團隊介紹

周長城，南網(wǎng)科研院配電技術(shù)研究所，工程師，中國電機工程學會分布式發(fā)電及智能配電專業(yè)委員會學組成員。研究方向為綜合能源技術(shù)和配電網(wǎng)運行控制技術(shù)。作為項目骨干參與了《工業(yè)園區(qū)多元用戶互動的配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》等國家級科技項目，《面向多能互補的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》、《分散式風力發(fā)電高比例接入配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究》等南方電網(wǎng)公司重點科技項目等，參與了多項配網(wǎng)規(guī)劃和運行控制相關(guān)行業(yè)標準、團體標準和南網(wǎng)企標的編制工作。

郭祚剛，博士，南網(wǎng)科研院配電技術(shù)研究所，高級工程師，任中電聯(lián)綜合能源服務標準化工作組委員，研究領(lǐng)域為綜合能源技術(shù)研發(fā)。作為項目負責人參與了南方電網(wǎng)公司重點科技項目《面向多能互補的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》，作為項目聯(lián)系人參與了南方電網(wǎng)公司配用電重大專項《綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃設計技術(shù)與運營機制研究》。

馬溪原，博士，高級工程師，主要從事多能互補綜合能源系統(tǒng)、新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)的研究，任全國太陽能光熱發(fā)電標準化技術(shù)委員會、能源行業(yè)風電標委會風電場并網(wǎng)管理分技術(shù)委員會委員。參與了《工業(yè)園區(qū)多元用戶互動的配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》等多項綜合能源相關(guān)國家級和公司級重大課題研究。

胡洋，工程師，主要從事微電網(wǎng)、新能源并網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究。作為技術(shù)骨干參與了南方電網(wǎng)公司重點科技項目《面向多能互補的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》。

導語

本文面向工程實際提出了一種用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，以實現(xiàn)新建用戶級綜合能源系統(tǒng)相關(guān)設備容量的合理配置。

該方法以系統(tǒng)全規(guī)劃周期建設和運行成本最低為目標，以設備最大利用小時數(shù)反映負荷及分布式電源運行水平，避免了模型對負荷及分布式電源功率預測精度的依賴性；同時，根據(jù)用戶對不同形態(tài)、不同壓力及溫度的熱負荷需求，對相關(guān)設備的型號和容量進行了細化建模，可以更精準地滿足用戶用能需求。

醫(yī)院和工業(yè)園區(qū)的2種用戶級綜合能源系統(tǒng)仿真算例驗證了所述方法的有效性。此外，相關(guān)能源價格和可選設備容量等關(guān)鍵因素的靈敏度分析表明了所述方法對未來多變政策環(huán)境和技術(shù)發(fā)展的適應性。

項目研究背景

隨著分布式能源技術(shù)的不斷進步，冷、熱、電、氣等多類型能源在生產(chǎn)、需求側(cè)的耦合程度不斷加深，用戶級綜合能源系統(tǒng)是實現(xiàn)多能互補、梯級利用的有效方式。

本文依托2016年國家重點研發(fā)計劃項目《工業(yè)園區(qū)多元用戶互動的配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》和2018年南方電網(wǎng)公司重點科技項目《面向多能互補的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的計算分析與規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》有關(guān)成果，為新建的用戶級綜合能源系統(tǒng)提供了一種切實可用的設備容量配置方法，在保證用戶正常生產(chǎn)生活的前提下，提升用能經(jīng)濟性。

論文所解決的問題及意義

現(xiàn)有相關(guān)研究存在不足之處，一是對負荷預測、分布式電源功率預測準確性依賴程度高；二是部分研究在規(guī)劃時未考慮設備可選容量的離散化特征；三是對不同品質(zhì)的熱負荷細化區(qū)分程度不足。

針對上述問題，本文提出了面向工程實際的用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，為新建用戶級綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃提供了切實可行的技術(shù)手段。

論文方法及創(chuàng)新點

首先，建立了用戶級綜合能源系統(tǒng)的整體模型和關(guān)鍵設備模型，描述了各類能源在長期運行中的轉(zhuǎn)換與流動關(guān)系。

其次，提出了包含前期資料收集、負荷預測、天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)容量預配置、設備選型與容量配置四個主要步驟的規(guī)劃流程，并建立了用戶級綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃模型，模型以全規(guī)劃周期建設和運行成本最低為目標，考慮了功率約束、能量約束、設備運行約束和用戶場地約束等條件，并通過Matlab 調(diào)用YALMIP工具包和CPLEX求解器進行求解。

圖1 用戶級綜合能源系統(tǒng)能流示意圖

最后，分別以醫(yī)院、工業(yè)園區(qū)的用戶級綜合能源系統(tǒng)為典型算例，驗證了所述方法在不同用能類型和用能特性場景下的有效性，并對設備年最大利用小時數(shù)、用戶電負荷占比、天然氣價格等關(guān)鍵因素進行了靈敏度分析。

結(jié)論

本文提出了一種基于最大利用小時數(shù)的用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，面向工程實際建立了以系統(tǒng)全規(guī)劃周期建設運行成本最低為目標的MILP 模型。通過算例分析，計算出了設備最佳選型方案，驗證了模型的合理性。

關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分析結(jié)果表明設備的年最大利用小時數(shù)應與對應類型的用戶負荷最大利用小時數(shù)相匹配，且相同條件下，CCHP因其高能量利用效率相比于其他單一能量供應設備具有經(jīng)濟性優(yōu)勢；天然氣價格變化會大大影響系統(tǒng)的建設運行成本，當天然氣價格突破臨界值時，用戶將不再選擇CCHP作為主要供能設備。

引用本文

周長城, 馬溪原, 郭祚剛, 胡洋. 面向工程應用的用戶級綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃[J]. 電工技術(shù)學報, 2020, 35(13): 2843-2854. Zhou Changcheng, Ma Xiyuan, Guo Zuogang, Hu Yang. User-Level Integrated Energy System Planning for Engineering Applications. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2843-2854.