统的可靠性及风险分析方法，多能源系统的安全性和稳定性改善措施及方法等，对保证综合能源系统稳定运行起到重要支撑作用。.4) 项目还在综合能源系统的储能优化配置、多能互补调控及负荷需求响应技术、电动汽车快速充电站的优化配置技术、利用多能互补手段提高电力系统运行安全性等方面，取得重要研究进展。.通过研究，本项目共发表学术论文73篇(含已录用，并被在线刊出的论文)，其中：被SCI和EI双检论文29篇(含待检)、被SCI检索论文3篇、被EI检索论文38篇；共申请发明专利16项，1项已获授权；先后参加各类重要学术会议13次，取得很好的交流效果。各项研究工作，均达到预期目标。