多能协同综合能源系统通用建模及优化运行理论研究

With the advantage of improving energy efficiency, emission reduction and promoting renewable energy accommodation, integrated energy systems have become a hot research in the international energy field, and the important research direction of energy development in China. But the related theories and optimal operation methods need to be perfected. Focused on the theme of improving energy efficiency and the accommodation of large-scale renewable energy, this project develops the research on unified modeling, interactive influences and theories of optimal operation related to integrated energy systems. Firstly, establish the unified models of the integrated energy systems, and research the energy flow calculation models and methods under different application scenarios. Then, analyze the coupling effects between the different energy networks and the complementary mechanism of different energy demand sides. Modeling the uncertainties of the integrated energy systems under the condition of large-scale renewable energy integration. Finally, provide efficient energy optimal scheduling methods under different application scenarios for integrated energy system. This project provides theoretical basis for the analysis of the integrated energy systems, achieving the coordinated complementary, efficient and cleaning utilization for energy sources, and then provide technical supports for its practical application and operation.

多能协同综合能源系统由于其对提升能源利用效率、促进可再生能源消纳、提高基础设施利用率、实现减排目标等方面的积极作用，已成为能源领域研究的热点问题。本项目将紧密围绕提高能源利用效率和促进可再生能源消纳这一主题，开展多能协同综合能源系统通用化建模、交互性分析及优化运行理论与方法的研究。首先，构建多能协同综合能源系统通用化的建模方法，研究不同系统规模与应用场景下的能量潮流计算模型与方法；然后，剖析多能源网络之间耦合效应与多能源需求侧互补机理，并在大规模可再生能源接入情况下，对综合能源系统的不确定性进行建模；最后，研究多应用场景下的综合能源系统优化运行模式，为综合能源系统高效运行提供有效的能量调度方法。本项目的研究成果将为综合能源系统实现多能源协调互补、高效和清洁化利用，提供理论依据和技术支撑。

随着综合能源系统的发展，不同能源网络耦合程度的愈发紧密为多能源协同的研究带来了机会和挑战。本项目针对如何提高能源利用效率和促进可再生能源消纳这一问题，开展了多能协同综合能源系统领域的研究，完善相关理论与优化运行方法。. 项目的主要研究内容和完成情况包括：（1）基于各能源系统的耦合，建立了电转气(power-to-gas, P2G)技术、联合循环燃气轮机(combined-cycle gas turbine, CCGT)以及CHP机组、电锅炉等耦合元件的等值模型，并基于电、气、热系统的拓扑结构，研究各能源网络通用模型。（2）针对电力系统中风电的不确定性以及区域供热系统的动态特性，提出电-热综合能源系统的优化调度模型。针对电力和天然气系统参数数量级等存在的差异，基于电转气技术提出电-气综合能源系统双层优化调度模型。综合电、气、热系统特性，将碳排放成本考虑到最优能量流模型中，提出电-气-热综合能源系统优化调度模型。（3）考虑不同能源系统交互影响的不确定性，探究了电-气综合能源系统静态安全控制策略，并提出一种改善电-气综合能源系统薄弱节点电压和气压的有效措施。对电、气、热三网融合的综合能源系统静态N-1安全性进行两种耦合元件控制模式的对比，并验证保护控制模式的优势。综合考虑园区内各元件模型，计及电、冷、热多种能源约束，提出考虑建筑供冷区域储能特性的工业园区综合能源系统日前优化调度模型。（4）考虑热网的传输延迟特性对应的储能特性，利用鲁棒优化的强保守性，提出电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型，提高风电消纳能力的同时保证系统运行的安全性。当系统出现功率或流量的随机波动时，会导致能量流的改变，针对这一情况，提出基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流计算方法，对概率能量流进行准确的计算。. 本项目积极探索了各能源系统交互影响的背景下多能协同综合能源系统经济调度以及安全控制的相关问题，研究了计及风电不确定性以及系统动态特性的多能协同综合能源系统通用建模及优化运行方法，为综合能源系统安全、经济、环保的协调运行提供了理论支撑和决策依据。