基于数据驱动的电-气互联综合能源系统状态估计研究

Electricity-gas integrated energy system would positively contribute to the accommodation of intermittent renewable energy, the improvement of energy utilization efficiency, and the construction of low-carbon energy systems. However, state estimation, which represents the foundation of energy management system, has not fully exploited to electricity-gas integrated energy systems. As such, this project aims to propose research on data-driven based state estimation for electricity-gas integrated energy systems. Firstly, we propose a multi-stage stochastic optimal measurement placement for the integrated energy system. Then, data-driven based state estimation is designed for both electrical and gas systems, where real-time power system situation awareness and accurate estimation of gas system parameters and operation conditions can be achieved. Finally, we propose an asynchronous and adaptive approach for the integrated energy system coordinated state estimation. This project will hopefully provide theoretical support for the integrated energy system situation awareness, operations, and control.

电-气互联综合能源系统为间歇性新能源消纳、提高能源利用效率及构建低碳能源系统带来了新的机遇。然而，作为能量管理系统的基石，当前状态估计在综合能源系统领域的研究仍相对匮乏。为此，本项目提出基于数据驱动的电-气互联综合能源系统状态估计研究。首先，提出基于多阶段随机优化的综合能源系统最优量测配置，为后续数据驱动状态估计提供数据支撑；接着，提出基于数据驱动的电力系统和天然气系统状态估计方法，以实现电力系统实时态势感知和天然气系统精确的参数与状态估计；最后，提出综合能源系统异步自适应融合估计方法，通过有限边界信息交互实现系统动态过程的快速精准感知。本项目的开展有望为综合能源系统的态势感知及运行控制提供技术支撑。

当前世界范围内日益增长的能源需求与环境生态保护之间矛盾凸显，提高能源利用效率，寻求替代性新能源已成为世界各国能源变革的必经之路。美国能源信息管理局(Energy Information Administration, EIA)于 2017 年 9 月发布的世界能源展望中提及，2015-2040 年间世界范围内及我国电力供应将发生两方面的转变：1) 新能源发电占比大幅提高；2) 燃气轮机发电量逐步增加。.当天然气系统难以为燃气轮机提供可靠的天然气供应时，易威胁电力系统的安全性；另一方面，当电力系统短时间内净负荷大范围波动以及加压站电力供应中断时，同样会影响天然气系统安全运行。为规避电力系统与天然气系统深度耦合造成的运行风险，运行中电力系统(天然气)调度人员需获知天然气系统(电力系统)实时运行状态，因而迫切需要解决电力系统与天然气系统之间的“信息孤岛”问题。在此背景下，本项目拟提出基于数据驱动的综合能源系统状态估计，以实现电-气互联综合能源系统的快速精准态势感知。本项目的研究有望为综合能源系统的能量管理[8]提供有力的技术支撑，促进电力、能源及大数据等学科的交叉与融合。.项目拟解决的关键科学问题包括三点：1) 综合能源系统多阶段量测最优配置; 2) 基于数据驱动的电力系统与天然气系统状态估计 ; 3) 电力系统与天然气系统异步自适应融合估计。