综合能源系统多时间尺度动态时域仿真关键技术

近年来,为实现多种能源互补共济与高效利用,集电、热、气于一体的综合能源系统在世界范围内得到了广泛的关注。高效、精确的多时间尺度动态时域仿真是支撑综合能源系统运行和控制的关键技术。文中以综合能源系统动态建模仿真为研究对象,首先介绍了典型综合能源系统的结构与动态过程。然后,从基础模型、仿真技术、数值计算3个关键点介绍了综合能源系统动态建模仿真技术所取得的研究进展,主要包括多能耦合通用建模理论、分区多速率仿真技术、异质能源网络高效数值计算实现方法。在此基础上,讨论了现有研究中仍需解决的关键难题,如变工况动态建模、多速率分区接口处理、数值求解格式选取等问题。最后,对未来综合能源系统动态建模仿真关键技术的研究方向与应用前景进行了展望。     

新一代信息能源系统：能源互联网

“互联网+”技术正逐渐渗透能源行业,并推动智能电网与能源网深度融合。从多耦合能量流的随机动态特性、广域互联网信息资源的整合能力、能量-信息流的互作用特性3个方面分析智能电网与能源网融合背景下,能源互联网所构建的新一代信息能源系统（CES）的形态特征;并以CES建模、系统分析方法、控制方法3个核心技术为对象,概述CES在智能电网中的发展概况,进而提出相关核心技术在新一代CES中的发展挑战。     

新一代信息能源系统：能源互联网

“互联网+”技术正逐渐渗透能源行业,并推动智能电网与能源网深度融合。从多耦合能量流的随机动态特性、广域互联网信息资源的整合能力、能量-信息流的互作用特性3个方面分析智能电网与能源网融合背景下,能源互联网所构建的新一代信息能源系统（CES）的形态特征;并以CES建模、系统分析方法、控制方法3个核心技术为对象,概述CES在智能电网中的发展概况,进而提出相关核心技术在新一代CES中的发展挑战。     

新一代信息能源系统：能源互联网

“互联网+”技术正逐渐渗透能源行业,并推动智能电网与能源网深度融合。从多耦合能量流的随机动态特性、广域互联网信息资源的整合能力、能量-信息流的互作用特性3个方面分析智能电网与能源网融合背景下,能源互联网所构建的新一代信息能源系统（CES）的形态特征;并以CES建模、系统分析方法、控制方法3个核心技术为对象,概述CES在智能电网中的发展概况,进而提出相关核心技术在新一代CES中的发展挑战。     

新一代信息能源系统：能源互联网

"互联网+"技术正逐渐渗透能源行业,并推动智能电网与能源网深度融合。从多耦合能量流的随机动态特性、广域互联网信息资源的整合能力、能量-信息流的互作用特性3个方面分析智能电网与能源网融合背景下,能源互联网所构建的新一代信息能源系统(CES)的形态特征;并以CES建模、系统分析方法、控制方法 3个核心技术为对象,概述CES在智能电网中的发展概况,进而提出相关核心技术在新一代CES中的发展挑战。     

综合能源系统多时间尺度优化调度∗

为提高综合能源系统的可再生能源消纳能力,提出一种基于多时间尺度的综合能源系统经济调度模型.综 合考虑经济成本、环保及设备运行成本,建立了以综合成本最低为目标函数的最优经济调度模型.在日内阶段,根据 可再生能源预测误差,考虑蓄电池与碳捕集系统一起对运行计划进行实时修正,并校验补偿效果.通过对某工业园区 的算例仿真,验证了所提出的方案具有较强的削峰填谷能力,并且对可再生能源功率波动具有较好的平抑效果.     

电网多时间尺度接纳可再生能源能力评估指标体系

以风光为代表的非水可再生能源发电出力具有波动性和随机性,这使得电网在日常调度中将风光发电出力视为负负荷,系统内风光比例的增多会增加不可控因素,使得电网接纳风光发电能力受到限制。限制因素包括电网调峰能力、电网调频能力、风光出力特性、负荷特性、电网外送通道等,构建电网接纳可再生能源能力评估指标可以反映电网的"饱和程度",为电力系统的规划运行提供参考和评价依据。根据影响电网接纳能力的多种因素构建多时间尺度的电网接纳可再生能源能力评估指标体系,分别从电网短期、中期和长期3个时间尺度,兼顾系统运行安全和经济因素,系统地评估电网接纳能力。通过指标量化值反映电网对不同比例的可再生能源的接纳程度。     

电热综合能源系统多时间尺度优化调度策略研究∗

综合能源系统研究中电热能源动态特性存在差异,为提升系统运行性能、节约成本,提出采用多时间尺度 策略对系统进行优化调度.首先建立电热系统模型并进行日前数据预测,其次考虑到热能的传输惯性较大而电能迅速 响应的特性导致调度周期会影响系统的调度,提出日前预测统一调度和日内电热不同周期调度的多时间尺度协同优化 的调度策略.最后通过场景分析,验证了电热能源多时间尺度调度策略可以提高系统运行的准确性和经济性.     

能源互联网多源数据融合技术研究

随着我国能源互联网战略的推进,边缘计算成为解决能源互联网数据处理的有效模式,针对能源互联网的电力异构配用电数据的存储混乱与融合性差的问题,提出能源互联网多源数据处理与融合技术。首先,在边缘计算的基础上设计能源互联网多源数据处理与融合架构;其次,提出了智能配用电数据存储资源层负载均衡优化调度策略,利用Hadoop平台实现了多源数据存储和处理;然后,通过主成分分析方法得到能源互联网异构数据的主要特征,构建基于矛盾优化DS证据推理的多源数据融合模型,在边缘计算框架的基础上对多源异构数据进行分组聚合;最后,在某配电网模拟系统进行实验分析,分析结果验证了所提方法的有效性。     

区域能源互联网信息物理建模及控制策略

大力发展低碳经济是解决能源危机、环境污染、温室效应等问题的有效途径之一。在分析区域分布式能源系统一般结构的基础上,提出冷热电联供下基于多智能体系统的区域能源互联网架构模型。结合元胞自动机理论,给出考虑冷热电协同控制的能源路由器设计方案。提出一种集中分散相融合的分布式协调控制策略。仿真算例验证了所提模型和控制策略的有效性。     

能源互联网目标下电力信息物理系统深度融合发展研究

能源互联网是解决当前能源系统问题、推动能源系统变革的智慧综合能源系统，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率具有重要意义。电力信息物理系统融合是建设能源互联网的核心基础和关键所在，融合水平是决定能源互联网发展阶段的重要因素。通过研究电力与信息技术融合的价值、架构以及与能源互联网的关系，以历史长周期（1900—2018年）为跨度，量化分析揭示电力信息物理融合发展规律，预测未来趋势，提出能源互联网建设重点战略方向，为中国能源互联网的建设与发展提供理论依据和决策参考。     

融合时间同步策略的主从式信息物理系统协同仿真平台实现

随着电力系统与信息通信系统耦合程度的不断加深,通信带来的信息延时、数据丢包和网络链接中断等问题使得传统的电力系统仿真方式(解耦通信或理想通信仿真方式)难以满足现实的需求。文中在分析现有信息物理系统(CPS)建模技术的基础之上,设计了基于MATLAB和OPNET的主从式CPS协同仿真平台。详细阐述了协同仿真平台的系统架构,以及协同仿真平台中的物理系统模型、信息系统模型、仿真交互模型和基于软件的虚拟量测设备的建模实现方式,重点分析了所设计的融合式时间同步策略。最后通过微电网仿真算例,验证了所建立的协同仿真平台及其时间同步策略的准确性和有效性。     

考虑柔性负荷响应不确定性的多时间尺度协调调度模型

针对柔性负荷实际响应的不确定性,以及各类柔性负荷在多时间尺度上的响应特性,提出了考虑柔性负荷响应不确定性的多时间尺度协调调度模型。首先,基于消费者心理学原理并计及柔性负荷响应不确定性的变化规律,建立了价格型需求响应(DR)的响应量模型。然后,在考虑实际响应误差的基础上,制定了激励型DR的激励机制,并基于上述不确定性分析建立了可转移负荷、可平移负荷和可削减负荷的响应模型。最后,从多时间尺度协调的角度,对柔性负荷、常规机组和风电进行协调优化,构建了日前—日内—实时的协调调度模型,并根据模糊机会约束规划理论和混合整数规划方法进行求解。算例分析验证了所提模型的有效性,通过考虑柔性负荷响应的不确定性及多时间尺度上的协调优化,能够实现削峰填谷,提高风电消纳,并降低电网调度的成本。     

基于博弈论的城镇能源互联网多市场主体收益模型

能源互联网中存在多能源交易及多市场主体,建立合理的多市场主体成本收益模型是亟待解决的难题之一。主要针对城镇或区域级能源互联网,其交易场景为电网公司、热电厂和大用户三个市场交易主体。热电厂作为电热能源耦合元件,采用以热定电的典型运行模式供能并报价;电网按过网服务费形式报价;大用户根据前两者报价,选择与热电厂或电网公司交易热能与电能。在该交易机制下建立了计及热电耦合的三方非合作博弈收益模型,证明了该博弈模型存在纳什均衡,并提出了相应求解方法。通过算例分析,得出在电热多能源交易系统中的纳什均衡范围,解释了纳什均衡的物理意义,并分析了各主体收益参数对该博弈论纳什均衡分布的影响。     

基于电力信息物理系统实时仿真平台的网络安全仿真

随着信息流和能量流耦合程度的不断加深,现代电力系统已逐渐发展成为信息系统和物理系统深度耦合的电力信息物理系统。传统的只对物理系统进行仿真运算的方法已无法保证其仿真分析的准确性。文章从仿真分析的角度,在对比分析现有仿真方法的基础上,进行仿真工具和配合模式上的改进,并进一步加入中间人环节,搭建了一种新的考虑网络攻击的电力信息物理系统(cyber physical power system,CPPS)实时联合仿真平台。最后,基于该平台,以负荷控制业务为例,研究了网络攻击对电力物理系统的影响,深入分析CPPS中信息系统与物理系统的深层次耦合关系,仿真验证了所提平台的有效性和实时性。     

多时空尺度下风电平滑效应的分析

平滑效应是大规模风电群聚所共有的特性之一,其显著程度直接影响总出力的波动性,掌握其基本规律可为大规模风电的预测及评估提供可靠依据。本文采用数理统计的分析方法,研究了多时空尺度下风机集群的平滑效应,建立了平滑效应、出力相关性、风机台数三者之间的函数关系,分析了同一风电场内风机集群的平滑效应极限值。基于风电场的实测数据,对比分析了不同时间尺度、风机间距、风速大小下的出力相关性,进而给出了平滑效应的时空变化特性。研究结果表明:在分钟级时间尺度下,风电集结的空间规模效应较显著,平滑系数随风机台数(N)的递增呈现近似N-1/2的下降趋势;在给定的时空尺度下,平滑效应随风速的增大而增强。     

电动汽车虚拟电厂的多时间尺度响应能力评估模型

从电动汽车集群运营商的角度,对电动汽车虚拟电厂(EVPP)参与电力系统优化调度时的多时间尺度响应能力进行评估。首先,考虑包含荷电状态与充放电状态在内的电动汽车时序状态,建立了单一和连续时间断面单体电动汽车响应能力模型。在此基础上,提出了包含日前和日内修正的EVPP多时间尺度响应能力评估模型:在日前利用电动汽车状态预测数据对EVPP日前响应能力进行评估;在日内根据一种综合考虑响应时间裕度和荷电状态裕度指标的EVPP调控策略确定具体调控结果,进而对日前响应能力评估结果进行修正,在有效跟踪系统调控目标的同时实现EVPP响应能力动态更新。最后,以包含3种不同交通用途类型的电动汽车集群为例,验证了EVPP多时间尺度响应能力评估模型及调控策略的有效性。     

基于动态攻防博弈的电力信息物理融合系统脆弱性评估

以电力信息物理融合系统受人为因素攻击为背景,应用博弈论的相关知识对现代电网在遭受人为主观攻击威胁下的电网脆弱性评估方法进行了研究和探讨。根据兰德公司的风险评估模型建立了电力信息物理融合系统基于攻防场景的脆弱性评估框架,并基于博弈论中用于描述动态攻防博弈的多层数学规划模型,提出一种电力物理网络和电力信息网络同时遭受人为攻击场景下的电网攻防动态博弈三层数学规划模型。针对所提出的模型,给出了相应的解算方法,并在求解过程中,应用一种最优的防御资源分配策略以有效求得电网元件上需分配的资源。最后,通过简单算例系统验证了本文所提模型与方法的有效性。     

面向综合能源的信息物理系统体系架构及应用

综合能源系统作为新一代能源系统的重要组成,涵盖了供电、供热、供气等能源系统,多个能源系统间的耦合性强。文章立足于综合能源系统,提出了面向综合能源的信息物理体系架构,阐述了信息物理系统(cyber physical system,CPS)在综合能源系统中的层次化应用及技术特性,并对综合能源信息物理系统的核心关键技术做了深入的探讨。最后为了验证所提出的信息物理体系架构及相关技术,开发了一套多能流综合能源管理及优化系统,实现了能源监控、多能流建模仿真、源荷预测、系统运行优化、故障预测及健康管理五大功能,有力地支撑了综合能源系统的体系架构。     

从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架

以化石能源集中式利用为特征的传统经济和社会发展模式正在逐步发生变革,而以新能源技术和互联网技术为代表的第三次工业革命正在兴起。作为第三次工业革命的核心技术,能源互联网力图结合可再生能源技术与互联网技术,推动分布式可再生能源的大规模利用与分享,促进电力、交通、天然气等多种复杂网络系统的相互融合,最终实现改变能源利用模式,推动经济与社会可持续发展的目的。在此背景下,展望了能源互联网的发展前景,并试图建立其基本的研究框架。首先,给出了能源互联网的初步定义,并概述了能源互联网的基本架构及其组成。随后,针对广域内分布式设备的协调与控制、电力系统与交通系统的融合、电力系统与天然气网络的融合、信息物理建模及安全等几个核心问题,探讨了能源互联网研究中可能面临的主要挑战。