深度｜园区能源互联网多能源协同优化配置发展构想

4 PEI优化配置方法框架与发展构想

4.1 优化配置框架

PEI优化配置框架如图2所示，主要包括多尺度全工况动态综合建模方法、多场景模拟仿真技术、多目标动态规划方法以及对优化配置方案的评价。PEI优化配置的对象是多类型供/用/储能单元、控制设备、通信网络与能源管网的集合体。

4.1.1 PEI多尺度全工况动态综合建模方法

PEI多尺度全工况动态综合建模是优化配置的重要根基，适当的建模方法可以对PEI的运行特性进行描述。为此，建模工作将分为单元、网络以及系统3个层级：(1)在单元级，主要考虑PEI各供用储单元及可响应负荷的运行特点及互动机理，并进行综合建模;(2)在网络级，对PEI网络层的单元设备、控制系统、通信系统等进行综合建模;(3)在系统级，研究各类模型之间的数据接口技术，实现不同时间尺度下，各类模型之间的信息交互，完成PEI的集成建模。PEI多尺度全工况动态综合建模方法充分考虑设备的运行状态及约束条件，能够实现能源设备、能源管网以及通信网络的有效互联。 

4.1.2 PEI优化配置的多场景模拟仿真技术

考虑到不同能源之间的互补优化特性、DER及可响应负荷的灵活性，构建PEI多能源协同负荷预测技术;建立PEI未来运行场景的模拟场景库以支撑PEI的优化配置决策，对于PEI运行场景的模拟技术能够充分考虑可再生能源的不确定性以及各类能源负荷复杂的多时间尺度特性;从可靠性、能源利用效率、经济性等方面对优化配置方案并进行评估，完善方案。

4.1.3 PEI多目标动态规划方法

PEI的优化配置需考虑电、气、冷、热多元系统的融合，优化目标以及约束条件的选择尤为重要。适用于PEI的多目标动态规划方法及智能求解方法将是研究的重点方向。由于PEI各阶段的运行状态差异明显，应针对系统不同阶段的运行特性相应调整优化配置方案，实现动态配置，确保方案与优化目标的一致性。

4.1.4 PEI优化配置方案的评价

考虑到用户开展PEI优化配置时，往往存在多样性需求，在生成初始配置方案时，会导致设计方案的多样性。要妥善处理PEI中的电、气、冷、热环节存在非常紧密的耦合关系，亟需建立可涵盖电、气、冷、热各环节的一套综合评价指标体系，覆盖经济性、清洁性、可靠性、综合能效、用户满足度等多种关键指标，从不同侧面评价配置方案的适用性，并重点关注PEI多元主体的博弈特征。由于各种能源之间耦合关系复杂，且PEI中很多因素难以量化或根本无法确切量化，在计算很多相关指标时，需要新的求解方法的支持。

4.2 发展构想

为适应综合能源服务业务的开展，未来PEI应着重在系统优化配置、信息平台、多能源互动等方面进行建设。

4.2.1 PEI系统优化配置

面向未来综合能源服务业务，综合考虑不同区域差异化特性以及多类型能源综合利用过程所产生的大量不确定、不精确、不可量化因素，提出PEI电、冷、热、气以及源-网-荷-储的一体化优化配置理论体系，搭建具备工程实用价值的优化配置平台，支撑综合能源服务，为后续运行优化服务提供硬件支撑。

4.2.2 PEI信息平台建设

PEI系统的优化配置依托于信息平台的建设。信息平台能够汇集不同信息系统，将PEI系统优化调度等核心基础数据进行集中管理，以保证数据的“及时性、准确性、完整性”，实现PEI建设及运维的全过程优化管理，为优质综合能源业务的开展提供全过程的数据支撑。

4.2.3 多能源融合业务

多能源融合是PEI应用的基础，后续将结合区域特征，针对具体PEI开展能源优选、能源设备选型配置、运营管理、运行维护、商业模式等全环节、全流程技术的研发，提升综合能源服务业务竞争力。

5 结语

未来PEI将成为能源互联网建设的主要形式。完善PEI优化配置方法，对于在绿色经济背景下开展综合能源服务，提高可再生能源利用水平，提升能源安全性、可靠性、经济性具有重要意义。本文深入分析了PEI的基本概念、主要特征与功能特点，并对国内外典型园区能源互联网示范工程的建设目标、内容与应用效果进行了评述，指出园区能源互联网在规划过程中存在的关键技术问题，进一步明确PEI多能源协同优化配置理论框架，同时指出PEI未来发展应从系统优化配置、信息平台、多能源互动等方面进行建设，并提出了建设思路与原则。

作者：

吴志力 , 杨卫红 , 原凯 , 宋毅 , 孙充勃 , 穆云飞 , 陈晚晴 , 王世举    

参考文献

[1]LASSETER R H. Smart distribution: Coupled micro-grids[J]. Proceedings of the IEEE, 2011, 99(6): 1074-1082. DOI:10.1109/JPROC.2011.2114630 (1)

[2]杨苹, 陈滢, 张经纬, 等. 园区能源互联网能效评估指标体系研究[J]. 科技创新导报, 2017, 14(25): 157-160. (1)

[3]邓伟, 丁一, 王永惠, 等. 面向智慧园区的能源互联网架构研究[J]. 电子设计工程, 2018, 26(8): 110-113, 118.

DENG Wei, DING Yi, WANG Yonghui, et al. Research of the energy internet architecture for smart park[J]. Electronic Design Engineering, 2018, 26(8): 110-113, 118. (1)

[4]NAYAR C V. PHILLIPS S J, JAMES W L. et al. Novel wind/dicsel/battery hybrid energy system[J] Solar Energy, 1993. 51 (1): 65-78 (1)

[5]BARING-GOULD E I. The hybrid system simulation model user’s manual[R]. National Renewable Energy Laboratory, 1998 (0)

[6]亓伟, 耿世彬, 高虎衫. 基于HOMER仿真的太阳能混合发电系统设计[J]. 电工电气, 2011(8): 27-32.

QI Wei, GENG Shibin, GAO Hushan, et al. Design of hybrid power system with solar energy based on HOMER simulation[J]. Electrotechnics Electric, 2011(8): 27-32. (0)

[7]徐路, 冯平, 易斌, 等. 基于Hybrid2仿真的风光柴蓄复合发电系统设计与分析[J]. 电网与清洁能源, 2015, 31(1): 92-96.

XU Lu, FENG Ping, YI Bin, et al. Design and analysis of wind-solar-diesel-battery hybrid power generation system based on Hybrid2 simulation[J]. Power System and Clean Energy, 2015, 31(1): 92-96. (1)

[8]LBNL. Distributed energy resources customer adoption model (DER-CAM)[EB/OL]. (2012-05-12)[2018-03-15]. http://der.lbl.gov/der-cam. (1)

[9]LENG G J, 蔡学娣. 国际RETScreen~ (TM): 一种评估潜在的可再生能源计划的决策支持和能力培养工具[J]. 产业与环境, 2001(3): 22-23. (1)

[10]肖峻, 白临泉, 王成山, 等. 微网规划设计方法与软件[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(25): 149-157.

XIAO Jun, BAI Linquan, WANG Chengshan, et al. Method and software for planning and designing of microgrid[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(25): 149-157. (1)

[11]茆美琴, 丁明, 张榴晨, 等. 多能源发电微网实验平台及其能量管理信息集成[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(1): 106-111.

MAO Meiqin, DING Ming, ZHANG Liuchen, et al. Testbed and information integration of EMS for a microgrid with multi-energy generation systems[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(1): 106-111. (1)

[12]欧盟发布能效行动计划[J]. 中国经贸导刊, 2007(8): 52-53 (1)

[13]刘烨. 分布式冷热电联产系统的优化设计[D]. 北京: 华北电力大学, 2012 (1)

[14]李莹莹. 30 kW微燃机冷热电联供系统的性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2012 (0)

[15]尤石, 宋鹏翔. 丹麦区域能源互联网发展综述[J]. 供用电, 2017, 34(12): 2-7.

YOU Shi, SONG Pengxiang. A review of development of integrated district energy system in Denmark[J]. Distribution & Utilization, 2017, 34(12): 2-7. (1)

[16]ZHANG X, SHAHIDEHPOUR M, ALABDULWAHAB A, et al. Optimal expansion planning of energy hub with multiple energy infrastructures[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015, 6(5): 2302-2311. DOI:10.1109/TSG.2015.2390640 (1)

[17]VERMESAN O, BLYSTAD L C, ZAFALON R, et al. Internet of energy connecting energy any-where anytime[M]. Berlin: Springer Berlin Heidelberg , 2011: 33-48 (0)

[18]胡小坚, 王忠平, 张雪梅, 等. 分布式天然气CCHP系统应用研究现状与前景[J]. 煤气与热力, 2011, 31(4): 4-9.

HU Xiaojian, WANG Zhongping, ZHANG Xuemei, et al. Application research status and prospect of distributed natural gas CCHP system[J]. Gas & Heat, 2011, 31(4): 4-9. (1)

[19]杨秀, 杨菲, 王瑞霄. 微电网实验与示范工程发展概述[J]. 华东电力, 2011, 39(10): 1599-1603.

YANG Xiu, YANG Fei, WANG Ruixiao. Development overview of microgrid laboratories and demonstration projects[J]. East China Electric Power, 2011, 39(10): 1599-1603. (1)

[20]胡小坚, 张雪梅, 蔡路茵. 冷热电三联供系统(CCHP)的优化研究进展[J]. 能源研究与管理, 2010(2): 13-16.

HU Xiaojian, ZHANG Xuemei, CAI Luyin. Recent research progress of optimization for combined cooling heating and power systems(CCHP)[J]. Energy Research and Management, 2010(2): 13-16. (1)

[21]华贲. 广州大学城分布式冷热电联供项目的启示[J]. 沈阳工程学院学报(自然科学版), 2009, 5(2): 97-102.

HUA Ben. An inspiration to Guangzhou university towns DES/CCHP project[J]. Journal of Shenyang Institute of Engineering(Natural Science), 2009, 5(2): 97-102. (1)

[22]GEIDL M, ANDERSSON G. Optimal power flow of multiple energy carriers[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2007, 22(1): 145-155. DOI:10.1109/TPWRS.2006.888988 (1)

[23]董朝阳, 赵俊华, 文福拴, 等. 从智能电网到能源互联网: 基本概念与研究框架[J]. 电力系统自动化, 2014, 38(15): 1-11.

DONG Zhaoyang, ZHAO Junhua, WEN Fushuan, et al. From smart grid to energy internet: basic concept and research framwork[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(15): 1-11. DOI:10.7500/AEPS20140613007 (1)

[24]李琼, 陈冠益, 郑雪晶, 等. 中新天津生态城动漫园冷热电联供系统优化[J]. 煤气与热力, 2012, 32(12): 25-29.

LI Qiong, CHEN Guanyi, ZHENG Xuejing, et al. Optimization of combined cooling, heating and power aystem for animation park in Sino-Singapore Tianjin Eco-city[J]. Gas & Heat, 2012, 32(12): 25-29. DOI:10.3969/j.issn.1000-4416.2012.12.008 (0)

[25]忻奇峰. 冷热电三联供系统在浦东国际机场的应用[J]. 电力需求侧管理, 2004(5): 40-42.

XIN Qifeng. Application of three union supply system in Pudong International Airport[J]. Power Demand Side Management, 2004(5): 40-42. (0)

[26]朱晓红. 中电投高培中心分布式供能系统的配置与优化[D]. 上海: 上海交通大学,2008 (1)

[27]许云洲. 中新天津生态城动漫产业园项目可行性研究[D]. 天津: 天津大学, 2010 (1)

[28]李琼. 天津中新生态城动漫园三联供能源系统优化分析[D]. 天津: 天津大学, 2012 (1)

[29]李思维, 李树泉. 一种以电能为中心的绿色复合型能源网设计 [J] 中国电力, 2015, 48(11): 117-122

LI Siwei, LI Shuquan. A composite green energy network design based on electric energy[J]. Electric Power, 2015, 48(11): 117-122 (1)